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安全钻井泥浆密度计算
Pm i(n 3 σ x σ y)2C K P (K21)
(K21)
Pmax 3σx σy PP St
Pmin Pmax 分别为最小、最大安全钻井泥浆密度个g/cm3
2020/11/12
19
6 水力压裂二维裂缝扩展模型
在两维压裂模型中，裂缝延伸过程中裂缝高度假设不变，可变 量为宽度和长度（或裂缝半径）
2020/11/12
7
（一）、地应力计算模型 1）各向同性地应力计算模型
利用电缆地层测试或压力恢复测试资料，在不考虑构 造应力影响情况下，各向同性模型计算水平应力公式为：
x1 PPR R P 0bPp Pp
PR — 泊松比 Pob — 上覆岩层压力 Pp — 孔隙流体压力 α — Biot 常量
针对： 声波全波测井 偶极横波测井 无横波资料
周向应力和径向应力差值，即 1 3 大小:
井壁坍塌压力:
Pm
(3σx σy)2CKPP(K2
(K2 1)
1)
Kctg(450 )
2
C—岩石固有剪切强度 Mpa
2020/11/12
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5 安全钻井泥浆密度确定
从力学的角度来说，造成井壁失稳的原因主要是由于地 应力和井内泥浆柱压力联合作用于井壁上的应力超过岩石 的强度而引起的剪切破坏或拉伸破坏，井内浆柱压力过低 时向最，井小脆眼最性内大地产安层生全会塑钻产性井生变液坍形密塌而度掉造计块成算而缩表使径达井，式径井为扩内：大泥，桨塑柱性压地力层过则高 时，脆性地层易产生裂缝，疏松地层易渗漏
2020/11/12
3
（2）压裂造缝的横向预测技术研究；
造缝高度 造缝宽度 造缝径向长度
（3）Forward 平台下软件开发
解释流程界面化 地应力计算模块 压裂造缝模块
2020/11/12
4
二、完成的主要工作
1 完成的主要工作
地应力计算模型 各向同性和各向异性地应力计算模型
地层破裂压力计算井壁坍塌压力的计算 安全钻井泥浆密度确定 水力压裂二维裂缝扩展模型 Forward平台下的软件设计模块
2020/11/12
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二1 、地地应层力破计裂算压力模预型测基本原理
地应力计算主要有以下几个方面的优势：
（1） 可充分利用测井资料提供的大量信息，方便、迅速地得 到沿深度连续分布的地应力剖面，对没有进行地应力实测的地 层可计算得到较为准确的地应力数据。
（2） 节省昂贵的地应力测试费用，具有很大的经济意义。
)cos2
x
σ x
2
(1
a2 r2
σ ) x
2
(1
3a4 r4
)cos2
r
σ x
2
(1
3a4 r4
2
a2 r2
)sin
2
2020/11/12
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如果考虑井中泥浆柱及孔隙压力的影响,井壁径向和 周向应力分布关系表达式如下：
rP MP p (σ x σ y)2(σ x σ y)co 2 s P MP p
h 1PPRRz
2020/11/12
针对： 正交偶极横波测井
12
2 井壁上的应力分布
井壁周围应力分布示意图
2020/11/12
13
将板两端承受x方向的压力，与井轴距离r并与按反时针
方向成角处的径向应力、周向应力、剪切应力分别表示
为：
r x
σ x
2
(1
a2 r2
)
σ x
2
(1
3a4 r4
4a2 r2
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4 井壁坍塌压力的计算
库仑-摩尔准则
2020/11/12
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岩石剪切破坏与否主要受岩石所受到的最大最小应力控 制，1与3 的差值越大，井壁越易坍塌，从井壁受力状态中 可（以五发）现井岩壁石坍的塌最压大力最的小计主算应力分别为其周向应力和径向 应力，这说明导致井眼失稳的关键原因是井壁岩石所受的
PM—泥浆柱压力Mpa
2020/11/12
15
3 地层破裂压力计算
从力学上说，地层破裂压力是由于井内泥浆密度过大使 岩石所受的周向应力超过岩石的拉伸强度所造成，
即 St(St 为拉伸强度）。
地层破裂压力：
3σxσy PMPPSt
PM3σxσy PPSt
当钻井泥浆柱压力 PM 地层可能被钻裂。
2020/11/12
（3） 对计算得到的连续地应力剖面可以进行数学分层处理。
（4） 利用地应力计算可对油田开发过程中地应力场的变化规 律分析。
2020/11/12
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2）各向异性地应力计算模型 应力与泊松比的关系:
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考虑到孔隙流体压力的影响，x和y方向的地应力表达 式为：
x P 1y R P x Px xR R y P yP yR x xR y E E x z zP pP p
地层破裂压力预测研究
汇报人：黄文新
二零零六年八月
2020/11/12
1
汇报内容
一、主要研究内容 二、主要工作 三、地层破裂压力预测基本原理 四、Forward平台下的软件设计模块 五、应用实例
2020/11/12
2
主要研究内容
（1）地应力解释模型和计算方法研究
各向同性模型 各向异性模型 地层应力 破裂压力 井壁坍塌压力 井眼稳定性
缝高依然是固定的. 裂缝宽度与缝高无关
GdK裂缝扩展示意图
2020/11/12
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PKN模型计算公式
缝长
Lt
C1
Gq03
1 PR h4f
1/
y P 1y R P x Px xR R y P yP yR x yR x E E y z zP pP p
E — 杨氏模量
针对： 正交偶极横波测井
2020/11/12
Hale Waihona Puke Baidu
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3) 基于应力与应变关系的地应力计算模式
x
h
12VSyx2
Vx2 Sy
y
h
12VSyx2
Vx2 Sy
Sx 、Sy ——耦合系数
各向同性模型地应力计算模块 各向异性模型地应力计算模块 井眼坍塌和稳定性预测模块 水力压裂计算模块 处理了五口井的资料
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三、地层破裂压力预测基本原理
1 地应力计算模型 2 井壁上的应力分布 3 地层破裂压力计算 4 井壁坍塌压力的计算 5 安全钻井泥浆密度确定 6 水力压裂二维裂缝扩展模型
1、PKN模型 在垂直于裂缝长轴的平面内，裂缝面 一般保持为椭圆形 假设：
裂缝有一个固定高度，与缝长无关 与裂缝扩展方向垂直的横截面中的液体压力P为常数 每一个垂直截面独立变形，不受邻近截面的妨碍
2020/11/12
PKN裂缝扩展示意图
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2、Gdk 模型
裂缝形状在平面上为椭圆形，在 垂直面上为矩形 假设：
Pm i(n 3 σ x σ y)2C K P (K21)
(K21)
Pmax 3σx σy PP St
Pmin Pmax 分别为最小、最大安全钻井泥浆密度个g/cm3
2020/11/12
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6 水力压裂二维裂缝扩展模型
在两维压裂模型中，裂缝延伸过程中裂缝高度假设不变，可变 量为宽度和长度（或裂缝半径）
2020/11/12
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（一）、地应力计算模型 1）各向同性地应力计算模型
利用电缆地层测试或压力恢复测试资料，在不考虑构 造应力影响情况下，各向同性模型计算水平应力公式为：
x1 PPR R P 0bPp Pp
PR — 泊松比 Pob — 上覆岩层压力 Pp — 孔隙流体压力 α — Biot 常量
针对： 声波全波测井 偶极横波测井 无横波资料
周向应力和径向应力差值，即 1 3 大小:
井壁坍塌压力:
Pm
(3σx σy)2CKPP(K2
(K2 1)
1)
Kctg(450 )
2
C—岩石固有剪切强度 Mpa
2020/11/12
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5 安全钻井泥浆密度确定
从力学的角度来说，造成井壁失稳的原因主要是由于地 应力和井内泥浆柱压力联合作用于井壁上的应力超过岩石 的强度而引起的剪切破坏或拉伸破坏，井内浆柱压力过低 时向最，井小脆眼最性内大地产安层生全会塑钻产性井生变液坍形密塌而度掉造计块成算而缩表使径达井，式径井为扩内：大泥，桨塑柱性压地力层过则高 时，脆性地层易产生裂缝，疏松地层易渗漏
2020/11/12
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（2）压裂造缝的横向预测技术研究；
造缝高度 造缝宽度 造缝径向长度
（3）Forward 平台下软件开发
解释流程界面化 地应力计算模块 压裂造缝模块
2020/11/12
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二、完成的主要工作
1 完成的主要工作
地应力计算模型 各向同性和各向异性地应力计算模型
地层破裂压力计算井壁坍塌压力的计算 安全钻井泥浆密度确定 水力压裂二维裂缝扩展模型 Forward平台下的软件设计模块
2020/11/12
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二1 、地地应层力破计裂算压力模预型测基本原理
地应力计算主要有以下几个方面的优势：
（1） 可充分利用测井资料提供的大量信息，方便、迅速地得 到沿深度连续分布的地应力剖面，对没有进行地应力实测的地 层可计算得到较为准确的地应力数据。
（2） 节省昂贵的地应力测试费用，具有很大的经济意义。
)cos2
x
σ x
2
(1
a2 r2
σ ) x
2
(1
3a4 r4
)cos2
r
σ x
2
(1
3a4 r4
2
a2 r2
)sin
2
2020/11/12
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如果考虑井中泥浆柱及孔隙压力的影响,井壁径向和 周向应力分布关系表达式如下：
rP MP p (σ x σ y)2(σ x σ y)co 2 s P MP p
h 1PPRRz
2020/11/12
针对： 正交偶极横波测井
12
2 井壁上的应力分布
井壁周围应力分布示意图
2020/11/12
13
将板两端承受x方向的压力，与井轴距离r并与按反时针
方向成角处的径向应力、周向应力、剪切应力分别表示
为：
r x
σ x
2
(1
a2 r2
)
σ x
2
(1
3a4 r4
4a2 r2
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4 井壁坍塌压力的计算
库仑-摩尔准则
2020/11/12
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岩石剪切破坏与否主要受岩石所受到的最大最小应力控 制，1与3 的差值越大，井壁越易坍塌，从井壁受力状态中 可（以五发）现井岩壁石坍的塌最压大力最的小计主算应力分别为其周向应力和径向 应力，这说明导致井眼失稳的关键原因是井壁岩石所受的
PM—泥浆柱压力Mpa
2020/11/12
15
3 地层破裂压力计算
从力学上说，地层破裂压力是由于井内泥浆密度过大使 岩石所受的周向应力超过岩石的拉伸强度所造成，
即 St(St 为拉伸强度）。
地层破裂压力：
3σxσy PMPPSt
PM3σxσy PPSt
当钻井泥浆柱压力 PM 地层可能被钻裂。
2020/11/12
（3） 对计算得到的连续地应力剖面可以进行数学分层处理。
（4） 利用地应力计算可对油田开发过程中地应力场的变化规 律分析。
2020/11/12
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2）各向异性地应力计算模型 应力与泊松比的关系:
2020/11/12
10
考虑到孔隙流体压力的影响，x和y方向的地应力表达 式为：
x P 1y R P x Px xR R y P yP yR x xR y E E x z zP pP p
地层破裂压力预测研究
汇报人：黄文新
二零零六年八月
2020/11/12
1
汇报内容
一、主要研究内容 二、主要工作 三、地层破裂压力预测基本原理 四、Forward平台下的软件设计模块 五、应用实例
2020/11/12
2
主要研究内容
（1）地应力解释模型和计算方法研究
各向同性模型 各向异性模型 地层应力 破裂压力 井壁坍塌压力 井眼稳定性
缝高依然是固定的. 裂缝宽度与缝高无关
GdK裂缝扩展示意图
2020/11/12
21
PKN模型计算公式
缝长
Lt
C1
Gq03
1 PR h4f
1/
y P 1y R P x Px xR R y P yP yR x yR x E E y z zP pP p
E — 杨氏模量
针对： 正交偶极横波测井
2020/11/12
Hale Waihona Puke Baidu
11
3) 基于应力与应变关系的地应力计算模式
x
h
12VSyx2
Vx2 Sy
y
h
12VSyx2
Vx2 Sy
Sx 、Sy ——耦合系数
各向同性模型地应力计算模块 各向异性模型地应力计算模块 井眼坍塌和稳定性预测模块 水力压裂计算模块 处理了五口井的资料
2020/11/12
5
2020/11/12
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三、地层破裂压力预测基本原理
1 地应力计算模型 2 井壁上的应力分布 3 地层破裂压力计算 4 井壁坍塌压力的计算 5 安全钻井泥浆密度确定 6 水力压裂二维裂缝扩展模型
1、PKN模型 在垂直于裂缝长轴的平面内，裂缝面 一般保持为椭圆形 假设：
裂缝有一个固定高度，与缝长无关 与裂缝扩展方向垂直的横截面中的液体压力P为常数 每一个垂直截面独立变形，不受邻近截面的妨碍
2020/11/12
PKN裂缝扩展示意图
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2、Gdk 模型
裂缝形状在平面上为椭圆形，在 垂直面上为矩形 假设：