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8.1.2 In-Situ Stresses在线视频

下一节:8.1.3 Stresses at Borehole

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8.1.2 In-Situ Stresses课程教案、知识点、字幕

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

Production Engineering课程列表:

Chapter 1 Introduction

-1.1 Main Tasks of Production Engineering

--1.1 Main Tasks of Production Engineering

-1.2 Flow in Production System

--1.2 Flow in Production System

-Problems

--Chapter 1 - Problems

Chapter 2 Inflow Performance Relationship

-2.1 IPR Curve and Well Productivity

--2.1.1 Single-Phase Oil Inflow Performance Relationships

--2.1.2 Well Productivity

-2.2 Vogel's IPR and Applications

--2.2.1 Vogel's IPR Equation

--2.2.2 Determination of IPR Curves Using Vogel's Equation

--2.2.3 Skin Factor and Flow Efficiency

--2.2.4 Extension of Vogel's Equation for Non-Complete Wells

--2.2.5 Combination Single-Phase Liquid and Two-Phase Flow

-Problems

--Chapter 2--Problems

Chapter 3 Wellbore Flow Performance

-3.1 Two-Phase Flow in Wellbore

--3.1.0 Introduction

--3.1.1 Flow Regimes in Vertical Flow

--3.1.2 Slip Phenomenon

--3.1.3 Flow Parameters

-3.2 Two-Phase Vertical Flow Pressure Gradient Models

--3.2.1 Two-Phase Pressure Gradient Equations

--3.2.2 Predicting Gas-Liquid Flow Regimes Using the Okiszewski Correlation

--3.2.3 Pressure Gradient Calculation Using the Okiszewski Correlation

-3.3 Vertical Lift Performance

--3.3 Vertical Lift Performance

-Problems

--Chapter 3--Problems

Chapter 4 Nodal System Analysis

-4.1 Nodal Analysis Approach

--4.1.1 Introduction

--4.1.2 Solution Node at Bottom of Well

--4.1.3 Solution Node at Wellhead

-4.2 Flow through Chokes

--4.2.1 Choke Performance

--4.2.2 Solution Node at Choke

-Problems

--Chapter 4--Problems

Chapter 5 Gas Lift

-5.1 Principles of Gas Lift

--5.1.1 Introduction

--5.1.2 Initial Kick-off of Gas Lift

-5.2 Gas Lift Valves and Gas Lift Completions

--5.2.1 Valve Mechanics

--5.2.2 Gas Lift Completions

-5.3 Gas Lift Design

--5.3.1 Gas Lift Design for Specific Production Rate

--5.3.2 Gas Lift Design for Specific Injection Rate

--5.3.3 Kick-off Procedure with Unloading Valves

--5.3.4 Design Depths of Unloading Valves

-Problems

--Chapter 5--Problems

Chapter 6 Sucker Rod Pumping(I)

-6.1 Introduction of Surface and Downhole Equipment

--6.1.1 Pumping Unit

--6.1.2 Sucker Rod

--6.1.3 Sucker Rod Pump

-6.2 Operating Principle of Sucker Rod Pumps

--6.2.1 Pumping Cycle

--6.2.2 Pump Displacement

-6.3 Pumping Unit Kinematics

--6.3.1 Motion of Polished Rod-Simple Harmonic Motion

--6.3.2 Motion of Polished Rod-Crank and Pitman Motion

-6.4 Polished Rod Load

--6.4.1 Static Load

--6.4.2 Dynamic Load

--6.4.3 Peak Polished Rod Load and Minimum Polished Rod Load

-Problems

--Problems for chapter 6: Sucker Rod pumping I

Chapter 6 Sucker Rod Pumping(II)

-6.5 Calculation of Counterbalancing, Torque and Power

--6.5.1 Balance of Pumping Unit

--6.5.2 Counterbalancing Calculation

--6.5.3 Torque and Torque Factor

--6.5.4 Torque Curves

--6.5.5 Prime Mover Selection

-6.6 Volumetric Efficiency of Pump

--6.6.1 Stroke Loss

--6.6.2 Gas Effect on Pump Performance

--6.6.3 Measures of Enhancing Pump Volumetric Efficiency

-6.7 Design of Pumping System

--6.7.1 Strength Calculation and Design of Sucker Rod Strings

--6.7.2 Design Procedures of Pumping System

-6.8 Analysis of Sucker Rod Pumping Well Conditions

--6.8.1 Acoustic Surveys and Analysis of Annular Liquid Levels

--6.8.2 Introduction of Dynamometer Card

--6.8.3 Typical Dynamometer Cards

-Problems

--Problems: Chapter 6: Sucker Rod Pumping (II)

Chapter 7 Water Injection

-7.1 Water Injection System

--7.1.1 Water Resources and Water Treatment

--7.1.2 Introduction of Water Injection System

-7.2 Injectivity Analysis

--7.2.1 Injectivity and Injectivity Index Curves

--7.2.2 Injectivity Test

-7.3 Injection Tubing String

--7.3 Introduction of Injection Tubing Strings

-7.4 Analysis and Application of Injectivity Index Curves

--7.4.1 Analysis of Injectivity Index Curves

--7.4.2 Injection Choke Deployment

-Problems

--Chapter 7--Problems

Chapter 8 Hydraulic Fracturing(I)

-8.0 Introduction

--8.0 Introduction

-8.1 The Fracturing of Reservoir Rock

--8.1.1 Basic Rock Mechanics Parameters

--8.1.2 In-Situ Stresses

--8.1.3 Stresses at Borehole

--8.1.4 Fracture Initiation Conditions

-Problems

--Chapter 8(I)--Problems

Chapter 8 Hydraulic Fracturing(II)

-8.2 Fracturing Fluids

--8.2.1 Introduction

--8.2.2 Fluid-Loss Properties of Fracturing Fluids

--8.2.3 Rheological Properties of Fracturing Fluids

-8.3 Proppants

--8.3.1 Introduction

--8.3.2 Fracture Conductivity

--8.3.3 Suspending Proppants

--8.3.4 Settling Proppants

--8.3.5 Proppant Selection

-8.4 Hydraulic Fracturing Design

--8.4.1 Productivity Index of Hydraulic Fracturing Wells

--8.4.2 Fracture Geometry Models

--8.4.3 Design Procedure for Hydraulic Fracturing

-Problems

--Chapter 8(II)--Problems

Chapter 9 Acidizing

-9.0 Introduction

--9.0 Introduction

-9.1 Carbonate Acidizing

--9.1.1 Mechanism of Carbonate Acidizing

--9.1.2 Effect Factors of Reaction Rate

--9.1.3 Acid Fracturing

--9.1.4 Effective Distance of Live Acid

--9.1.5 Pad Acid Fracturing

-9.2 Sandstone Acidizing

--9.2.1 Mechanism of Sandstone Acidizing

--9.2.2 Mud Acid Treatment Design

-9.3 Acidizing Treatment Technologies

--9.3.1 Acid and Additives

--9.3.2 Acidizing Treatment Operations

-Problems

--Chapter 9--Problems

Final Exam

-Final Exam

8.1.2 In-Situ Stresses笔记与讨论

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