当前课程知识点：采油工程 > 第八章 水力压裂技术（一） > 8.1 造缝机理 > 8.1.2 地应力
同学们好
本节我们学习地应力
首先我们先看一下
整个的储层结构
水力压裂就是在井下储层当中
压开一条裂缝
那么什么条件之下
可以压开这样的裂缝
我们需要知道
地层的应力条件是什么
那么地层中储层是
处于一个什么样的应力状态
我们知道地层是埋深于
上千米 甚至是几千米的井下的
所以地层中的储层
是受到一个挤压应力的作用
就像这个示意图中给出
无论是储层的上下左右
都受到一个挤压应力的作用
那么这种挤压应力 它的来源
或者是它产生的原因是什么
它的主要的应力来源
就来源于垂向的应力
也就是垂向的主应力
为什么这么说呢
储层是埋深于
上千米的地层当中的
储层之上的上覆岩层
是压在储层上面的
这样的一个厚度下的上覆岩层
它自身的重量压在了储层上
那么储层显然在垂向上
就受到了挤压应力的作用
那么这个挤压应力大小
如何来计算
我们来看 一般情况之下
是采用这个表达式来做的计算
也就是说上覆岩层的厚度
也就是储层的埋深
对它做一个积分
为什么要做积分
是因为上覆岩层的密度
随着不同的深度
它是有变化的
所以我们用这个积分式子
就可以得到一定埋深情况之下
上覆岩层对于储层的
垂向正应力的这样一个作用
那么这样的一个正应力
作用在储层上
而储层不是一个实心的
而是有孔隙的这样的一种结构
而孔隙之内又是有液体
而且是有孔隙压力的
这也就是我们所说的地层静压
在这样一个条件之下
受到了垂向的一个压应力的作用
它是在这种结构里面
有一个有效垂向应力的
这么一个概念
这是怎么来理解
也就是这种储层结构
它内部的孔隙带有的液体
它自己本身的静压作用
对于上覆岩层的正压力来说
是有一个抵抗力的作用
所以对于储层来说
有效地垂向应力应该是
上覆岩层的垂向应力减掉
孔隙之内的静压 也就是孔隙压力
这样的一个差值 我们称为σz
那么这个σz表达的就是
有效的垂向应力
当然在这里面我们没有考虑
岩石骨架的收缩变形
所以这个地方就是用
σz减掉Ps 直接减掉的
我们在介绍储层岩石的
岩石力学性质的时候
我们引入了一个概念
这个概念表达的就是
这个储层的收缩性能
对于这种孔隙压力转换为
应力的一个变化
大家还记得这个概念
就是我们所说的毕奥特常数
也就是通过考虑毕奥特常数之后
我们再来看 它的有效垂向应力
我们可以用这个式子表达
也就是用σz减掉α乘以Ps
这个α表达的就是
考虑了岩石压缩性之后
考虑了它吸收一部分岩石孔隙内的
孔隙压力的情况之下
表现出来有效应力的情况
这就是垂向的主应力
我们是用这样的办法
我们再来看水平方向
水平方向的应力是怎么产生的
正如我们前面分析的
储层受到了上覆岩层
一个垂向应力的作用
是本源 是主要的
这样的一个上覆岩层的压力
使得储层就有一个横向的变形
有这种变形的趋势
而这种变形的趋势
在地下环境里面它是受到约束的
受到约束的变形
就会产生应力的作用
因此我们介绍岩石的
有效水平应力应该是
用这样的一个表达式表达出来的
这里面就引入了我们介绍的
岩石力学性质里面的
一个重要的泊松比
也就是引入泊松比之后
我们能够将垂向应力转化为横向的水平应力
原因就是在于轴向有应力
横向有变形 变形受到约束
约束就会产生水平方向的应力作用
同样的考虑了孔隙压力之后
那么岩石的有效水平应力
我们可以用这个表达式来表达
当然这里面
就引入了毕奥特常数
将孔隙内的孔隙压力
也就是说岩石的压缩性能
考虑进去
在水平方向上
也存在一个有效应力的问题
考虑了水平方向上
主应力的计算之后
我们再来看构造应力
与孔隙压力结合起来之后
我们有一个什么样的情况
就能得到在水平方向上有一个
最大 最小的水平主应力
也就是刚才我们介绍的
水平方向的主应力
如果在水平方向上
受到的约束大小是不一致的
什么情况之下会发生不一致的情况
就是我们构造的原因
比如说断层
这种构造上的原因
造成的水平应力的大小
有大有小的情况
就出现了最大 最小水平主应力的问题
那么在这个表达式里面
我们看到ε1和ε2
表示的就是不同的构造情况导致的
在两个水平方向上得到的
最大 最小水平主应力的情况
为什么我们要去考虑
在水平方向上还有
最大有最小的情况
原因就是当压开裂缝的时候
裂缝张开的方向
是这个方向张开
还是这个方向张开
就取决于水平方向应力大小
那么当最小主应力的
这个方向确定了之后
显然裂缝张开就应该是
沿着垂直最小主应力的方向来张开的
最大最小主应力
方向上有什么关系
一般情况之下
它两个的方向是相互垂直的
找到最小水平主应力的大小和方向的时候
我们对于裂缝张开的方向
它的判断就有了基础和依据
以上就是本节介绍的主要内容
同学们再见
-1.1 采油工程的主要任务
-1.2 油井生产系统中的流动
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-2.1 油井流入动态曲线与油井产能
-2.2 Vogel 方程及其应用
--2.2.2 利用 Vogel 方法计算油井 IPR 曲线
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-3.1 井筒气液两相流基本概念
-3.2 垂直管流计算方法
-3.3 举升能力与 VLP 曲线
-课后习题--作业
-4.1 节点分析方法
-4.2 嘴流规律
-课后习题--作业
-5.1 气举原理
-5.2 气举阀与气举管柱
-5.3 气举设计
-课后习题--作业
-6.1 抽油装置介绍
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-6.2 泵的基本原理
-6.3 悬点运动规律
-6.4 悬点载荷计算
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-S2 第二课堂 抽油机平衡调节操作
--抽油机平衡操作
-6.6 泵效计算
-6.7 有杆泵设计
-6.8 有杆抽油系统工况分析
-S3 第二课堂 抽油机示功图测试
-课后习题--作业
-7.1 注水系统
-S4 第二课堂 油田注水系统介绍
--油田注水系统介绍
-7.2 吸水能力的分析
-7.3 分层注水管柱
-7.4 注水指示曲线分析与应用
-课后习题--作业
-8.0 水力压裂概述
-8.1 造缝机理
-课后习题--作业
-8.2 压裂液
-8.3 支撑剂
-8.4 压裂设计
-课后习题--作业
-9.0 酸处理概述
-9.1 碳酸盐储层盐酸处理
-9.2 砂岩储层土酸处理
-9.3 酸处理工艺
-课后习题--作业
-期末考试
