岩石力学大作业

岩石力学大作业

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2010年4月18日

一、作业题目

结合所学的《岩石力学》课程及相关知识，利用给出的测井数据，对地层力

学参数、地应力、地层坍塌压力与破裂压力进行分析计算，作出地层力学参数、

地应力、地层坍塌、破裂压力剖面，形成结课作业报告。

二、已知条件

1)地层测井数据（见附表）；

2)地层孔隙压力当量密度为1.03g/cm3；

3)上覆主应力在3000m处地层当量密度为2.23g/cm3；

4)地应力实测值：在3025m处实测水平最大主应力大约59MPa，水平最小

主应力大约49Mpa；

5)测井过程中钻井液密度为1.35g/cm3；

6)岩心抗压强度试验结果：

三、作业设计求解

1. 利用自然伽马测井数据简单分析地层岩性，合理设定或求取Biot系数

（1）根据自然伽玛测井数据，由公式（1）、（2）可计算出不同井深处岩石的泥

质含量。

（1）

（2）

I

——泥质含量指数；

GR

GR，GR

，GR max——分别表示目的层的、纯砂岩层的和纯泥岩层的自然伽min

玛读数值，这里取GR min =30，GR max=140。

GUCR——希尔奇指数，对于第三系地层取3.7，老地层取2。这里取GCUR=3.7。以井深3000m处的测井数据为例进行计算：H=3000m，GR=91.866

由此可以得到地层泥质含量随井深变化的曲线(具体计算数据见附表一)：

关于Biot

（具体数据见附表一）

（2）岩性分析：由声波时差测井和自然伽马测井数据简单分析，可知该测段地层主要为含泥质砂岩，泥质含量V

cl

主要分布在0.25~0.40，泥质含量较少，孔渗特性较好。

2. 利用测井数据计算分析地层的弹性模量、泊松比

（1

km/s）（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

——分别为纵波速度与横波速度。

动态、静态泊松比。

以井深3000m处的测井数据为例进行计算：Δt

p

=88.341us/ft，ρ=2.3914g/cm3

通过单位换算1ft=0.3048m，1us=10-6s且V p=1

Δt p 可得，V

p

=3.450266581km/s,

∴

（具体数据见附表二）

（2）地层弹性模量，泊松比分析：该段地层主要为含泥质砂岩，其弹性模量和泊松比相对于其他岩性岩石而言处于中等水平，较不易变形，地层稳定，钻后井壁稳定性较好。

3.利用测井数据计算粘聚力、内摩擦角与地层抗拉强度的连续剖面。 已知：岩心抗压强度试验结果：

∴取井深为σ1=σ3(cot(45?φ2))2+2C cot(45?φ

2)

有{

16.1=0×(cot(45?φ2))2+2C cot(45?φ

2)

106.5=25×(cot(45?φ2

))2+2C cot(45?φ2

)

解得，{C 1=4.233325567

φ1=34.52° 同理，由井深为3110m 处岩心的试验数据可得{

C 2=6.054536833

φ2=33.64°

（1）将C 1，C 2以及井深分别为3030m 和3110m 处的μd ，ρ，V p ，V cl

{

A 1=0.004521431

A 2=0.00660942

∴取两者平均值得A=0.005565425

将求取的A

相关的测井和计算数据，可以得到粘聚力C 的连续剖面：（具体数据见附表三）

（2将{

C 1=4.233325567φ1=34.52°和{C 2=6.054536833φ2=33.64°代入上式，可求得{a =36.5655213

b =?0.4831949

∴将a ，b 代入线性关系中，并代入C 值，可得到内摩擦角的连续剖面（具体数据见附表三）：

（3）地层单轴抗拉强度计算公式如下：

代入粘聚力和内摩擦角的连续剖面，可得到地层单轴抗压强度USC 的连续剖面（具体数据见附表三）

：

地层抗压强度计算公式如下：

由此可以得到地层抗压强度连续剖面：（具体数据见附表三）

4.计算地应力

（1）上覆岩层压力的计算

上覆岩层压力梯度一般分段计算，密度和岩性接近的层段作为一个沉积层，即

当井深为3000m 时，上覆岩层主应力在该处的地层当量密度为2.23g/cm 3 ，取g=9.81m/s 2

∴H=3000m H=3001m …… 同理，可得到该井段各处上覆岩层压力。 由此可以做出上覆地层应力剖面（具体数据见附表四）：

（2）水平主应力的计算（使用黄荣樽法（六五））： 已知：

地应力实测值：在3025m 处实测水平最大主应力大约59MPa ，水平最小主

应力大约49MPa 。

将以上数据代入下面公式：

∴ω1=0.461317793，ω2= 0.230275297

∴将求得构造应力系数代入公式，并代入相关测井和计算数据，可得水平最大和最小主地应力（具体数据见附表四）

5.地层坍塌压力和破裂压力计算 （1）坍塌压力：

保持井壁稳定的坍塌压力公式

式中以井深为3000m 的数据为例进行计算:

同理可得其它井深处的坍塌压力。

由此可得地层坍塌压力剖面（具体数据见附表五）：

（2）破裂压力计算公式：

以井深3000m处的数据为例进行计算：

同理可得其它井深处的破裂压力。

由此可得地层破裂压力剖面（具体数据见附表五）：

由以上两图，可以看出地层坍塌压力泥浆当量密度大致在 1.12~1.30g/cm 之间，地层破裂压力泥浆当量密度在2.19~2.22 液密度为1.35g/cm 3，大于井壁坍塌压力当量密度，小于地层破裂压力，所以井壁较稳定，不易发生坍塌和破裂。

（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）