石油工程岩石力学期末考试PPT整理之简答题

石油工程岩石力学PPT整理之简答题
（3*10=30分）
1.岩石力学的发展历史分为哪几个阶段？请简述一下每个阶段的特点。

答：按其发展进程可划分四个阶段：
（1）初始阶段（19世纪末-20世纪初）
这是岩石力学的萌芽时期，产生了初步理论，以解决岩体开挖的力学计算问题。

（2）经验理论阶段（20世纪初-20世纪30年代）该阶段出现了根据生产经验提出的地压理论，并开始用材料力学和结构力学的方法分析地下工程的支护问题。

（3）经典理论阶段（20世纪30年代-20世纪60年代）这是岩石力学学科形成的重要阶段，弹性力学和塑性力学被引入到岩石力学，确立了一些经典计算公式，形成围岩和支护共同作用的理论。

岩石力学发展到该阶段已经成为一门独立的学科。

在经典理论发展阶段，形成了“连续介质理论”和“地质力学理论”两大学派。

（4）现代发展阶段（20世纪60年代-现在）
此阶段是岩石力学理论和实践的新进展阶段，其主要特点是，用更为复杂的多种多样的力学模型来分析岩石力学问题，把力学、物理学、系统工程、现代数理科学、现代信息
技术等方面的最新成果引入到岩石力学。

而电子计算机的广泛应用为流变学、断裂力学、非连续介质力学、数值方法、灰色理论、人工智能、非线性理论等在岩石力学与工程中的应用也提供了可能。

2.简述岩石力学的研究内容。

答：(1)岩石的变形特征;(2)岩体的变形与强度;(3)岩石的强度理论;(4)地应力的测量方法;(5)岩体力学的工程应用.
3.请简述岩石的蠕变及其机理。

答：岩石的蠕变：岩石在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。

岩石蠕变机理：化学键理论、破裂理论、摩擦理论、晶体缺陷理论
4.岩石蠕变可分为哪几个阶段？
答：(1)瞬时变形（2)初始蠕变或阻尼蠕变(3)稳态蠕变或等速蠕变(4)加速蠕变。

5.为精确描述岩石复杂的蠕变规律，许多学者定义了一些基本变形单元，这些基本单元有哪些？
答：这些基本单元有弹性元件（弹簧）、粘性元件（阻尼器）和塑形元件（摩擦块）。

6.岩石力学的性质有哪些？请简明阐述一下。

答：根据岩石的应力-应变-时间关系，可将力学性质划分为弹性、塑性、黏性。

（弹性是指在一定的应力范围内，物体
受外力作用产生变形，而除去外力（卸荷）后能够立即恢复其原有的形状和尺寸的性质；塑性是指物体受力后，在应力超过屈服极限是仍能继续变形而不立即断裂，除去外力（卸荷）后变形又不能完全恢复的性质；黏性是指物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力的大小而该改变的性质。

）根据岩石的变形与破坏的关系，还可以将岩石性质划分为脆性和延性。

（脆性是指物体受力后，变形很小是就发生破裂的性质；延性是指物体能承受较大变形而不丧失其承载力的性质。

）
7.列举几种岩石蠕变模型，说明其物理含义并写出其结构符号。

答：（1）麦克斯韦尔模型：简称M体，由弹簧和阻尼器串联而成，模型符号可写成：M=H-N
（2）开尔文模型：将弹簧元件与粘性元件并联而成的模型称为开尔文模型，简称K模型。

其结构符号为：
（3）柏格斯模型：麦克斯韦尔模型与开尔文模型串联形成的组合模型称为柏格斯模型。

其模型符号：
8.简述岩石的库仑-纳维尔准则？
库伦—纳维尔破坏准则是：
n f f σττ+=0 f τ为岩石剪切面的抗剪强度；0τ为岩石固有剪切强度，它与粘聚力C 相当，n f σ为剪切面上的摩擦阻力，而n σ为剪切面上的正应力；f 为岩石内摩擦系数ϕtg f =。

这个准则认为岩石沿某一面发生剪切破裂，不仅与该面上剪切力大小有关，而且与该面的正应力有关。

岩石并不沿着最大剪应力作用面产生破坏，而是沿着其剪应力与正应力达到最不利组合的某一面产生破裂。

9.复杂应力条件下岩石破坏机制有哪些？
答：(1)剪切破坏；(2)拉伸破坏；(3)塑性流动。

10.试说明摩尔包络线的特点。

答：
11.说明格里菲斯准则的内容并指出其理论的局限性。

答：内容：他认为：脆性材料中包含有大量的微裂纹和微孔洞。

材料的破坏是由于这些微裂纹或孔洞在局部拉应力作用下产生扩展、联合的结果，而岩石就是这样一种包含大量微裂纹和孔洞的脆性材料。

局限性：（1）Griffith 在假设中忽略了裂隙与一定压力下可能产生闭合的事实，造成理论值与实测值之间有一定的差别；（2）Griffith 理论只说明了裂缝何时开始破裂，但不能说明裂缝是如何扩展或传播的。

12.什么是岩石的孔隙度？什么是岩石的渗透率？
答：岩石的孔隙度：指岩石单元中孔隙体积V φ与实体骨架体积Vs 之间的比率：
岩石的渗透率：用于表征岩石渗透能力的一个参数 13.简述达西定律及其应用范围。

答：达西渗透率定律：
应用范围/前提条件：（1）假设流体与岩石之间不发生物理化学反应；（2）渗流介质中只存在一种流体。

14.解释两相多孔介质应力—应变方程中各项的具体含义。

答：λ、G （剪切模量）为拉梅常数；C 、M 为描述两相介质的附加弹性模量；C 是固体与流体变形之间的耦合参数，M 是孔隙流体弹性性质的表征量。

s V V ϕφ=KAJ L
h -h KA Q ==12
15.简述油藏压实机理。

答：油藏压实是岩石所受压应力超过了岩石的抗压强度并发生塑性变形的过程。

16.流体饱和多孔介质模型有何特点：
（1）固体没有固结；（2）液体和固体的力学特性相互独立。

17.地应力的成因有哪些？
答：(1)地幔热对流；(2)板块边界受压；(3)岩浆侵入；(4)岩体自重应力场；(5)地质构造应力；(6)地表剥蚀；(7)水压与热应力。

18.进行地应力研究的意义。

答：（1）是所有地质力学问题中重要的初始条件；
（2）是勘探、钻井及油藏等石油工程的重要参数；
（3）是钻井工程中井壁稳定分析的重要参数；
（4）是采油工程中出砂防砂分析的重要参数；
（5）是油气层增产改造措施制定的重要参数。

19.地应力的确定方法有哪些？
答：（1）滞弹性应变恢复法；（2）差应变分析（DS）法；（3)声发射法；（4）波速各向异性。

20.井壁不稳定的危害。

答：（1）缩径；（2)井漏；（3）井塌。

21.井壁不稳定的原因以及稳定井眼的措施。

答：原因：（1）如果井眼内的泥浆密度过低，井壁应力将超过岩石的抗剪强度而产生剪切破坏（表现为井眼坍塌扩径或屈服缩径）；（2）
如果泥浆密度过高，井壁将产生拉伸应力，当拉伸应力大于岩石的抗拉强度时，将产生拉伸破坏（表现为井漏）。

措施：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，达到稳定井眼的目的。

22.井壁失稳的影响因素有哪些？
答：（1）地质力学因素，如原地应力状态；（2）岩石的综合性质，岩石的强度和变形特征等；（3）钻井液的综合性质；（4）其它工程因素，如打开井眼的时间、裸眼长度等。

23.井壁稳定的研究方法。

答：主要有三种：一是泥浆化学研究，二是岩石力学研究，三是化学和力学耦合起来研究。

24.影响裂缝延伸的主要因素。

（写三四个差不多了）
答：（1）地层中不同层位的地应力；（2）裂缝地层的相对厚度；（3）地层之间的边界状况；（4）地层弹性模量、泊松比、断裂韧性等岩石力学参数的分布；（5）裂缝内的压裂梯度；（6）地层中孔隙压力的分布；（7）地层中的孔隙度、渗透率等物理参数。

25.出砂的机理。

答：（1）剪切破坏机理；（2）拉伸破坏机理。

两种机理同时作用并相互影响,剪切引起地层破坏后，地层颗粒更容易在产液拖拽力作用下发生运移。

26.影响出砂的因素。

答：（1）地质因素；（2）开采因素；（3）完井因素。

27.出砂原因。

答：（1）岩石的胶结强度：胶结物少、胶结强度低是油井出砂的主要内因；（2）岩石的应力状态；（3）开采因素的影响；（4）注水井停注的影响，是注水井出砂的主要原因。

28.出砂的危害。

答：①导致地层亏空，地层坍塌，损坏套管；②造成油井减产停产，油井出砂最容易造成砂埋油层、砂堵油管、地面管汇和贮油罐积砂；
③加快磨损井下管柱，工具及地面设备；④增加原油处理难度；
⑤增加环境污染及运输处理等问题。

29.油气井防砂方法。

答：砂拱防砂、化学防砂、热力焦化防砂、机械防砂、复合防砂、
其它防砂方法。