第一篇 岩土工程地质特性 3
第一章 工程地质条件 3
第一节 岩土的类型 3
一、造岩矿物 3
二、土的成因类型 12
三、岩石 15
第二节 地貌与第四纪地质 21
一、地貌 21
二、第四纪地质 27
第三节 地质构造 29
一、构造运动与地质构造 29
二、岩层产状与地层接触关系 32
三、褶皱 35
四、节理 40
五、断层 43
六、新构造运动——地震 46
七、地质构造对天然气井工程的影响 49
第四节 地下水 51
一、地下水的基本概念 51
二、地下水的分类 53
三、地下水的补给、径流与排泄 58
四、水文地质测试 64
第二章 土的工程地质性质 67
第一节 土的物理性质指标 67
一、直接测定的基本物理性质指标 67
二、计算得到的土的物理性质指标 68
第二节 黏性土的水理性质 69
一、黏性土的稠度 69
二、特征含水量 69
三、塑性指数IP和液性指数IL 69
四、黏性土膨胀、收缩和崩解 70
第三节 土的力学性质 70
一、土的压缩性及其指标 70
二、土的抗剪强度 71
第四节 土的工程分类 72
一、土的分类标准 72
二、地基土的分类 74
第三章 岩石的工程地质特性 76
第一节 岩石的基本物理性质 76
一、岩石的重力性质 76
二、岩石的孔隙性 76
三、岩石的声学特征 77
第二节 岩石的水理性质 78
一、岩石的容水性 78
二、岩石的持水性 78
三、岩石的给水性 78
四、岩石的渗透性 78
五、岩石的软化性 81
六、岩石的膨胀性及崩解性 81
第三节 岩石的热理性 81
一、体胀系数 81
二、线胀系数 81
三、热导率 81
四、地温梯度 82
五、热流密度 82
第四节 岩石的力学性质 82
一、岩石的强度 83
二、弹性与塑性 87
三、研磨性与可钻性 91
第四章 岩体的工程地质特性 99
第一节 岩体的风化及风化岩体的特征 99
一、风化及风化作用 99
二、影响岩体风化的因素 99
三、岩体风化程度的划分 100
第二节 岩体结构特征 100
一、结构面的成因类型及特征 101
二、软弱夹层及泥化夹层 102
第三节 岩体的力学性质 103
一、岩体的强度特性 103
二、岩体的变形特性 104
三、岩体的流变特性 105
第四节 岩体工程分级 106
第二篇 天然气井井场工程地质 111
第五章 井场工程地质灾害及选址规划 111
第一节 地质灾害概述 111
一、国内典型地质灾害 111
二、井场工程典型地质灾害 113
第二节 井场选址规划 120
一、井场选址规划比选 120
二、井场规划应注意的环境地质问题 123
第三节 地质灾害危险性评估 127
一、地质灾害危险性评估体系 127
二、地质灾害危险性评估流程 129
第四节 地质灾害调查计算 133
一、崩塌调查计算 133
二、滑坡调查计算 135
三、泥石流调查计算 138
四、地面塌陷调查分析 141
第五节 地质灾害防治体系 141
一、地质灾害防治流程 142
二、地质灾害防治体系 142
第六章 井场工程地质勘察 148
第一节 工程地质测绘 148
一、测绘的意义与特点 148
二、测绘的主要内容 149
三、井场工程测绘的主要内容 154
第二节 岩土工程勘探与评价 155
一、岩土工程勘探的任务 155
二、岩土工程勘探的特点 156
三、岩土工程勘探的手段 156
第三节 岩土工程原位测试 161
一、静力载荷试验 162
二、静力触探试验 163
三、动力触探试验 166
四、标准贯入试验 167
五、岩土测试及试验指标的选取 170
第七章 井场道路工程地质问题及对策 174
第一节 道路选线工程地质问题 174
一、道路选线主要影响因素 174
二、道路选线过程中主要工程地质问题 175
第二节 路基常见工程地质问题 179
一、路堤概念及常见工程地质问题 179
二、路堑概念及常见工程地质问题 183
三、路基常见工程地质问题对策 185
第八章 井场地基工程地质问题及对策 188
第一节 地基变形和破坏的基本类型 188
一、地基变形的概念 188
二、地基变形破坏的基本类型 188
三、地基的剪切破坏 189
第二节 地基承载力特征值确定 191
一、按土的物理力学性质及野外鉴别结果确定承载力 193
二、按标准贯入或轻便触探试验锤击数确定承载力 195
第三节 基底压应力及地基沉降的分布与计算 196
一、按弹性理论方法计算 196
二、按应力扩散角分布理论计算 199
三、基底底面下附加应力计算 199
四、典型井场地基沉降的分布与计算 200
第四节 地基处理对策 208
一、井场常用基础类型 208
二、井场常用地基处理 212
第九章 井场边坡工程地质问题及对策 222
第一节 边坡变形破坏的基本类型 222
一、土质边坡的变形破坏类型 223
二、岩质边坡变形破坏类型 224
第二节 边坡稳定性分析方法 224
一、边坡应力分布特征 225
二、力学分析法 233
三、工程地质分析法 237
四、其他方法 237
第三节 常见井场边坡工程地质问题 239
一、常见边坡工程地质问题 239
二、常见基坑工程地质问题 243
第四节 井场边坡/基坑支护 245
一、井场边坡支护方案 245
二、井场基坡支护方案 249
第三篇 天然气井井下工程地质 255
第十章 天然气井下工程地质 255
第一节 天然气开采中的工程地质问题 255
一、钻井过程中的常见工程地质问题 255
二、完井过程中的工程地质问题 262
三、采气过程中的工程地质问题 264
第二节 天然气井下工程地质研究对象 264
一、天然气井下工程地质研究目标 265
二、天然气井下工程地质研究内容 265
第三节 天然气井井下工程地质常用技术方法 266
一、工程地质环境分析 266
二、岩心室内实验研究 266
三、地震及测井数据分析 266
四、专业软件应用 267
第十一章 井下裂缝预测与识别 268
第一节 裂缝及其主要控制因素 268
一、裂缝成因类型 268
二、裂缝发育的主要控制因素 269
三、裂缝表征参数 271
第二节 裂缝的地震预测技术 272
一、裂缝地震响应岩石物理模拟 272
二、基于地史成因的裂缝预测技术 276
三、地震属性裂缝预测技术 281
四、P波方位各向异性裂缝检测技术 285
五、转换波方位各向异性裂缝预测 290
六、横波分裂裂缝检测技术 292
七、裂缝建模 299
第三节 裂缝的测井识别技术 301
一、裂缝识别技术 301
二、裂缝有效性评价技术 305
第四节 致密砂岩裂缝性气层储层保护技术 309
一、致密砂岩裂缝性气层储层保护难点 309
二、致密砂岩裂缝性气层储层保护关键技术 310
三、现场应用及效果 312
第十二章 地层孔隙压力及预测 313
第一节 异常地层孔隙压力及其成因 313
一、概述 313
二、异常地层压力成因 314
第二节 异常地层孔隙压力预测方法 317
一、测井资料预测地层孔隙压力方法 317
二、地震资料预测地层孔隙压力方法 320
三、钻井资料预测地层孔隙压力方法 321
第三节 XC气田地层压力预测技术应用 322
一、正常压实趋势线建立 322
二、地层压力剖面建立 322
第十三章 地应力及确定 325
第一节 地应力的基本概念 325
一、地应力来源 325
二、地应力分布规律 326
三、地应力在石油天然气工程中的应用 326
第二节 现今地应力确定方法 327
一、矿场水力压裂法 327
二、岩石声发射法 329
三、差应变法 330
四、井径分析法 331
第三节 地应力方向确定方法 332
一、井壁崩落法 332
二、古地磁测量法 332
三、波速各向异性分析法 335
四、微地震测量法 336
五、定向取心分析法 336
第四节 分层地应力剖面 336
一、垂向地应力预测模型 336
二、水平地应力预测模型 337
三、地应力剖面预测实例 339
第五节 地应力场有限元模拟 340
一、有限元的基本概念 340
二、地应力场有限元模拟的方法原理 340
三、XC构造地应力场有限元模拟 342
第十四章 天然气井井壁稳定性 344
第一节 井壁稳定性机理 344
一、基本概念 344
二、井壁稳定性特征 344
三、井壁稳定性机理 345
第二节 井壁力学稳定性 346
一、直井井壁稳定判断准则 346
二、斜井井壁稳定性判断准则 348
三、软弱结构面的井壁稳定分析 352
四、安全钻井液密度窗口 354
五、井壁力学稳定性规律 357
六、欠平衡状态下的井壁稳定性分析 359
第三节 井壁化学稳定性 363
一、页岩水化失稳机理 363
二、井壁化学稳定性影响因素 366
三、井壁化学稳定参数测井分析 368
四、井壁化学稳定控制技术 370
第四节 井壁力学与化学耦合稳定性 371
一、力学与化学耦合力学方程 371
二、水化对井周应力分布状态的影响 373
三、水化作用下维持井壁稳定的钻井液密度 374
四、泥页岩地层的坍塌周期 375
五、气体钻水平井井壁稳定性评价 381
第五节 井壁稳定性与钻完井方案优化 384
一、优化井眼轨迹 384
二、确定安全钻井液密度窗口 385
三、钻井液性能优化 387
四、优选钻井方式 389
五、优化井身结构 390
六、优选完井方式 391
第十五章 水力压裂储层改造 394
第一节 水力裂缝的起裂 394
一、水力裂缝起裂模型 394
二、现场应用举例 395
第二节 三维压裂模型 396
一、宽度方程 396
二、压裂液的二维流动方程 396
三、压裂液总体积守恒方程 397
第三节 岩石断裂韧性 397
一、断裂力学理论 398
二、SNBD试件断裂韧性的计算 399
三、测井资料预测岩石断裂韧性 400
第四节 井周应力状态及压裂抗张判据 400
第五节 重复压裂 404
一、重复压裂裂缝重定向机理 404
二、重复压裂数学模型及有限远数值解 404
三、重复压裂裂缝因素影响分析 406
四、重复压裂现场应用 409
五、重复压裂发展趋势 411
第六节 地应力与压裂优化设计 411
一、最小水平主应力的值与压裂施工压力和破裂压力 411
二、地应力与压裂液的选择 412
三、地应力与支撑剂的选择 413
四、地应力与施工排量的关系 413
五、地应力与压裂施工功率 414
六、现场应用实例 414
第十六章 气井套管损坏 416
第一节 套管损坏机理 416
一、套管损坏的地质与工程因素 416
二、套管损坏的力学机理 417
第二节 复杂地应力条件下的套管受力分析 420
一、定向井井壁稳定三维有限元分析模型 420
二、定向井套管受力有限元分析 422
第三节 盐岩蠕变套管受力分析 425
一、轴向力 425
二、内压力 426
三、盐层套管蠕变外挤压力 428
第四节 泥岩层套管受力分析 431
第五节 PG气田套管损坏实例分析 432
一、套损概况 432
二、套损井段地质特征 433
三、套管损坏的原因 433
四、套管损坏对策 435
第十七章 典型气田井下工程地质评价及其利用 437
第一节XC气田井下工程地质评价 437
一、地质背景 437
二、工程地质特征 437
三、复杂井下工程地质问题 445
四、井下工程技术对策 446
第二节 在深井钻井提速中的应用 451
一、XC气田深井钻井现状 451
二、X10井安全优快钻井方案优化及应用效果 451
第三节 在中深井施工设计优化中的应用 454
一、钻井工程优化 454
二、完井工程优化 458
三、储层改造优化 460
参考文献 462