巖石力學大作業(yè)11755

1、巖石力學大作業(yè)姓名：班級：學號：2010年4月18日一、作業(yè)題目結合所學的巖石力學課程及相關知識，利用給出的測井數(shù)據(jù)，對地層力學參數(shù)、地應力、地層坍塌壓力與破裂壓力進行分析計算，作出地層力學參數(shù)、地應力、地層坍塌、破裂壓力剖面，形成結課作業(yè)報告。二、 已知條件1) 地層測井數(shù)據(jù)（見附表）；2) 地層孔隙壓力當量密度為1.03g/cm3；3) 上覆主應力在3000m處地層當量密度為2.23g/cm3；4) 地應力實測值：在3025m處實測水平最大主應力大約59MPa，水平最小主應力大約49Mpa；5) 測井過程中鉆井液密度為1.35g/cm3；6) 巖心抗壓強度試驗結果：井深（m）圍壓值（Mpa

2、）破壞強度（Mpa）3030016.125106.53110022.630127.1三、作業(yè)設計求解1. 利用自然伽馬測井數(shù)據(jù)簡單分析地層巖性，合理設定或求取Biot系數(shù)（1）根據(jù)自然伽瑪測井數(shù)據(jù)，由公式（1）、（2）可計算出不同井深處巖石的泥質含量。 （1） （2）式中，泥質的體積含量；IGR泥質含量指數(shù)；GR，GRmin，GRmax分別表示目的層的、純砂巖層的和純泥巖層的自然伽瑪讀數(shù)值，這里取GRmin =30，GRmax=140。GUCR希爾奇指數(shù)，對于第三系地層取3.7，老地層取2。這里取GCUR=3.7。以井深3000m處的測井數(shù)據(jù)為例進行計算：H=3000m，GR=91.866 由

3、此可以得到地層泥質含量隨井深變化的曲線(具體計算數(shù)據(jù)見附表一)：關于Biot系數(shù)的設定：當；。（具體數(shù)據(jù)見附表一）（2）巖性分析：由聲波時差測井和自然伽馬測井數(shù)據(jù)簡單分析，可知該測段地層主要為含泥質砂巖，泥質含量Vcl主要分布在0.250.40，泥質含量較少，孔滲特性較好。2. 利用測井數(shù)據(jù)計算分析地層的彈性模量、泊松比（1）由聲波時差數(shù)據(jù)算出縱、橫聲波速度，然后求出，。并通過動靜得到：，。（km/s） （3） （4） （5） （6） （7）式中，、 分別為縱波速度與橫波速度。 、動態(tài)、靜態(tài)彈性模量； 、 動態(tài)、靜態(tài)泊松比。以井深3000m處的測井數(shù)據(jù)為例進行計算：tp=88.341us/ft

4、，=2.3914g/cm3通過單位換算1ft=0.3048m，1us=10-6s且Vp=1tp可得，Vp= 3.450266581km/s, 由此可得，隨井深變化的曲線：（具體數(shù)據(jù)見附表二）（2）地層彈性模量，泊松比分析：該段地層主要為含泥質砂巖，其彈性模量和泊松比相對于其他巖性巖石而言處于中等水平，較不易變形，地層穩(wěn)定，鉆后井壁穩(wěn)定性較好。3.利用測井數(shù)據(jù)計算粘聚力、內(nèi)摩擦角與地層抗拉強度的連續(xù)剖面。已知：巖心抗壓強度試驗結果：井深（m）圍壓值（Mpa）破壞強度（Mpa）3030016.125106.53110022.630127.1取井深為3030m的試驗數(shù)據(jù)，代入莫爾庫倫準則：1=3(c

5、ot(45-2)2+2Ccot(45-2)有16.1=0×(cot(45-2)2+2Ccot(45-2)106.5=25×(cot(45-2)2+2Ccot(45-2) 解得，C1=4.2333255671=34.52°同理，由井深為3110m處巖心的試驗數(shù)據(jù)可得C2=6.0545368332=33.64°（1）將C1，C2以及井深分別為3030m和3110m處的d，Vp，Vcl井深(m)密度(g/cm3)Vp（km/s）udVclC(Mpa)30302.3493.1817280290.3029776510.2595316844.233325567311

6、02.33843.1176801510.3081418210.3751426856.054536833代入公式，求得，A1=0.004521431A2=0.00660942 取兩者平均值得A=0.005565425將求取的A代入公式，并代入相關的測井和計算數(shù)據(jù)，可以得到粘聚力C的連續(xù)剖面：（具體數(shù)據(jù)見附表三）（2）內(nèi)摩擦角和粘聚力存在線性關系：將C1=4.2333255671=34.52°和C2=6.0545368332=33.64°代入上式，可求得a=36.5655213b=-0.4831949將a，b代入線性關系中，并代入C值，可得到內(nèi)摩擦角的連續(xù)剖面（具體數(shù)據(jù)見附表三

7、）：（3）地層單軸抗拉強度計算公式如下：代入粘聚力和內(nèi)摩擦角的連續(xù)剖面，可得到地層單軸抗壓強度USC的連續(xù)剖面（具體數(shù)據(jù)見附表三）：地層抗壓強度計算公式如下：由此可以得到地層抗壓強度連續(xù)剖面：（具體數(shù)據(jù)見附表三）4.計算地應力（1）上覆巖層壓力的計算上覆巖層壓力梯度一般分段計算，密度和巖性接近的層段作為一個沉積層，即 當井深為3000m時，上覆巖層主應力在該處的地層當量密度為2.23g/cm3 ，取g=9.81m/s2H=3000m， H=3001m， 同理，可得到該井段各處上覆巖層壓力。由此可以做出上覆地層應力剖面（具體數(shù)據(jù)見附表四）：（2）水平主應力的計算（使用黃榮樽法（六五）：已知：地應

8、力實測值：在3025m處實測水平最大主應力大約59MPa，水平最小主應力大約49MPa。，將以上數(shù)據(jù)代入下面公式：1=0.461317793，2= 0.230275297將求得構造應力系數(shù)代入公式，并代入相關測井和計算數(shù)據(jù)，可得水平最大和最小主地應力（具體數(shù)據(jù)見附表四）5.地層坍塌壓力和破裂壓力計算（1）坍塌壓力：保持井壁穩(wěn)定的坍塌壓力公式 式中, 以井深為3000m的數(shù)據(jù)為例進行計算:同理可得其它井深處的坍塌壓力。由此可得地層坍塌壓力剖面（具體數(shù)據(jù)見附表五）：（2）破裂壓力計算公式：以井深3000m處的數(shù)據(jù)為例進行計算：同理可得其它井深處的破裂壓力。由此可得地層破裂壓力剖面（具體數(shù)據(jù)見附表五）：由以上兩圖，