中国石油大学岩石力学模拟试题(7)

中国石油大学（华东）现代远程教育《岩石力学》课程综合练习题

五、该图是一个正断层受力图，请在图中标示出σ1、σ3。

解：

第八章 井 壁 稳 定

一、选择题

1、钻井过程中地层发生剪切破坏时，发生（ A和C ）。 A、井塌 B、井漏 C、缩径 二、名词解释 1、破裂压力

如果泥浆密度过高，井壁上将产生拉应力，当拉应力大于岩石的抗拉强度时，将产生拉伸破坏（井漏），此时的临界井眼压力定义为破裂压力。 2、孔隙压力

岩石粒间流体对颗粒将产生一种压力，这种压力与颗粒表面垂直，称为孔隙压力。 3、坍塌压力

如果泥浆密度过低，井壁应力将超过岩石的抗剪强度而产生剪切破坏（表现为井眼坍塌扩径或屈服缩径），此时的临界井眼压力定义为坍塌压力。 三、简答题

1、井壁失稳的原因是什么？

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在钻井之前，深埋在地下的岩层受到上覆岩层压力、最大水平地应力、最小水平地应力和孔隙压力的共同作用，处于平衡状态。

打开井眼后，井内的岩石被取走，井壁岩石失去了原有的支持，取而代之的是泥浆静液柱压力，在这种新条件下，井眼应力将产生重新分布，使井壁附近产生很高的应力集中，如果岩石强度不够大，就会出现井壁失稳现象。 2、井壁剪切破坏的表现形式是什么？

井壁失稳时岩石的破坏类型主要有两种：拉伸破坏、剪切破坏。 剪切破坏又分为两种类型：

一种是脆性破坏，导致井眼扩大，这会给固井、测井带来问题。这种破坏通常发生在脆性岩石中，但对于弱胶结地层由于冲蚀作用也可能出现井眼扩大； 另一种是延性破坏，导致缩径，发生在软泥岩、砂岩、岩盐等地层，在工程上遇到这种现象要不断地划眼，否则会出现卡钻现象。

拉伸破坏或水力压裂会导致井漏，严重时可造成井喷。

实际上井壁稳定与否最终都表现在井眼围岩的应力状态。如果井壁应力超过强度包线，井壁就要破坏；否则井壁就是稳定的。 3、井壁一周的周向应力分布有什么规律？

随角度变化按余弦规律变化，对于直井而言：

??'?(?H??h)?2(?H??h)cos2??Pf??Pp

斜井有类似的规律。

4、如何计算坍塌压力？

我们把发生井壁失稳时钻井液的当量密度称为井壁坍塌压力。已知井眼的应力分布规律后，根据一定的强度准则，就可以判断井壁是否发生失稳破坏。井壁

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坍塌时，井壁上发生的是剪切破坏，常用的破坏准则有Mohre-Coulomb准则。

?1'?2Ccos?1?sin?'??3

1?sin?1?sin?式中：σ1为有效最大主应力，MPa；

σ3为有效最小主应力，MPa。 φ 为内摩擦角 C 为内聚力，Mpa

由于剪切破坏是由于钻井液柱压力较小引起的的，故σr最小应力，分一下两种情况： 当轴向主应力σ

v

为最大主应力时，将σ1=σv ，σ3=σr

带入上式通过计算得到

钻井液柱压力，进而得到坍塌压力当量密度； 对于垂直井眼，有?V??Pp?2Ccos?1?sin??(Pw??Pp)

1?sin?1?sin?当周向主应力σθ为最大主应力时，将σ1=σθ，σ3=σr带入上式通过计算得到钻井液柱压力，进而得到坍塌压力当量密度。

对于垂直井眼，有3?H??h?Pw??Pp?2Ccos?1?sin??(Pw??Pp)

1?sin?1?sin?式中Pw为地层坍塌压力，换算成当量泥浆密度为：?w?5、如何计算破裂压力？

Pw?100 H岩石的抗拉强度只有抗压强度的几分之几甚至十几分之几，因此在拉伸应力的作用下，很容易被拉伸破坏。对于井眼结构来说，当井内钻井液液柱压力过高时，在井壁处会出现拉应力，当拉应力超过地层的抗拉强度时，就会出现拉伸破坏，发生井漏事故。

按最大拉应力理论，井壁应力满足以下等式时，井壁岩石将处于张性极限平衡状态：

??min??St 式中：St为岩石的抗拉强度。 对于垂直井而言，有：

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Pf?3?h??H??Pp?St

式中Pf为地层破裂压力，换算成当量泥浆密度为：

?f?3?h??H??Pp?StH?100

6、当坍塌压力大于破裂压力时，应怎样选择泥浆密度？

一般而言，钻井液存在一个合适的密度窗口，即ρ液密度所产生的液柱压力要小于地层的破裂压力。）

因为如果钻井液密度所产生的液柱压力大于地层的破裂压力，将把地层压漏，必须进行堵漏处理。井壁出现了坍塌，可以通过及时地循环钻井液而把岩屑携带上来。

7、简述钻井过程做破裂压力试验求取原地应力的过程？

地层破裂压力试验包括地层的破裂、裂纹的延伸、瞬时停泵裂缝闭合及裂缝重张等环节。瞬时停泵压力即为最小水平主地应力，破裂压力与重张压力的差为抗拉强度，由破裂压力公式可进一步求出最大水平主地应力。 8、影响井眼围岩应力状态和破坏准则的因素有哪些？

概括起来，影响井眼围岩应力状态和破坏准则的因素可分为四大类：（1）地质力学因素，原地应力状态、地层孔隙压力、原地温度、地质构造特征等。这些因素是不可改变的，只能准确地确定它们。（2）岩石的综合性质，岩石的强度和变形特征、孔隙度、含水量、粘土含量、组成和压实情况等。（3）钻井液的综合性质，化学组成、连续相的性质、内部相的组成和类型、与连续相有关的添加剂类型、泥浆体系的维护等。特别是对于泥页岩和泥质胶结的砂岩，钻井液对它们的物理力学性质的影响非常大。（4）其它工程因素，包括打开井眼的时间、裸眼长度、井身结构参数（井深、井斜角、方位角）、压力激动和抽吸等。这些因素和参数之间相互作用、相互影响，使井壁稳定问题变得非常复杂。

坍塌

<ρ

钻井液

<ρ

破裂

, 由钻井

第九章 水力压裂

一、填空题

1、在加压过程中，井眼的切向或垂向的有效应力可能变成拉应力，当此拉应力达到地层的（抗拉强度）时，井眼发生破裂。此时的压力称为（破裂压力）。当

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裂缝扩展到（3）倍的井眼直径后停泵，并关闭液压系统，形成（“瞬时停泵”压力Ps），当井壁形成裂缝后，围岩被进一步连续地劈开的压力称为（传播压力Ppro）。如果围岩渗透性很好，停泵后裂缝内的压力将逐渐衰减到（地层孔隙压力Pp）。 二、判断改错题

1、一般情况下裂缝沿垂直于最小主地应力的方向扩展。由于最小主地应力一般都是水平方向的，因此裂缝一般都是垂直的。 √。

2、泥浆密度过低，井壁应力将超过岩石的抗剪强度而产生剪切破坏（表现为井眼坍塌扩径或屈服缩径），此时的临界井眼压力定义为破裂压力。 ×。把破裂压力改为坍塌压力。 三、简答题

1、水力压裂有哪些基本用途？

概括起来，水力压裂有如下基本用途：（1）克服近井地带污阻，目前的钻井技术不可避免地造成近井地带的污染，它包括钻井液的液相污染和固相污染。这些污染常使油气从地层流入井内的能力大为减弱。水 …… 此处隐藏：1527字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……