岩石力学大作业

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、孔隙压力、地应力、地层坍塌压力与破裂压力进行分析计算，分析储层出砂可能性，作出地层力学参数、地层主应力、地层坍塌、破裂压力剖面，分析井壁坍塌原因；研究储层段的出砂可能性，形成结课作业报告。

1. 已知条件

1)A井测井数据，分析孔隙压力，建议采用Eaton法，Eaton指数3.0。.

2)B井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，

结合实用泥浆密度分析井壁失稳原因，并提出合理化建议，分析储层出

砂可能性，推荐合理的完井方式。

3)已知：

✧地层孔隙压力当量密度为1.03g/cm3，

✧地层岩性：3000米以前为典型砂泥岩地层，3000米为砂泥岩，夹薄

层煤。

✧储层段：2800-3000米砂岩层。

✧地应力实测值：在3690m处实测水平最大主应力大约70MPa，水平

最小主应力大约63MPa；

✧测井过程中钻井液密度为1.25g/cm3；

4)岩心抗压强度试验结果：

2. 要求

1）编写程序读取、计算、输出数据；

2）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；

3）利用测井数据计算分析地层的弹性模量、泊松比；

4）根据抗压试验结果，依据莫尔-库仑准则计算单点的粘聚力和内摩擦角，根据实验结果调整合理的系数，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；

5）采用地层密度积分方法计算上覆主应力，根据地应力实测数据分析水平构造应力系数，采用适当模型计算水平主应力大小，得出上覆主应力、水平最大和最小主应力剖面；

6）采用直井完整性地层坍塌、破裂压力计算模型，不考虑渗流作用，计算地层坍塌压力和破裂压力，结合实用泥浆密度分析井壁失稳原因，并提出合理化建议；

7）分析储层出砂可能性，推荐合理的完井方式；

8）输出结果中单位的使用：地层强度参数采用MPa为单位，地应力、坍塌压力、破裂压力采用当量泥浆密度为单位；

9）编写结课作业报告；

10）6月30日前以打印形式交上；

11）上交的电子版文档都用03版的office。

二、基本步骤及公式（B 井）

1、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：

min

max min GR

I GR GR GR GR --=

121

2GR --=

∙GCUR I GCUR VCl

式中 V cl ——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2； I GR ——泥质含量指数；

GR 、GR max 、GR min ——目的层的、纯泥页岩的和纯砂岩层的自然伽马值。 这里利用VB 编写程序读取A 井数据并找到GR min =34.83，GR max =143.102。 VCL<0.3,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：B井泥质含量随井深变化图B井泥质含量计算结果见“B井泥质含量计算结果.xls”Boit系数随井深剖面如图2：

图2：Boit系数随井深剖面

B井Boit计算结果见“B井Boit计算结果.xls”

2、测定岩石强度参数和弹性参数

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：

（3.1）

（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：

（3.3）

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

（3.4）

P P t V ∆=

1

S

S t V ∆=

1554

.0704.0-=P S V V )

(22)

(2222222222s p s p p s p s d V V V V t t t t --=

∆-∆∆-∆=

μ

动态弹性模量

（3.5）

ρ—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]：

（3.6）

（3.7）

图2.1 泊松比变化曲线

3

222229

222

2210

)

43(10)43(

-⨯--=

⨯∆-∆∆-∆∆=

s

p

s p s p

s p

s s

d V

V V V V t

t t t t

E ρρ1239

.03615.0+=d S μμ1989

.06042.0-=d S E E