中国石油大学岩石力学大作业

1CHINAUNIVERSITYOFPETROLEUM岩石力学大作业所在院系：石油工程学院班级：油气井14-1班姓名：熊振宇学号：2014212020完成日期：2015年5月13日目录第1章岩性分析.....................................................................................................................1第2章利用测井数据计算分析地层的弹性模量、泊松比.................................................22.1纵横波速度的确定...................................................................................................22.2弹性参数...................................................................................................................3第3章孔隙压力分析.............................................................................................................4第4章利用测井数据计算强度参数.....................................................................................5第5章地应力.........................................................................................................................7第6章安全泥浆密度窗口.....................................................................................................96.1坍塌压力....................................................................................................................96.2破裂压力..................................................................................................................10第7章出砂可能性分析.......................................................................................................10第8章合理完井方式推荐...................................................................................................11第9章启裂压力的计算.......................................................................................................12第10章参考文献.................................................................................................................141第1章岩性分析根据自然伽玛测井数据，计算出不同井深处岩石的泥质含量：minmaxminGRIGRGRGRGR（1-1）1212GRGCURIGCURVsh（1-2）式中Vsh——泥质的体积含量；GCUR——希尔奇指数，对于第三系地层取值3.7，老地层取值2，这里取3.7；IGR——泥质含量指数；GR、GRmax、GRmin——目的层的、纯泥页岩的和纯砂岩层的自然伽马值。分析得到GRmin=35.2，GRmax=134.9。VCL0.3,Boit=0.8；5.03.0VCL,Boit=0.65；15.0VCL,Boit=0.5。泥质含量随井深剖面如图1所示：图1泥质体积含量在砂泥岩剖面中，砂岩显示出最低值，粘土（泥岩、页岩）显示出最高值，2而粉砂岩、泥质砂岩介于其间，并随着岩层中泥质含量的增加曲线幅度增大。在砂泥岩剖面中，砂岩显示出最低值，粘土（泥岩、页岩）显示出最高值，而粉砂岩、泥质砂岩介于其间，并随着岩层中泥质含量的增加曲线幅度增大。图中红线分别为泥质含量0.3、0.5的临界线。从图中可看出，大部分井段的泥质含量小于0.3，判断该层段岩性为砂岩，选取Boit系数为0.8。第2章利用测井数据计算分析地层的弹性模量、泊松比通过声波测井即可取得整个井身剖面内的全部岩石力学参数，而且测试周期短，能节省大量的人力物力。而且声波测井采用最新的电子技术，在将以电子计算机为中心的数据分析和处理技术应用于岩石力学研究中必将取到重要作用。2.1纵横波速度的确定我们知道，当扰动产生于弹性体中的一点时，波动将由此点开始向各个方向传播，此时的波前并不在一个平面上，但距离扰动中心足够远时，则可以近似认为波动的转播将以平面的形式向前推进，且所有质点的运动都平行或垂直于传播方向，这种波称为平面波。其中，当质点运动方向平行于传播方向时，称为纵波；而当质点运动方向垂直于传播方向时，称为横波。在声波测井中，纵、横波速度通过测井解释后可以直接从测井解释曲线中得到。测井曲线记录的为各类波传播的时间，单位为微米/米。经过换算即可得到纵、横波速度，换算公式为：1PPVt(3-1)1SSVt(3-2)在大部分的油田测井作业中，并不做全波列测井，即缺失横波测井资料，因此，针对某一地层，就要借助经验公式来估计横波速度。对于大多数地层，常用的基于回归的经验公式[2]为：60.304810/pVAC(3-3)(/)()10001000psVVmsabc（3-4）3(建议取值a=11.44，b=18.03，c=-5.686)2.2弹性参数若已知介质的密度、弹性模量和泊松比，则可确定出介质的纵、横波速度，反过来若测得岩石的纵、横波速度和密度，则可求得岩石的弹性模量和泊松比，即：动态泊松比22()12()1psdpsVVVV(3-5)动态弹性模量22222962222234(34)()1010spspsdssppsttVVVEtttVV(3-6)为岩石的容积密度。一般认为，动、静弹性模量之间有着较好的线性关系[3]：0.20.3*sd(3-7)0.544SdEE(3-8)图2静态泊松比随井深剖面变化图图3静态弹性模量随井深剖面变化图4第3章孔隙压力分析本文采用Eaton法计算地层孔隙压力。Eaton法是Eaton根据墨西哥湾等地区经验及理论分析建立起来的地层孔隙压力与测井参数间的关系式：3np00ntt（2-1）式中：p——地层压力计算值，g/cm3；0——上覆岩层压力当量钻井液密度,g/cm3；n——正常地层压力当量钻井液密度,g/cm3，本文取为1.03g/cm3；t——计算处实测值；nt——计算点对应的正常趋势线上的值。上覆岩层压力当量钻井液密度0的计算过程如下：首先通过线性回归得出地层体积密度与深度的关系，即0.00011.9839bnD，上覆岩层压力当量密度为：DdDDbn00（2-2）同时，回归出声波时差与地层深度的关系曲线，如图2所示，即lnnt=-0.0002D+3.8844。之后可求得nt，最后可求出地层压力。5图4声波时差随井深剖面变化图图5孔隙压力当量密度随井深剖面变化图第4章利用测井数据计算强度参数由于取心的困难，长期以来，国内外的专家都在寻找一种更简便的方法来确定地层的强度参数。利用测井资料来求取地层强度参数就是在这种迫切需求下发展起来的，到目前为，一些理论已经发展得相当成熟。岩心抗压强度试验结果见表1。表1A井岩心室内实验数据井深(m)岩心编号围压(MPa)破坏强度(MPa)备注37971-1039.5——2-120146.43-140215.438874-1050.6——5-120155.26-140201.439758-1052.5——9-120148.210-140187.739758-2018.4浸泡钻井液2天9-22097.510-240128.5未避免误差，排除3975米处浸泡过的岩心数据。根据摩尔库伦准则，将结6果代入公式213(45)2(45)22ctgCctg，可求出粘聚力和内摩擦角如下表：在井深3797米处，内摩擦角和粘聚力定值，设13AB，分别利用三组实验进行线性回归，可求A=4.3975，B=45.817，即得C=10.924，Φ=39.010。同理，在井深3887米处，A=3.77，B=60.333，即得C=15.537,Φ=35.501在井深3975米处，A=3.38，B=61.867，即得C=16.826,Φ=32.914将以上结果代入公式粘聚力公式422(1(12)()10.78)1ddpcldCAVV（4-1）可算出系数A，-151A=3.35810，-152A=2.95210，-153A=4.52810，取21AA、、A3的平均值有-15A=3.61310。所以41522(13.61310(12)()10.78)1ddpcldCVV（4-2）将三点处、C值代入公式Cba进行线性回归，求得a=49.669,b=-0.9606,即=49.669-0.9606C（4-3）抗拉强度由UCS=2C*ctg(45-Φ/2)和St=UCS/12给出。具体如下图所示。7图6摩擦角/内聚力/抗拉强度随井深变化图第5章地应力地层的密度值是随深度H变化的，所以自重产生的垂直地应力一般认为其方向与地表垂直。地层密度积分方法计算上覆主应力：0()Hzzgdz（5-1）对于构造平缓的地区，除了上面讲的垂直方向的地应力（可认为是一个主应力，即在其作用的面上没有剪应力）可由密度测井曲线求得外，考虑到有地质构造力的作用，其余两个水平主方向上的有效地应力可写为[1]：H()()1zPPpp（5-2）8()()1hzPPpp（5-3）式中h，H—分别为最大、最小水平主地应力；z—上覆地层压力；Pp—地层孔隙压力；—有效应力系数，本报告中取=0.8；—地层泊松比；，—表征构造运动激烈程度的构造应力系数，对某一构造区域为常数。要确定构造应力系数，首先必须确定该地区的地应力。根据地漏试验1、2数据，代入下列公式：HminfcpP；（5-4）Hmaxmin3HpftPPS；（5-5）tfrSPP;（5-6）分别计算在3832m处水平最大主应力为77.27016MPa，水平最小主应力为59.05847MPa；在1605m处水平最大主应力为32.22558MPa，水平最小主应力为23.70465MPa;在3832米处，S为0.252，Pp为43.672MPa,z为81.78Mpa；在1606米处，S为0.294，Pp为12.941MPa,z为32.5Mpa将上述值分别代