泥页岩井壁稳定性问题1PPT课件
任务四岩体稳定性评价PPT学习教案
要求模型的制作和试验过程尽可能与实际岩 体的各种地质条件和受力状态接近。
比较直观，能够解决目前的理论分析中尚不 能解决的问题。
目前限于试验条件的要求，试验研究远不如 前述两种方法普及，主要在重大工程的岩体 稳定性评价中应用。
第26页/共42页
二、铁路部门应用的某些经验数据
第17页/共42页
失稳。
（二）岩体稳定性评价的方法
岩体稳定性评价方法的研究发展很 快，但这些方法尚需完善；各种方 法各有其优缺点和应用条件。因此。 应当尽可能采取多种方法结合使用， 互相检验和补充。
当前应用比较广泛的是：
1.地质分析法 2.力学计算法
第18页/共42页
1．地质分析法：
1．地质分析法：
岩体失稳:
在工程施工和运营期间，岩体发生了不能容许 的变形和破坏。
▪ 稳定的：岩体未发生不能容许的变形和破坏。
第2页/共42页
（－）岩体的稳定性及影响岩体稳定性的因素
▪1. 岩体的稳定性及岩体工程地质力学
▪ (1)岩体稳定性:
各类工程有不同的结构特点和用途，
对岩体的稳定性有不同的要求。
▪ 拱桥基础对地基岩体变形要求十分严格； ▪ 简支梁桥基础容许一定数量的地基岩体均匀压缩变形。 ▪ 水库边坡上容许发生一些规模不大的滑坡与崩塌； ▪ 铁路路堑边坡不容许发生这样的边坡岩体滑动与崩塌。 ▪ 不同的地下工程对地下洞室围岩稳定性有不同要求。
1．地质分析法：
1．地质分析法： （3）地质力学配套分析：
在岩体稳定性评价中日益得到发展。
分析的基本内容可包括三个方面：一是根据破裂结构 面的力学性质评价结构面的工程性质，例如从结构面 抗剪强度来看，张性结构面较大，压性结构面其次， 扭性结构面较小；变形模量则是压性面大于扭性面， 扭性面大于张性面；透水性是张性面最大，扭性面居 中，压性面最小。二是应用构造体系的理论确定结构 面构造组合、结构体的型式等岩体结构特征。三是根 据构造配套恢复区域构造应力场，为了解岩体的天然 应力状态指明方向。 第23页/共42页
地下洞室围岩稳定性89页PPT
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
地下洞室围岩稳定性
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 —
井壁稳定
井壁稳定问题是钻井工程中经常遇到的一个十分复杂的难题，随着勘探领域向新区扩展, 钻遇地层日趋复杂, 井壁不稳定已成为实现勘探目的的障碍。
由于这些地区地层所造成的井壁不稳定, 既影响了钻井速度与测井、固井质量, 又使部分地区无法钻达目的层,影响勘探目的实现。
地层矿物组分与理化性能是研究井壁不稳定机理与技术对策的基础。
1、地层组构分析利用X射线衍射、扫描电镜、薄片分析、透射电镜及测井资料对地层矿物组分、矿物分布层理、裂隙发育状况进行分析。
2、地层理化性能分析方法岩石密度、阳离子交换容量、膨胀率、分散性(滚动试验法与C ST 法)页岩稳定指数、比表面积、夸电位、活度、可溶性盐类、胶体含量、岩石强度与硬度及地层压力系数等。
3、井壁稳定问题钻井过程中的井壁坍塌或缩径(由于岩石的剪切破坏或塑性流动)和地层破裂或压裂(由于岩石的拉伸破裂)两种类型。
井壁不稳定间题是力学问题, 又是化学问题, 归根结底仍是力学问题。
1、化学因素井壁不稳定的原因及研究方法1、井壁不稳定的原因如果经验内的泥浆密度过低，井壁应力将超过岩石的抗剪强度（shear strength)而产生剪切破坏（shear failure,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（collapse pressure);如果泥浆密度过高，井壁上将产生拉伸应力，当拉伸应力（tensile stress)大于岩石的抗拉强度（tensile strength）时，将产生拉伸破坏（tensile failure，表现为井漏），此时的临界井眼压力定义为破裂压力（fracture pressure）。
因此，在工程实际中，可以通过调整泥浆密度，来改变井眼附近的应力状态（stress state），可以达到稳定井眼的目的。
2、井壁失稳与岩石破坏类型的关系井壁失稳（unstable borehole）时岩石的破坏类型主要有两种：拉伸破坏（tensile failure）、剪切破坏（shear failure）。
第5讲-岩石力学-常规地层井壁稳定分析方法
天然裂缝性地层或断层
高构造应力地层
研究意义
易缩径地层
疏松地层
研究意义
自然的受压泥页岩地层
诱导受压泥页岩地层
研究意义
井壁垮塌的形式
• 井壁坍塌，井径扩大（灰岩， 泥页岩，破碎性地层） • 井眼缩径（软泥岩、盐膏层） • 井眼压裂，泥浆漏失（砂岩）
研究意义
研究意义
钻井液密度对井壁的作用
斜井井眼周围地层应力状态
线性叠加后，井壁围岩应力分布的表达式：
r
( xx yy ) ( xx yy ) R2 R2 3R 4 4R 2 2 pi (1 2 ) (1 ) cos 2 2 2 r r r4 r2 (1 2 ) 3R 4 4R 2 R2 xy (1 ) sin 2 [ (1 2 ) ]( p i Pp ) 2(1 ) r4 r2 r
不同井周应力下井壁剪切破坏的形式
斜井井眼周围地层应力状态
斜井井眼周围地层应力状态
平台B 目标 平台A
平台C 为了使成功钻遇目标的概率最大，应从哪个平台起钻？
斜井井眼周围地层应力状态
通过坐标变换求取井眼周围应力分布：
cos cos L sin sin cos cos sin cos sin cos sin 0 cos
3R 4 2R 2 ) cos 2 r4 r2 R2 yz (1 2 ) cos xz (1 r R2 xz (1 2 ) cos yz (1 r
斜井井眼周围地层应力状态
井壁上应力分量可表示为：(即：
rR )
r pi ( pi Pp )
井壁失稳的力学机理讲课材料(博士生)
12.3
15.2
2.9
225－ 235
12.2
14.8
2.6
220－ 230
14.5
12.3
2.2
45－ 55
16.5
12.3
4.3
50－ 60
17.5
12.3
5.2
225－ 235
14.8
12.3
2.5
220－ 235
14.2
12.3
1.9
220－ 240
WZ12-1-1井 1800－2890 米
F5
最大水平
主地应力
FA 中块4井区
F2A
2306000
2306000
2305000 20°50′
20°50′ 2305000
2304000
2304000
2303000 20°49′
20°49′ 2303000
h
108°52′ 278000
南
块
0 0.5 1.0 km
最大水平主地应力方向N100E左右
-2700 -2800 -2900 -3000
W3Ⅲ （TVD:2812.57m）
图 例 正断层
油层 水层 干层
0
250
12mm 日产油:94m3 日产气:少量 （TVD:3031.10m）
500 m
W
Ⅲ 3
T
剖面位置示意图
6
B5
5
T′
2308000
2308000
2307000 20°51′
20°51′ 2307000
山前构造带高地应力区 泥页岩地层（占井壁失稳的90％），包
括：软泥岩、硬脆性泥页岩 破碎带（灰岩、泥页岩） 膏盐层（缩径） 高陡地层
岩质边坡稳定性分析 ppt课件
于其上的房屋29间（孔）。窑洞建于 PPT课件
21
1999年，房屋建于2002年。此次崩塌共
造成27人死亡、17人受伤。
PPT课件
2009年6月5日15时许，重 庆市武隆县铁矿乡鸡尾山 山体发生大规模垮塌，掩 埋了12户民房以及400多 米外的铁矿矿井入口，造 成10人死亡，64人失踪， 8人受伤的特大灾害。
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
第六章 边坡稳定性的工程地质研究
均质滑坡
40
2. 滑坡的分类
（2）根据滑动带的力学性质
PPT课件
41
3.滑动面的形成机制
(1)滑动面受最大剪应力面控制：在滑动破坏之前，坡体内 没有既定的软弱面作为滑面。当剪应力超过岩体的强度极 限时，就将大致沿着最大剪应力面发生剪切滑动，常成弧 形并在斜坡的上缘附近转为陡倾的拉裂面。
(2)滑动面受已有软弱结构面控制：坡体中有软弱结构面或 软弱夹层存在，并能构成有利于滑动的结构面(或几个面的 组合面)产生滑动。因此软弱结构面的抗剪强度和产状起控 制作用，而不决定于岩石本身的强度，岩质边坡的破坏绝 大多数都是属于这种情况。
PPT课件
46
一、地貌条件的影响
深切峡谷地区，陡峭的岸坡是容易发生边坡变形和破坏的 地形条件。通常，坡度越陡、坡高越大，对稳定越不利。崩 塌现象均发生在坡度大于60º的斜坡上。而滑坡现象虽在陡 坡地形发育较多，但在较缓的边坡上也可发生，这主要决定 于滑动面的性质。
泥页岩水化对井壁稳定的影响规律
泥页岩水化对井壁稳定的影响规律由于泥页岩中含有水敏性粘土矿物,当与钻井液接触时,泥页岩与钻井液相互作用,产生水化膨胀,不仅改变了井眼周围的应力分布,而且由于吸水使得泥页岩的强度降低,这就使得泥页岩地层的井壁失稳问题非常严重。
利用泥页岩地层水化后井眼周围应力分布的计算模型,在Visual Basic 5.0的环境下,编制Windows应用程序。
该程序可以计算井眼周围的含水量分布、井眼周围的应力分布及保持井壁稳定所需的坍塌压力(仅考虑在均匀水平地应力的条件下的直井井眼)。
1. 泥页岩井眼周围的含水量分布利用程序计算出井壁与泥浆接触时间分别为100,200,…,600小时的泥页岩地层中的含水量分布,从计算结果可知:(1) 当泥页岩与井内泥浆接触时,井壁上的泥页岩吸水量很快达到饱和值;(2) 当时间一定时,泥页岩的吸水量随离井眼距离的增加而减小,这样在井眼周围的泥页岩地层中形成一水化带,但到一定的距离后,其含水量接近于原始含水量;(3) 在水化带内,当距离一定时,时间越长,泥页岩的吸水量越多,到一定时间后将趋于饱和。
(4) 泥页岩地层的含水量分布与其吸附扩散常数密切相关,因为含水量的分布是计算井眼周围的应力分布和分析水化影响井壁稳定的基础,所以必须准确测定泥页岩的吸附扩散常数。
2. 泥页岩地层井眼周围的应力分布利用所编程序,计算在只有水化时及在水化膨胀和地应力共同作用下的井眼周围的应力分布。
2.1只有水化作用时井眼周围的应力分布计算钻井液与泥页岩接触的时间为200和500小时的井眼周围的应力分布。
泥页岩水化在井眼周围岩石介质内部产生一个压应力场,但对径向应力和切向应力的影响程度并不相同,所产生的径向应力较小,而切向应力则大得多。
切向应力在井壁上最大,随着向井壁内层的推进,切向应力急剧减小,特别值得注意的是,切向应力在其缓慢地降为零之前,由压应力变为拉应力(实际井眼中由于存在地应力及井内泥浆液柱压力的作用而不会出现拉应力)。
6 、井壁稳定性解析
P破＞ P泥 ＞ P地
(P地＞ P坍)
P破＞ P泥＞ P坍
ΔP—安全压力窗口
(P坍＞ P地 )
钻井合理泥浆密度的确定
ΔP愈大,则钻井愈易
ΔP愈小,则钻井愈难
钻井合理泥浆密度的确定
若ΔP =P破- P地 （ P地＞ P坍） 则较易 若ΔP =P破- P坍 （ P坍＞ P地） 则较难
volume
(after Gaarenstroom et al., 1993)
典型的水力压裂试验曲线
破裂漏失 井 出现剪切 口 裂缝
停泵
裂缝重张
压 力
裂缝闭合
时间
利用水力压裂试验数据计算地应力：
地层破裂压力（Pf）：地层破裂产生流体漏失时的井底压力
裂缝延伸压力（Pr）：使一个已存在的裂缝延伸扩展时的井底 压力 裂缝闭合压力（PFcp）：使一个存在的裂缝保持张开时的最小 井底压力，它等于作用在岩体上垂直裂缝面的法向应力，即最 小水平主地应力。 瞬时停泵压力（PISIP）：关泵瞬间的裂缝中的压力。它一般 大于PFcp，两者之间的差别一般在0.1～7MPa之间变化，它 取决压裂工艺及岩石性质。在低渗透性地层，两者近似相等
70 60 50 40 30 20 10 0 90 180 270 360
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 90 180 270 360
井周地层应力状态
( H h ) ( H h ) R2 R2 3R 4 2 P (1 2 ) (1 4 ) cos 2 2 2 r r r (1 2 ) R2 [ (1 2 ) ](P Pp ) 2(1 ) r
2cCos [ c ] 1 Sin 则井壁稳定性系数：