地应力计算公式
地应力研究的理论基础-2
二．地应力研究的理论基础井眼不稳定性是全球范围内油田勘探、开发普遍存在的问题。
在钻井工程作业中，受各种因素的影响，井眼多发生垮塌、崩落、缩径、压裂、变形，甚至发生井涌、渗漏、卡钻等事故，这些问题在今天都被包含在井眼稳定的内容中。
因此，研究解决此类问题的办法对安全生产、提高作业效率、节约成本等具有非常重要的现实意义。
造成井眼不稳定的原因很多，包括自然的和人为的两个方面。
①在自然因素方面有：地质构造类型和原地应力、地层的岩性和产状、含粘土矿物的类型方面原因；同时，地层倾角、层面的胶结，以及地层强度、裂隙节理的发育情况、孔隙度、渗透性及孔隙中的流体压力等也会导致井壁不稳定。
②在人为方面有：钻井液的性能（失水、黏度、流变性、密度）、钻井液的成分与井壁岩石矿物的化学作用的强弱（水化、膨胀作用）、井周钻井液侵入带的深度和范围、井眼裸露的时间、钻井液的环空上返速度、对井壁的冲蚀作用、循环动压力和起下钻的波动压力、井眼轨迹的形状、钻柱对井壁的摩擦和碰撞等因素。
井眼的不稳定性问题，从广义上讲应包括脆性泥页岩井壁的坍塌剥落、塑性泥页岩井壁的缩径和井眼的粘弹塑性变形及地层在钻井液压力作用下的水力压破裂（多发生在砂岩层段）。
由于问题的复杂性，不可能对上述影响因素一一作出定量分析。
解决井眼不稳定壁问题主要从钻井液化学和岩石力学两个方面入手，抓住主要影响因素进行分析，才能获得较好的结果。
长期以来，由于种种原因，研究的焦点多集中于化学防塌机理方面（主要是研制钻井液体系），使得井眼不稳定现象大为减少，井眼不稳定技术研究取得了较大的进展。
但是，至今仍未能很好地解决水化程度弱的脆性泥页岩井壁的坍塌问题。
井眼岩石失稳坍塌，一般都可归结为井壁岩石所受的应力超过它在井眼状态下所能承受强度的结果，钻井液的侵蚀作用会减弱泥页岩的强度，同时产生的水化作用会改变泥页岩中的应力状态。
岩石的力学性质主要是指岩石的变形特征及岩石的强度。
为了研究井眼稳定性问题，有必要研究岩石的力学性质及其在物理环境下应力场中的反映。
石油工程岩石力学-地应力
平地应力方位
地应力纵向分布规律计算
不同深度，不同性质的地层其地应力大小及 非均匀性不同，即地应力不是随井深增加而 线性增大，对不同地层要分层计算地应力。
地应力主要来自于上覆岩层的自重及地质构 造运动产生的构造应力，用公式表示为：
H
H
H
T
地应力纵向分布规律计算
hmin
HMAX >> v > hmin
第二节 地应力的测量方法
垂直主应力的求取：
垂直地应力是由重力作用产生的（岩石的重量）； 在任意深度，垂直地应力等于上覆岩层压力：
v = gz （密度×重力加速度×深度） 通常垂直地应力通过对密度测井数据积分获得； 在海上钻井要包含泥线以上海水产生的压力；
B A
C
largely unfractured shale
static basal sheet
compression
四、进行地应力研究的意义：
是所有地质力学问题中重要的初始条件； 是勘探、钻井及油藏等石油工程的重要参数； 是钻井工程中井壁稳定分析的重要参数； 是采油工程中出砂防砂分析的重要参数； 是油气层增产改造措施制定的重要参数；
直井井眼周围地层应力状态
由水平最大地应力 H所引起的井周应力分布
r
H 2
(1
R2 r2 )
H 2
(1
3R 4 r4
4R2 r 2 ) cos2
H 2
(1
R2 r2
)
H 2
(1
3R 4 r4
) cos2
r
H 2
(1
3R 4 r4
2R2 r2
) sin 2
5、地应力
Drilling Direction and Stress
Favored hole orientation
v
The best orientation to increase hole stability minimizes the principal stress difference normal to the borehole axis 60° cone
水平主应力的测量：
测量的对象：水平地应力的大小和方向
地应力方向的测量方法：井壁崩落椭圆法 地质力学方法 压裂裂缝监测法 地应力大小的测量方法：水力压裂试验 声发射Kaiser效应
岩心差应变实验法
一、井壁崩落椭圆法判断水平地应力方向
水平最大主应力方向
一般情况下，井壁坍
塌形成的椭圆形井眼，
长轴与最大水平主地 应力方向垂直
（理论依据是什么？）
水平最小主应力方向
井壁发生坍塌后的井眼形状与井眼钻开后应力的重分布有关井眼坍塌破坏形状σ Nhomakorabeah
σ
H
σ
H
σ
h
井眼坍塌长轴方向的变化
水平最小主应力 节理破碎地层塌块 大，井眼长轴在最 大水平地应力方位 水平最小主应力
水平最大主应力
完整地层塌块小， 井眼长轴在最小水 平地应力方位
井壁崩落椭圆资料的获取与识别
应力
取心方式与实验设备
加载装臵
声信号接收设备
实验步骤：
加工好的岩样套上橡胶封隔套，装入高压釜中；
加围压至设定值，并使之保持恒定；
以恒定的加载速给岩样施加向载荷；记录下加载过程 中岩样内部微破坏所发出的声发射信号 将向载荷卸致零，进行第二次加载； 绘出二次加载过程中的声发射信号载荷的变化曲线。
地应力的计算
地应力的计算《地壳应力随深度的变化规律》1.水平主应力值随深度的增加而增加，通常比覆盖层静压大几倍，且远大于视岩休为弹性介质的侧向约束，即按计算水平应力(式中为泊松比，为岩石密度，为重力加速度， Z 为深度)。
地壳中水平应力的另一个特点是其各向异性。
也就是说，两个水平主应力(最大水平主应力) 及 (最小水平主应力) 的大小很少是相等的。
根据我们的观测结果，在中国大陆地壳中，最小与最大水平主应力的比值为0.3 一0.7 的约占70%，即一般最大水平主应力是最小水平主应力的1.4 一3.3倍。
最大水平主应力与最小水平主应力随深度变化的梯度在不同地区是不同的。
《地壳应力在低渗裂缝砂岩油田开发中的应用》水平主应力的总和与测点深度的关系式为：:式中—水平最大主应力，MPa；—水平最小主应力，MPa；—测点深度，m；—地面岩石中水平主应力的总和，MPa；—应力梯度，MPa套管抗外挤强度，注水后，注入水窜入泥岩层诱发地应力在井壁产生周向应力。
计算公式为：，最大最小周向应力。
在压裂施工中，当井内压裂液的压力升高到一定数值时，油层即发生破裂，这时油层承受的净压力，称为油层的破裂压力, 表达式:—油层破裂压力，MPa；，—油层最小、最大水平主应力，MPa；—油层岩石抗张强度，MPa；—油层孔隙压力，MPa；当停止泵入压裂液，最小主应力将迫使裂缝闭合，当裂缝刚刚张开或恰恰没有闭合时，裂缝中压裂液所承受的净压力称为闭合压力，它近似等于油层的最小主应力。
《地形条件对大安山井田地应力的影响》《断层活动与原地应力状态》——李方全如果沿断层面的剪应力等于阻碍滑动的摩擦阻力时,在断层面上就会发生摩擦滑动,这就是库伦准则。
也可用主应力来改写库伦准则,井引入有效应力概念。
对于方位合适的断层面,最大、最小有效主应力之比可表示为摩擦系数µ的函数若最大、最小有效主应力(式中为孔隙压力)之比小于此值,则断层稳定,不发生滑动.如果比值等于此值,就会在方位合适的断层上发生滑动。
地应力计算公式
地应力计算公式地应力是指地壳内存在的地质应力，是岩石或土体受到的压力和剪切力的结果。
地应力的大小和方向会影响地下工程的稳定性和可靠性，因此准确计算地应力十分重要。
地应力的计算公式主要有以下几种：1.水平地应力计算公式：水平地应力主要指x、y方向上的应力。
根据公式σh = ρgz，可以计算得出。
其中，σh为水平地应力，ρ为岩石密度，g为重力加速度，z为地下深度。
2.垂直地应力计算公式：垂直地应力主要指z方向上的应力。
根据公式σv = ρgz，可以计算得出。
其中，σv为垂直地应力，ρ为岩石密度，g为重力加速度，z 为地下深度。
3.科尔洛格尔-穆勒公式：科尔洛格尔-穆勒公式是用于计算地应力的常用公式之一、根据该公式，地应力可以表示为σ=(1-ζ)σh+ζσv，其中σ为地应力，σh为水平地应力，σv为垂直地应力，ζ为系数，代表了地层的应力状态。
4.微扰法：微扰法是一种计算地应力的数值方法。
通过在其中一点施加微小的扰动，测量变形或应力的响应，可以推断出该点的地应力。
常用的微扰法包括洛根-纳福尔斯基法、拟合椭球法等。
5.考虑地应力梯度的计算方法：地应力通常会随着地下深度变化而发生变化。
因此，在计算地应力时需要考虑地应力梯度的影响。
常用的方法有拉克鲁瓦法、密集级差法等。
此外，地应力的计算还需要考虑地质条件、岩石的物理力学参数等。
这些参数包括岩石的弹性模量、泊松比、内摩擦角等，常用的地应力计算方法还包括岩石力学模型、有限元法等。
总之，地应力的计算公式包括水平地应力、垂直地应力的简单计算公式，还可以通过科尔洛格尔-穆勒公式、微扰法、考虑地应力梯度的计算方法等进行计算。
在实际应用中，需要结合具体地质条件和岩石性质来选择适合的计算方法，以获得准确的地应力数据。
地应力计算公式范文
地应力计算公式范文地应力是指地下岩体受到的应力状态，地应力主要由地球内部的重力、地壳的厚度和岩石本身的力学特性等因素所决定。
在地质勘探和地下工程中，准确地计算和了解地应力的分布和变化对于工程设计和施工具有重要意义。
本文介绍了地应力的计算公式及其推导过程，并对地应力的影响因素进行了简要讨论。
地应力的计算公式可以通过应力平衡方程来推导得到。
应力平衡方程可以表示为：∂σ_xx/∂x + ∂τ_xy/∂y + ∂τ_xz/∂z + F_x = 0 (1)∂τ_xy/∂x + ∂σ_yy/∂y + ∂τ_yz/∂z + F_y = 0 (2)∂τ_xz/∂x + ∂τ_yz/∂y + ∂σ_zz/∂z + F_z = 0 (3)其中，σ_xx、σ_yy和σ_zz分别代表岩体在x、y和z三个方向上的正应力；τ_xy、τ_xz和τ_yz分别代表岩体在xy、xz和yz平面上的剪应力；F_x、F_y和F_z分别代表岩体受到的体力。
有了这个应力平衡方程，我们可以得到一系列求解地应力的计算公式。
根据岩石力学理论，我们可以假设岩体处于弹性状态，即应力与应变之间存在线性关系。
根据胡克定律，我们可以将应力表示为应变的线性函数：σ_xx = E(ε_xx + v(ε_yy+ε_zz)) (4)σ_yy = E(ε_yy + v(ε_xx+ε_zz)) (5)σ_zz = E(ε_zz + v(ε_xx+ε_yy)) (6)τ_xy = 2Gγ_xy (7)τ_xz = 2Gγ_xz (8)τ_yz = 2Gγ_yz (9)其中，E代表岩石的弹性模量，G代表岩石的剪切模量，v代表泊松比，ε_xx、ε_yy和ε_zz分别代表岩体在x、y和z三个方向上的应变，γ_xy、γ_xz和γ_yz分别代表岩体在xy、xz和yz平面上的剪应变。
根据以上公式，结合应力平衡方程，就可以计算出地应力的大小和分布。
具体的计算步骤如下：1.假设每个方向上的应变分布情况，并通过实际野外或实验数据进行验证。
地应力计算公式
地应力计算公式地应力计算公式地应力计算是地质工程中的重要计算工作，需要根据地质条件和力学参数进行准确的计算。
以下是几种常用的地应力计算公式：1. 等效重力法•公式：σz′=γ⋅z•其中，σz′为垂直深度为z处的地应力，γ为岩石的单位体重。
例如：若岩石的单位体重γ为kN/m³，要计算深度为100 m处的地应力，则根据等效重力法可知σz′=×100=250 kPa。
2. 克劳森公式•公式：σz′=σv+2α⋅H•其中，σz′为垂直深度为H处的地应力，σv为地表面的垂直应力，α为地层的水平应力系数。
例如：已知地表面的垂直应力σv为200 kPa，地层的水平应力系数α为，要计算深度为200 m处的地应力，则根据克劳森公式可知σz′=200+2××200=400 kPa。
3. 莫尔-库仑准则•公式：σz′=σℎ+ΔP•其中，σz′为垂直深度为H处的地应力，σℎ为水平地应力，ΔP为地下水压力。
例如：已知水平地应力σℎ为400 kPa，地下水压力ΔP为100 kPa，要计算深度为300 m处的地应力，则根据莫尔-库仑准则可知σz′=400+100=500 kPa。
总结以上是几种常用的地应力计算公式，根据具体情况选择相应的公式进行计算可以得到准确的地应力结果。
4. 斯威特公式•公式：σz′=σv+αs⋅H+ΔP•其中，σz′为垂直深度为H处的地应力，σv为地表面的垂直应力，αs为地层的垂直应力系数，ΔP为地下水压力。
例如：已知地表面的垂直应力σv为500 kPa，地层的垂直应力系数αs为，地下水压力ΔP为150 kPa，要计算深度为500 m处的地应力，则根据斯威特公式可知σz′=500+×500+150=700 kPa。
5. 针对特定地质条件的公式•对于一些特定的地质条件，可以根据实地勘察和试验数据推导出适用于该地质条件的地应力计算公式。
例如：某个区域的地质条件独特，经过实地勘察和试验数据分析得出如下地应力计算公式：σz′=β⋅H2+γ⋅H+σv。
利用测井资料计算地应力和地层压力
利用测井资料计算地应力和地层压力测井是一种获取地下地质信息的技术手段，通过测井资料可以计算地应力和地层压力。
地应力是指地下岩石受到的应力状态，包括水平应力(SHmax)、垂直应力(Sv)和最小水平应力(Shmin)。
地层压力是指地下岩石受到的压力，它是由地质构造和地下岩石自身重力作用所引起的。
测井资料中常用的数据包括密度、声波速度和孔隙压力。
根据这些数据，可以使用不同的方法计算地应力和地层压力。
下面将详细介绍两种常用的计算方法。
第一种方法是利用测井参数计算地应力：1.密度测井：通过测井仪器测量孔隙岩石的密度，可以得到地下岩石的密度值。
地应力与密度有关，通常可以利用下面的公式计算地应力：Sv = ρgzh + ΔP其中，Sv为垂直应力，ρ为地下岩石的密度，g为重力加速度，z为垂直坐标(由测井资料中测得的深度)，h为大地水平应力增加系数(通常假设为1，即认为大地水平应力与垂直应力相等)，ΔP为孔隙流体压力。
2.声波速度测井：通过测井仪器测量岩石中声波传播的速度，可以得到地下岩石的声波速度值。
根据地震黏滞剪切模量理论，可以利用下面的公式计算地应力：SHmax = 0.87ρVs^2其中，SHmax为最大水平应力，ρ为地下岩石的密度，Vs为地下岩石的声波速度。
这个方法需要选取与地层相互作用最大的水平应力作为SHmax，通常选取沉积岩中的垂向最大应力作为最大水平应力。
第二种方法是利用测井参数计算地层压力：1.密度测井：利用密度测井得到的岩石密度和地下深度，可以计算出不同深度的岩石压力。
地层压力随深度增加而增加。
2.孔隙压力测井：通过测井仪器测量岩石中孔隙流体的压力，可以得到地下岩石的孔隙压力值。
地层压力与孔隙压力有关，可以利用下面的公式计算地层压力：Ppore = ρgh其中，Ppore为孔隙压力，ρ为地下岩石的密度，g为重力加速度，h为大地水平应力增加系数。
综上所述，利用测井资料可以计算地应力和地层压力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
地应力计算公式
地应力计算是地球物理学中的一个重要内容，它是研究地球内部构造和地球动力学过程的基础。
地应力是指地球内部岩石受到的力的作用，它对于岩石的形变和破裂过程具有重要影响。
地应力的计算可以通过多种方法进行，其中最常用的是根据地壳中岩石密度、地层厚度和重力加速度等参数进行计算。
下面将详细介绍地应力计算的相关参考内容。
1. 地球内部构造模型：地应力的计算需要基于地球的内部构造模型，其中包括地壳、地幔和地核等层次。
在计算地应力时，需要对于不同层次的岩石性质和物理参数进行估算，如岩石密度、岩石单轴抗压强度和剪切模量等。
这些参数的估算可以通过实验室试验、孔隙弹性介质理论和地质观测等方法进行。
2. 重力加速度：地应力的计算中需要考虑地球的重力场对于岩石的影响。
重力加速度是一个重要参数，它可以通过地球的形状和质量分布进行计算。
对于地球形状的估算可以利用椭球体模型进行，而地球质量分布可以通过重力观测和反演方法进行估算。
3. 地层厚度：地应力的计算还需要考虑地层厚度对于地壳中岩石受力的影响。
地层厚度可以通过地震波传播速度的测量和地质勘探等方法进行估算。
此外，还需要考虑地质构造对于地层厚度的影响，如断裂、褶皱和岩浆活动等。
4. 应力场分布：地应力的计算还需要考虑地球内部的应力场分布。
地应力场是指地壳中岩石受到的应力分布，在计算中可以
根据地球动力学模拟和地震应力触发等方法进行估算。
地应力场的估算对于地震危险性评估和岩石工程设计具有重要意义。
5. 数值模拟方法：地应力的计算可以通过数值模拟方法进行，其中最常用的是有限元法和边界元法等。
这些方法可以考虑地球内部的复杂几何形状和岩石性质差异对于地应力的影响，从而提高计算的精度和可靠性。
在数值模拟中，还需要考虑岩石的本构关系和应变软化效应等。
综上所述，地应力的计算涉及到地球内部构造模型、重力加速度、地层厚度、应力场分布和数值模拟方法等多个方面的内容。
这些参数和方法的选择和估算对于地应力的计算具有重要影响。
地应力计算的结果可以为地质灾害防治、岩石工程设计和地震危险性评估等提供参考依据，对于深入理解地球内部构造和地球动力学过程具有重要意义。