石油工程岩石力学_地应力VIP专享VIP免费

第一节第一节概述概述一、天然应力的概念1.天然应力：人类工程活动之前，天然状态下，岩体内部存在的应力，称为岩体天然应力或岩体初始应力，有时也称为地应力。2.重布应力：人类进行工程建设将引起一定范围内岩体初始应力的改变，工程建设扰动后的岩体应力称为重布应力或二次应力。→←重分布应力↓↑∧++++++++++++++++++天然应力第一节概述第一节概述一般情况下一般情况下主地应力表示方法主地应力表示方法H地表垂直主应力σv水平最大主应力σH水平最小主应力σh概述概述地应力是场函数地应力又称为地应力场有大小和方向概述概述水平最大地应力水平最小大地应力1.构成：•岩体自重→自重应力•构造运动→构造应力•流体作用→渗流应力•其它（地温、地球化学作用等）二、天然应力的构成及起源自重引起的天然应力场121hhVgh二、天然应力的构成及起源2.起源（主要指构造运动的起源）：板块运动地幔热对流地球自转速度变化二、天然应力的构成及起源1.研究历史1878年海姆提出天然应力1932年，在美国胡佛水坝下的隧道中，首次成功地测定了岩体中的天然应力到目前天然应力测点遍布全球，有几十万个测点。大部分是浅部，最深5108米（美国密执安水压致裂法）。三、天然应力的研究历史我国从50年代末开始天然应力量测三、天然应力的研究历史与研究意义西南：印度板块向NNE挤压东部：太平洋板块向W俯冲北部：西伯利亚板块阻挡南部：菲律宾板块向N俯冲arr=3a=1hHvH>hmaxplanesslipplanes112231>2>33主应力三轴试验应力状态原地应力在石油工程中，我们通常假设：v为主应力之一z区块分布特征Anderson理论——断层类型与主应力关系正断层与地应力典型应力状态：v=1>HMAX=Hmin=地垒－地堑结构拉伸倾角v=1HMAX=拉伸hmin=3走滑断层（拗断层）与地应力v=2hmin=3HMAX=锐角几乎垂直的断层面HMAXhmin伴生正断层HMAX典型应力状态：HMAX=v=2>Hmin=逆掩断层与地应力compressionstaticbasalsheetoverthrustsheetbrittlequartz-illiteshalehingepointshighlyfracturedzonelargelyunfracturedshaleABCHMAX=1v=3overthrustsheethigh-pshale四、进行地应力研究的意义：是所有地质力学问题中重要的初始条件；是勘探、钻井及油藏等石油工程的重要参数；是钻井工程中井壁稳定分析的重要参数；是采油工程中出砂防砂分析的重要参数；是油气层增产改造措施制定的重要参数；ABoreholeinaStressFieldzxy2pEffectivestresses:1’=1-p2’=2-p3’=3-pp=porepressureHere,v=2,HMAX=1,hmin=3,and1>2>3HoleinclinationparametersCoordinatesparalleltoearth’ssurfacePrincipalstressesPrincipalstressesareusuallyparallelandnormaltothesurface.DrillingDirectionandStressv>>HMAX>hminhminHMAXvHMAX>>v>hminHMAX~v>>hminvhminHMAXvhminHMAXThebestorientationtoincreaseholestabilityminimizestheprincipalstressdifferencenormaltotheboreholeaxis60°coneDrillwithina60°cone(±30°)fromthemostfavoreddirectionFavoredholeorientationInhighlydifferentialstressfields,theproperchoiceofaninclinedholefacilitatesdrilling第二节地应力的测量方法垂直地应力是由重力作用产生的（岩石的重量）；在任意深度，垂直地应力等于上覆岩层压力：v=gz（密度×重力加速度×深度）通常垂直地应力通过对密度测井数据积分获得；在海上钻井要包含泥线以上海水产生的压力；垂直主应力的求取：水平主应力的求取：在沉积岩中，地应力的大小一般应用下述方法获得：构造地质力学方法水力压裂法室内岩心试验法建立在测井资料上的方法地应力的方向一般用下述方法获得：井壁崩落椭圆法压裂井井下电视法凯塞尔效应试验...