1、地质力学基本原理及其应用地质力学基本原理及其应用综述综述二零一二年十一月陈朝伟陈朝伟中国石油集团钻井工程技术研究院中国石油集团钻井工程技术研究院塔里木油田塔里木油田钻井研究院钻井研究院中国石油中国石油DRIDRIDRI2 一一.现场的地质力学问题现场的地质力学问题二二.井眼应力集中井眼应力集中三三.地质力学基本原理地质力学基本原理四四.地质力学现场应用地质力学现场应用提纲提纲中国石油中国石油DRIDRIDRIp问题：n什么是地质力学？n工作中遇到了哪些地质力学问题？中国石油中国石油DRIDRIDRI6921m岩屑克深克深1 1井井- -掉块掉块掉块掉块中国石油中国石油DRIDRIDRI在钻进过
2、程中，时常出现大的团状掉块，最大边长超过3.5cm克深克深204204井井- -掉块掉块掉块掉块中国石油中国石油DRIDRIDRI掉块掉块p 2012年6月25日下钻至井深3231.07m遇阻，甩单根，接方钻杆，26日划眼至井深3229.94m时，扭矩突然由10.5 KN.m升到32KN.m，转盘蹩停，钻具遇卡。p 8:0012:00测卡点13:00紧扣17:00反转转盘8圈,爆炸松扣(悬重由134124t)22:00起钻至套管鞋0:00装冲管、鹅颈管5:00起钻完(落鱼长度49.09m,鱼顶位置3180.87m。克深克深2-2-142-2-14井井- -康村组发生掉块卡钻康村组发生掉块卡钻中
3、国石油中国石油DRIDRIDRI克深区块多口井出现下放遇阻，上提遇卡的复杂情况，严重克深区块多口井出现下放遇阻，上提遇卡的复杂情况，严重的甚至发生了卡钻事故。的甚至发生了卡钻事故。井号井号井型井型完钻时间完钻时间井眼井眼尺寸尺寸井深井深（m）卡钻卡钻层位层位钻井液密度钻井液密度（g/m3）损失时间损失时间（d）克深克深204探井探井2012-9-106 5/86832.47K1bs1.88-2163克深克深205探井探井2012-8-319 1/26843E1-2km42.339 1/26787E1-2km42.34克深克深7探井探井2011-3-66 5/87935E1-2km2.15-2.
4、275克深克深1探井探井2010-10-205 7/87035K1bs2-2.1172克深克深2探井探井2008-8-106 5/86771.79K1bs2.081克深克深2-1-7开发井开发井未完井未完井17 1/23040N1-2k1.6-1.613克深克深501探井探井未完井未完井17 1/23605.5E2-3s1.81-1.823克深克深3探井探井未完井未完井8 1/26870.3E1-2km2.28-2.397克深克深2-2-14开发井开发井未完井未完井13 1/83236.7N1-2k1.688克深区块现有克深区块现有3232口井，其中口井，其中9 9口发生卡钻，累计损失时间口发
5、生卡钻，累计损失时间459459天天克深区块井壁掉块卡钻情况统计克深区块井壁掉块卡钻情况统计掉块掉块中国石油中国石油DRIDRIDRI单侧变形双侧变形套管变形套管变形中国石油中国石油DRIDRIDRI套管变形套管变形套管挤毁套管挤毁中国石油中国石油DRIDRIDRI套管变形套管变形套管变形套管变形中国石油中国石油DRIDRIDRI套管变形套管变形4040臂井径测量的套管变形臂井径测量的套管变形测井观察套管变形测井观察套管变形中国石油中国石油DRIDRIDRIp 钻完盐层固井后，下钻至井深3080m遇阻10t，划眼通过(井段3080-3110m,扭矩4-15kN.m)p 钻进至井深4551.05
6、m发生井漏失返，吊灌起钻至井深3466m遇卡(套管内),悬重由130上升至150t，上提下放活动,上提遇卡下放能放脱,最高上提至220t解卡。p 30753113m，43504450m为大段盐层，盐层盐体的流动造成套管变形。250.8mm250.8mm套管套管下深下深3912m3912m339.7mm339.7mm套管套管下深下深2500m2500m克深克深4 4井铁屑井铁屑套管变形段：套管变形段：3070-3100m，3466m套管变形套管变形克深克深4 4井盐层套管变形，造成该井工程报废井盐层套管变形，造成该井工程报废中国石油中国石油DRIDRIDRI序序号号井号井号套管尺寸套管尺寸套管下
7、深套管下深变形点变形点（m m）岩性岩性损失时间损失时间（天）（天）1大北1029 7/853034970膏质泥岩、泥膏岩9.19.12克深514 3/42735.621522-1547膏盐岩段4.54.53却勒475998.2套管鞋变形泥膏岩与泥岩，膏质泥岩不等厚互层3.83.84乡1753293994-5329白色盐岩、盐膏岩、灰色膏质泥岩33.433.45羊塔克5-1T9 7/852575255.8-5258.5石膏互层，细砂岩1.71.76英买119 5/847374736红色砂岩夹白色石膏层20.920.97英买3219 5/84864.114821.2-4822.9泥岩 含膏泥岩
8、石膏岩 细砂岩 中砂岩2.82.88英买33-H19 5/851174753-4764膏泥岩6.86.89英买349 7/849014809-4823膏质泥岩，白色盐岩0.30.310英买369 7/85081.74995-4999泥岩 含膏泥岩 膏质泥岩222211英买力7-H174877.54627.7-4629膏盐岩段1212塔里木油田套管变形不完全统计塔里木油田套管变形不完全统计套管变形套管变形中国石油中国石油DRIDRIDRI井漏井漏白垩系岩心白垩系岩心- -克深克深206206井井中国石油中国石油DRIDRIDRI井漏井漏岩心岩心- -克深克深207207井井中国石油中国石油DRI
9、DRIDRI大北-克深目的层段裂缝发肓，溢流、井漏频繁井漏井漏中国石油中国石油DRIDRIDRI出砂出砂出砂中国石油中国石油DRIDRIDRI盐膏层流变盐膏层盐膏层避免缩径的钻井液密度是多少？避免缩径的钻井液密度是多少？库车坳陷膏盐岩层平面分布图库车坳陷膏盐岩层平面分布图 古近系库姆格列木群新近系吉迪克组盐层厚度中国石油中国石油DRIDRIDRI压裂压裂体积压裂体积压裂目前，美国页岩气开发普遍采用体积压裂体积压裂技术技术（SRV Stimulated Reservoir Volume）体积压裂是指在水力压裂过程中使天然裂缝不断扩张天然裂缝不断扩张和剪切剪切滑动滑动（剪切破坏），形成天然裂缝与人
10、工裂缝（拉伸破坏）相互交错的复杂裂缝网络，从而增加改造体积、提高初始产量和最终采收率。中国石油中国石油DRIDRIDRI断层滑动断层滑动断层滑动中国石油中国石油DRIDRIDRI可钻性可钻性苏2井钻速非常低中国石油中国石油DRIDRIDRI大北大北-克深区块的地质力学问题克深区块的地质力学问题地质力学问题地质力学问题库车组库车组N2k3503.5砾石段长，易井漏，机械钻速低砾石段长，易井漏，机械钻速低康村组康村组N1-2k4684掉块掉块吉迪克组吉迪克组N1j4974苏维依组苏维依组E2-3s5151井漏井漏库姆格列木群库姆格列木群膏质泥岩段膏质泥岩段5216复合盐层流变复合盐层流变膏盐岩段膏
11、盐岩段5705白云岩段白云岩段5708.5膏泥岩段膏泥岩段5725底砂岩段底砂岩段5747.5巴什基奇克组巴什基奇克组K1bsK1bs二段二段5794l目的层裂缝发肓，井漏、溢流频繁目的层裂缝发肓，井漏、溢流频繁l可钻性差可钻性差l储层改造储层改造三段三段5895巴西盖组巴西盖组K1b一段一段5919问题：生产中还有哪些地质力学问题？问题：生产中还有哪些地质力学问题？中国石油中国石油DRIDRIDRI地质力学的相关概念地质力学的相关概念p Zoback院士：Geomechanics，包含了前面列举的内容。p 李四光：地质力学地质力学是地质学的一门分支学科，指运用力学原理研究地壳构造和地壳运动规
12、律及其起因。p 孙殿卿院士：石油地质力学石油地质力学是地质力学应用于石油勘探开发的一门新兴学科。充分利用地质力学的技术和方法, 并结合石油地质、石油物探、石油开发、流体力学、岩石力学等基本学科，创造性地开拓石油地质力学的新理论新思维。其主要研究内容包括：n (1) 油气分布与构造体系格局及演化;n (2) 油气移聚成藏过程的地应力驱动机制;n (3) 油气藏保存与新构造运动;n (4) 断裂封闭和开启与油气赋存的动力学;n (5) 复杂构造条件下油气田预测理论和方法。p 孙殿卿院士总结的石油地质力学的概念的研究领域仅包括石油勘探领域。问题：为了包含上述内容，国内应该怎么选一个新名词？问题：为了
13、包含上述内容，国内应该怎么选一个新名词？中国石油中国石油DRIDRIDRI24 一一.现场的地质力学问题现场的地质力学问题二二.井眼应力集中井眼应力集中三三.地质力学基本原理地质力学基本原理四四.地质力学现场应用地质力学现场应用提纲提纲中国石油中国石油DRIDRIDRIp问题n那么怎么去解决这些问题呢？n其中的基础的、关键的、核心的问题是什么？n基本原理包含哪些内容？中国石油中国石油DRIDRIDRI基本模型基本模型套管套管-地层模型地层模型井眼模型井眼模型井身结构示意图井身结构示意图中国石油中国石油DRIDRIDRI二二.井眼应力集中井眼应力集中hminHmaxHmaxhminp2cos22
14、SSSSPP TPrr=井眼应力集中井眼应力集中井壁上的应力井壁上的应力p当井壁应力超过岩石抗压强抗压强度度时，井壁发生掉块；p当井壁应力超过抗拉强度时，井壁产生裂缝。中国石油中国石油DRIDRIDRI试验试验MAXmin中国石油中国石油DRIDRIDRIwBO成像测井成像测井Electrical Image LogAcoustic Image Log中国石油中国石油DRIDRIDRI地质力学的基础问题地质力学的基础问题p 确定地应力是解决地质力学的基础、关键、核心问题（外因）；p 岩石强度也是地质力学的基础问题（内因）。中国石油中国石油DRIDRIDRI31 一一.现场的地质力学问题现场的地
15、质力学问题二二.井眼应力集中井眼应力集中三三.地质力学基本原理地质力学基本原理四四.地质力学现场应用地质力学现场应用提纲提纲中国石油中国石油DRIDRIDRI应力应力p在一般坐标系，描述应力需要6个参数（剪应力互等）；p在主应力坐标系下（没有剪应力），应力状态更容易描述。问题：应力和压力有什么区别？问题：应力和压力有什么区别？中国石油中国石油DRIDRIDRI地应力地应力p 地球表面与空气接触，因此不能承受剪应力，这表明地表是一个主应力面；p 可见，只需要4个参数描述地应力，垂直应力、两个水平主应力以及水平最大主应力的方向；p 地下每一点都需要这4个参数来描述，因此，需要建立沿深度的剖面。中国石油中国石油DRIDRIDRI地应力地应力地应力分类模式地应力分类模式
