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井周地应力分布简述

2020-03-14 13:30:56 administrator 49

什么是地应力


地应力是存在于地层中的未收到人类工程扰动的天然应力,也称岩体的初始应力或原岩应力,指天然环境下岩石内某一点所固有的应力状态。重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因,所以地应力一般分为重力作用形成的自重应力和构造运动形成的构造应力。



地应力与油气生


井眼被钻开后,地应力集中在井壁周围,合理的钻井液密度可以平衡应力的重新分布。如果钻井液密度较低,泥页岩就会发生膨胀而塑性变形,当膨胀超过的屈服强度时,就会剥落掉块,造成井壁失稳,如果钻遇异常高压地层,极易造成井喷。当钻井液密度过大时,岩石可能破裂形成拉伸破坏。

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在油田的开发阶段,为了尽可能获得更多的有经济效益的油气,人们常对低孔低渗储层进行水力压裂以达到增产目的。在对低孔低渗储层进行水力压裂过程中,当泵入压力过小时,不能达到压裂目的;而当压力过大时,可能会导致邻近水层被压破,造成串槽从而影响该井油气开采,因而我们必须对地层的应力条件进行分析,从而才能对储层水力压裂缝高度进行预测。


主应力


一般在某深度处岩体所受到的地应力可用三个主地应力来表示,一个为垂直主应力,为重力引起的应力分量;另两个为相互三个垂直的两个水平主应力,为引起岩石构造运动形变的应力分量,大多数情况下三个主应力值是不相等的。对储层地应力模型的描述一般包括:应力的方向;应力的大小;孔隙压力和岩石的机械力学性质。

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地层的压力系统一般包括静水压力(静压力)、上覆地层压力(静岩压力)、地层压力(孔隙压力)和破裂压力等。



压力的定义


静水压力:由垂直的液柱重量(高度)所产生的压力。其是由流体密度和液柱高度决定。

上覆地层压力:覆盖在该地层以上的岩石及其岩石的孔隙中流体的总重量造成的压力,一般采用地层的体积密度积分来求取。

孔隙压力:作用于岩层孔隙中流体上的压力。正常的孔隙压力等于地层静液柱的压力,决定于地层水的矿物度;如果孔隙压力低于静水压力,为异常低压地层;反之,如果孔隙压力高于静水压力,为异常高压地层。



破裂压力:地层在承受压力达到某一极限的时候发生破裂,此压力极限值成为破裂压力。

坍塌压力:井眼发生剪切破坏时的临界井眼液柱压力,是井眼液柱压力的下限。



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在钻井过程中,钻井液取代了原在井眼处的岩石,当井内的液柱压力太低时,井壁将可能发生坍塌;当井内的液柱压力太高时,井壁将可能发生张性破裂。因此,钻井液密度存在一个“安全”范围,在这个安全范围内钻井,将不会出现井壁坍塌或钻井液漏失等复杂问题。在已知井壁地层主应力的基础上,由Mohr-Coulomb破坏判别可以确定出确保井壁不发生坍塌的钻井液密度下限;由最大拉应力理论,则可确定出确保井壁不发生张性破裂的钻井液密度上限。


地层的稳定性取决于其所收到的有效应力。根据有效应力的基本原理,有效应力等于地层受到的总的载荷减去孔隙压力的作用由于岩石的三维受力,三个主应力方向的有效应力可以表示为:

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低孔低渗透油气藏需要通过钻水平井和地层压裂来实现商业开采,现今地应力状态直接决定压裂缝的形态和复杂程度。在正断层构造区域σV ≥ σHmax ≥ σhmin ,P c ≤σV,该机制条件下将产生垂直压裂缝,且易形成复杂缝网;在走滑构造区域σHmax ≥ σV ≥ σhmin,Pc 与σV  的关系不确定,容易产生垂直的长条状压裂缝,不易形成压裂缝网;逆推覆构造区域σHmax ≥ σhmin ≥ σV,Pc ≥ σV,压裂易形成水平缝。


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来源:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwMTYwNTg3MQ==&mid=2650348675&idx=1&sn=f35ada09cb1d474c482b872108ab410c&chksm=82da9503b5ad1c1509392e2bb94ff3ec34d908b17c00a0f10026a68657367211d8ad50afde59&mpshare=1&scene=1&srcid=&sharer_sharetime=1584096087203&sharer_shareid=32f03641bf4f2e4b63bd3de84cdd6672&exportkey=Ayvtop1pqPOam1iXIf8zIhY%3D&pass_ticket=gQgZcxEnanx2G00WZ7oH0A36duKCB%2B5UuYFB5vXs2URvgGNNPZfq8N3d%2FHr3p2%2B4#rd