石油工程岩石力学修改
深层岩石力学试验技术在石油工程中的应用
深层岩石力学试验技术在石油工程中的应用[摘要]岩石力学在石油工程中日益显示了其重要性。
本文作者从专业角度分析了深层岩石力学试验技术，分析了深层岩石的力学特征，为其在石油工程中的应用有指导意义。
[关键词]深层岩石力学石油工程在深层岩石力学研究中，所涉及的地层深度大多在2 000～8 000 m范围内，研究对象以沉积岩层为主体，岩石处于较高的围压（可达200MPa）、较高的温度（可达200℃）和较高的孔隙压力（可达200MPa）作用下。
这与水电站的坝基设计、高边坡稳定、隧道和巷道的开挖及支护、建筑的桩基工程、地下洞室、城市地铁建造等不超过1 000 m深度的地表或浅层岩石力学问题不同，也不同于以火成岩和变质岩为研究主体，深度超过万米的下地壳、上地幔岩石物理力学问题。
20世纪60年代以来，随着我国大庆油田等油田的开发，岩石力学在石油工程中日益显示了其重要性。
主要研究范围包括：（1）深层地应力测量理论与技术；（2）深部地层环境下的岩石力学性质；（3）岩石应力、渗透性的声学响应特性及岩石物理力学性质的地球物理解释；（4）构造应力场的数值模拟及其在油气勘探与开发中的应用；（5）深层岩石中天然裂缝的形态、分布和预测理论。
1深层岩石力学参数的室内试验测定岩石的力学特性参数包括强度参数和弹性参数。
涉及的参数主要为抗压强度、内摩擦力、内摩擦角、泊松比和杨氏模量。
目前，岩石力学特性参数的测定主要有2种方法：静态法和动态法。
静态法是通过对岩样进行加载试验测得其变形而得到参数，所得参数为岩石静态力学特性参数。
动态法是通过测定超声波穿过岩样的速度得到参数，所得参数为岩石动态力学特性参数。
根据实际受载情况，岩石的静态力学特性参数更适合工程需要。
迄今为止，岩石的静态力学特参数的测定方法已比较成熟，有了一套规范的试验程序和数据处理程序。
但静态法需从4地下取出待研究井段的岩芯，在室内做单轴或三轴应力试验，其缺点是成本高、时效性差、资料的代表性较差；而动态法利用声波测井资料，可直接求出原地应力下的动态力学特性参数，获得岩层沿深度的连续的力学特性资料。
岩石动静力学参数的试验研究
表 1 静态测试系统标定 ( 45# 钢)
Table 1 Ca l ibra tion of sta tic m ea surem en t system ( 45# steel)
轴向应力 M Pa 泊松比 杨氏模量 105M Pa
3 数据处理和实验结果
3. 1 计算公式
据广义虎克定律 Ε x = Ε y =
图 3 试验程序
F ig. 3 Exp eri m en ta l p rogram
Ρx
E
( Ρy + Ρz ) - Μ
E
Ρy
E
( Ρz + Ρx ) - Μ
E
Ε z =
Ρz
E
( Ρx + Ρy ) - Μ
E
本试验中, Ρx = Ρy = P c , Ε , 因此有 x = Ε y = Ε Η
( 石油大学石油工程系 东营 257062) ( 石油物探局 氵 豕州 072751)
摘要 在三轴应力下对砂、泥岩等岩芯 ( 干岩样) 进行了岩石力学参数的动、静态同步测试, 并对动静态弹性参数进行了线性回归。结果表明: 岩石的动静态杨氏模量之间存在较好的相 关性, 而动静态泊松比之间的关系不明显, 该项研究为岩石的声学性质在石油工程中的应用 提供了实验依据。 关键词 弹性参数, 杨氏模量, 泊松比, 实验研究, 动静态测试
E s = 0. 74E d -
0. 082 ( 104 M Pa ) (R = 0. 84, N = 342)
lg E s = 0. 22 + 0. 77 lg E d ( Θ E d ) (R = 0. 96, N = 76)
岩石力学及其应用
至关重要，直接与经济效益挂钩。水力压裂是 油气井增产的一个重要
的手段，裂缝模型的设计（包括：裂缝的扩产模型、裂缝的延伸方向 等）都与地应力有分不开的关系，而研究地应力也是岩石力学的一个
主要的任务和发展方向。
三 岩石力学在采油工程领域中的应用
地应力在岩石力学中是一个比较重要的概念，所谓地应力是指地
壳中的天然应力。由于地球的自转产生的离心力，天体之间的万有引 力等，这些力作用在地球上使得地层发生变形，那么，地层内部肯定 要产生一个力与之相平衡，使地层保持原有的状态，因此单位面积上 的这种力称之为地应力。
是当今及以后的一个热点话题了，随着井深的增加，岩石的性质也有 很大的变化，主要是由于温度、压力等外界条件的改变，使得地层岩
石的力学性质发生的明显的变化。
二 岩石力学在钻井工程领域中的应用
在整个钻井工程中，井壁稳定对钻井施工的顺利进行起着至关重 要的作用。钻井之前，深埋地下的岩石受到上覆岩层压力、最大水平
三 岩石力学在采油工程领域中的应用
裂缝重新张开压力pre:瞬时停泵后启动注入泵，从而使闭合的 裂缝重新张开。由于张开闭合裂缝所需的压力pre与开裂压力pf′ 相比不需要克服岩石的抗拉强度，因此可以近似地认为破裂层的抗 拉强度等于这两个压力的差值，即有 ：
三 岩石力学在采油工程领域中的应用
岩石力学在石油工程其他领域中还有重要的应用，由于本人水 平有限，想要更深入了解岩石力学的进展情况还需要参考有关著作 （程远方教授编著的《油气井工程岩石力学》、陈勉教授编著的 《石油工程岩石力学》等及其相关学术论文）。
时也包括裂缝的扩展方向。
三 岩石力学在采油工程领域中的应用
常用裂缝扩展模型：PKN模型和KGD模型。 PKN模型所假设的裂缝的形状为横截面和纵截面的形状均为椭圆
基于Weibull分布的岩石损伤软化模型及其修正方法研究
基于Weibull分布的岩石损伤软化模型及其修正方法研究一、本文概述岩石作为地球的主要构成物质，其力学特性及损伤软化行为在地质工程、岩土工程、石油工程等诸多领域具有重要的理论和实践价值。
然而，岩石的损伤软化过程极为复杂，涉及到多种因素的耦合作用，如应力状态、温度、湿度、加载速率等，这使得准确描述和预测岩石的损伤软化行为成为一个具有挑战性的课题。
因此，本文旨在研究基于Weibull分布的岩石损伤软化模型及其修正方法，以期为岩石力学行为的研究提供新的理论支撑和实践指导。
本文首先介绍了岩石损伤软化的基本概念和研究现状，分析了现有模型在描述岩石损伤软化行为时存在的问题和不足。
然后，本文详细阐述了基于Weibull分布的岩石损伤软化模型的构建过程，包括模型的基本假设、理论框架、数学表达式等。
该模型以Weibull分布为理论基础，通过引入损伤变量和软化参数，能够更准确地描述岩石在受力过程中的损伤演化和软化行为。
为了进一步提高模型的预测精度和适用范围，本文还研究了基于试验数据的模型修正方法。
该方法通过对实际岩石试样进行加载试验，获取岩石的损伤软化数据，然后利用统计学方法对数据进行分析和处理，从而得到模型的修正参数。
修正后的模型能够更好地反映岩石的实际力学特性，提高预测精度和可靠性。
本文对所构建的模型和修正方法进行了验证和应用。
通过对比分析和数值模拟，验证了模型的有效性和修正方法的可行性。
本文还将所构建的模型和修正方法应用于实际工程问题中，如岩石边坡稳定性分析、石油钻井工程等，取得了良好的应用效果。
本文的研究不仅为岩石损伤软化行为的研究提供了新的理论模型和方法，也为相关领域的实践应用提供了有益的参考和借鉴。
二、理论基础与文献综述Weibull分布是一种连续型概率分布，最初由瑞典数学家Walloddi Weibull在1939年提出，用于描述材料强度、寿命等随机变量的概率分布。
在岩石力学领域，Weibull分布因其能够描述岩石材料的非均质性和尺寸效应而备受关注。
岩石力学大作业-模板
CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 岩石力学大作业所在院系：石油工程学院班级：姓名：学号：完成日期：年月日一、作业题目结合所学的《岩石力学》课程及相关知识，利用给出的测井数据，对地层力学参数、孔隙压力、地应力、地层坍塌压力与破裂压力进行分析计算，分析储层出砂可能性，作出地层力学参数、地层主应力、地层坍塌、破裂压力剖面，分析井壁坍塌原因；研究储层段的出砂可能性，形成结课作业报告。
2. 已知条件1)A井测井数据，分析孔隙压力，建议采用Eaton法，Eaton指数3.0。
.2)B井对地层力学参数地应力、地层坍塌压力与破裂压力进行分析计算，结合实用泥浆密度分析井壁失稳原因，并提出合理化建议，分析储层出砂可能性，推荐合理的完井方式。
3)已知：✧地层孔隙压力当量密度为1.03g/cm3，✧地层岩性：3000米以前为典型砂泥岩地层，3000米为砂泥岩，夹薄层煤。
✧储层段：2800-3000米砂岩层。
✧地应力实测值：在3690m处实测水平最大主应力大约70MPa，水平最小主应力大约63MPa；✧测井过程中钻井液密度为1.25g/cm3；3. 要求1）编写程序读取、计算、输出数据；2）利用自然伽马测井数据简单分析地层岩性，合理设定或求取Biot系数；3）利用测井数据计算分析地层的弹性模量、泊松比；4）根据抗压试验结果，依据莫尔-库仑准则计算单点的粘聚力和内摩擦角，根据实验结果调整合理的系数，利用测井数据计算粘聚力、内摩擦角与地层抗拉强度的连续剖面；5）采用地层密度积分方法计算上覆主应力，根据地应力实测数据分析水平构造应力系数，采用适当模型计算水平主应力大小，得出上覆主应力、水平最大和最小主应力剖面；6） 采用直井完整性地层坍塌、破裂压力计算模型，不考虑渗流作用，计算地层坍塌压力和破裂压力，结合实用泥浆密度分析井壁失稳原因，并提出合理化建议；7） 分析储层出砂可能性，推荐合理的完井方式；8） 输出结果中单位的使用：地层强度参数采用MPa 为单位，地应力、坍塌压力、破裂压力采用当量泥浆密度为单位；9） 编写结课作业报告。
newmark 模型岩石力学参数的改进方法
newmark 模型岩石力学参数的改进方法Newmark 模型岩石力学参数的改进方法引言Newmark 模型是一种经典的岩石力学模型，用于预测地震波传播中的地表位移和加速度。
然而，由于岩石的力学行为在不同条件下会有所不同，传统的Newmark模型需要进行参数调整以提高模型预测的准确性和可靠性。
本文将介绍一些改进Newmark模型的方法。
改进方法1. 实地测试方法通过实地测试获取准确的岩石力学参数是改进Newmark模型的一种有效方法。
实地测试可以通过安装地震仪、加速度计等设备来收集地震事件的相关数据，然后根据这些数据进行参数的优化和调整。
2. 实验室测试方法实验室测试是通过对岩石样本进行受力实验来获取力学参数的方法。
常用的实验方法包括剪切试验、压缩试验和拉伸试验等。
通过实验室测试可以得到准确的岩石强度指标和应变特性，从而提高Newmark 模型的精度。
3. 数值模拟方法数值模拟方法是一种基于数学模型的手段，通过建立岩石的力学模型，并利用数值方法求解模型，得到岩石的力学参数。
常用的数值模拟方法包括有限元法、边界元法和离散元法等。
数值模拟方法可以模拟不同条件下岩石的力学行为，从而改进Newmark模型。
4. 统计分析方法统计分析方法是通过收集大量地震事件数据，并利用统计学方法对这些数据进行处理和分析，得到岩石力学参数的方法。
常用的统计分析方法包括概率密度函数、频率分布函数和周期性分析等。
通过统计分析方法可以更准确地确定Newmark模型的参数。
5. 综合方法综合方法是将上述各种方法相结合，通过多种手段获得岩石的力学参数，进而改进Newmark模型。
综合方法可以充分利用各种数据和信息，提高模型的预测能力和准确性。
结论Newmark模型是一种重要的岩石力学模型，但在实际应用中需要进行参数的调整和改进。
本文介绍了一些改进Newmark模型的方法，包括实地测试方法、实验室测试方法、数值模拟方法、统计分析方法和综合方法。
第6章岩石力学在油气田开发工程中的应用
1 6.1 地应力方向与水平井最优产能方位的选择 2 6.2 地应力场状态下注采井网模型的选择 3 6.3 地应力场状态下低渗透油田开发方案的设计原则 4 6.4 岩石力学在套损机理研究中的应用
6.1 地应力方向与水平井最优产能方位的选择
某油田岩样进行岩石力学试验结论
该地区的原地应力状态为σH＞σv＞σh，水平最大地应力接近垂向地应力。
由图1可以看出，随着井斜角 的增加，坍塌压力减小，说明地 层的稳定性变好，适合打斜井和 水平井。
由图2当井斜方位与最大水平 主 应 力 方 位 的 夹 角 接 近 60° 时 ， 坍塌压力最小，沿此方位钻进地 层最不易坍塌。
呈雁行排列的天然裂缝； ➢ 地层渗透率各向差异很大； ➢ 低渗远油藏需要进行压裂改造，水力裂缝受地层三维应力制
约； ➢ 向井筒内的泄油内径向流变为伸向油藏的水力裂缝的直线流
道等等；
➢ 与渗透率低并且各向差异很大的关系； ➢ 水力裂缝方向与油水井排空间方位的关系； ➢ 水力裂缝长度与井距的关系； ➢ 与水力裂缝形态的关系； ➢ 与天然裂缝的关系； ➢ 与射孔的关系； ➢ 油井和水井如何排布的关系等等。
井距/m 五点法
均质
0o
22.5o
45o
七点发
见水时间/年
五点法
4.17
3.62
3.05
2.89
100 七点发
3.72
2.83
2.60
2.64
反九点法
3.37
2.34
2.46
2.94
五点法
9.73
8.19
6.85
6.50
中国石油大学(华东)22春“石油工程”《岩石力学》作业考核题库高频考点版(参考答案)试题号5
中国石油大学（华东）22春“石油工程”《岩石力学》作业考核题库高频考点版（参考答案）一.综合考核(共50题)1.钻井过程中地层发生剪切破坏时，井眼发生井漏。
()参考答案：错误2.岩石中的孔隙和裂隙越多，岩石的力学性质越好。
()A.错误B.正确参考答案：A3.岩石在常温常压下的变形特征与深层一致。
()A.错误B.正确参考答案：A4.研究井壁稳定常用的方法有两种，一种是泥浆化学研究、一种是岩石力学研究。
()A、错误B、正确参考答案：B5.在地下，岩石所受到的应力一般为()。
A.拉应力B.压应力参考答案：B6.已知某岩石的饱水状态与干燥状态的抗压强度之比为0.72，则该岩石()。
A.软化性强，工程地质性质不良B.软化性强，工程地质性质较好C.软化性弱，工程地质性质较好参考答案：A7.井壁的破裂压力是由岩石的抗剪切强度决定的。
()参考答案：错误8.原地应力与钻井液密度相关。
()A.错误B.正确参考答案：A9.岩石在常温常压下的变形特征与深层一致。
()参考答案：错误10.在岩石力学分析中，一般把岩石看作均质各向同性体。
()A.错误B.正确参考答案：A11.井壁的坍塌压力是由岩石的抗剪切强度决定的。
()A.错误B.正确参考答案：B12.岩石的变形能力越大，岩石的()越大。
A.脆性B.塑性C.刚性参考答案：B13.原地应力与构造应力无关。
()A.错误B.正确参考答案：A14.根据库伦——纳维尔破坏准则破裂面外法线方向与最大主应力之间的夹角为45°-Φ/2。
() 参考答案：错误15.格里菲斯强度准则不能作为岩石的宏观破坏准则的原因是()。
A.该准则不是针对岩石材料的破坏准则B.该准则没有考虑岩石的非均质的特性C.该准则忽略了岩石中裂隙的相互影响参考答案：C油井防砂就是不让所有的砂出来。
()A.错误B.正确参考答案：A17.岩体的渗透率是表征岩体介质特征的函数，与流体性质无关。
() 参考答案：正确18.库仑-纳维尔破裂准则是判断岩石拉伸破坏的准则。
油气开采中岩石力学参数变化规律试验研究
力 学 性 质 影 响 的规 律 ， 设计 了 岩 石 力 学 测 试 方 案 。
１ １ 试 验 目的 、
（） 立 孔 隙 压力 对 岩石 力 学 弹 性 参 数 （ ） １确 Ｅ， 、
强度 、 压缩 特性 （ ｂ、 的 影 响规 律 ； Ｃ Ｃ ） （） 立 油水 饱和 度 对 岩石 力 学 弹性 参 数 、 ２确 强 度、 压缩 特 性 的 影 响规 律 。
２ 岩 心 试 验
在 三 轴 应 力测 试 仪上 ， 据 测 试 方 案 ， 别 在不 依 分
系数 、 松 比 、 氏模 量 、 压强 度 ； 泊 杨 抗
仪 器模 拟 石 油 开 采 实 际 环 境 ， 行 岩 心 试 验 ， 立 了 进 建 有关 岩 石 力 学性 质 动 态计 算 模 型 的研 究 思路 。
（） 算机数据处理。 ４计
ｌ 试 验 方 案 设 计
为 了 确 定 不 同 的 有 效 压 力 、 水 饱和 度 对 岩 石 油
（ ） 样 尺 寸 ： ２ 、ｒ ｎ ０ｒ ； １岩 ０ ５ ４ｒ ×５ｒ ａ ｒ ｒ （ ２）岩 样 含 水 饱 和 度 ： ，２ ％，５ ％，７ ％ ， ０ ５ ０ ５
１ ０％ ： ０
开 采过 程 是 不 断 变 化 的 储 层 应 力 、 层 子 隙 压 力 和 储 Ｌ 多 相 流 体 渗 流 与 储 层 岩 石 弹塑 性 变形 有 机结 合 的 流 固耦 合 过 程 ， 即储 层 的 应 力 状 态 、 透 特 性 、 气 水 渗 油 饱 和 度 分 布 、 隙 流 体 压 力 、 石 力 学 特 性 始 终 处 于 孔 岩
鲍 洪 志 ， ９ ６年 生 。 １ ８ １６ ９ ７年 毕 业 干 长 春 地 质 学院 ， 级 工 程 师 。 高
岩石的力学特性及强度准则
岩石的力学特性及强度准则岩石力学性质主要是指岩石的变形特征及岩石的强度。
由于在石油工程中，并壁稳定、出砂分析、水力压裂、储层物性变化等都与岩石力学性质亲密相关，因此有必要讨论岩石的力学性质及其在物理环境下应力场中的反映。
影响岩石力学性质的因素许多，例如岩石的类型、组构、围压、温度、应变率、含水量、载荷时间以及载荷性质等。
要讨论这些简单因素对岩石力学性质的影响，只能在试验艾博希室内严格掌握某些因素的状况下进行。
岩石的变形特性，最直观的表达方法是通过应力一应变关系曲线及应变随时间变化的曲线来表示。
通常首先讨论在常温、常压（即室温与通常大气压）条件下岩石的力学性质，然后再考虑其他影响因素下岩石的力学性质。
这样才能渐渐弄清在地质条件下，综合因素对岩石力学性质的影响。
岩石在常温、常压下一般产生脆性破坏，但深埋地下的岩石却表现为明显的延性。
，岩石这一性质的变化是由于所处物理环境的转变造成的。
所谓脆性与延性至今尚无非常明确的定义。
一'般所谓脆性破坏是指由弹性变形发生急剧破坏，破坏后塑性变形较小。
延性是指弹性变形之后产生较大的塑性变形而导致破坏，或直接进展为延性流淌。
所谓延性流淌IC现货商是指有大量的永久变形而不至于破坏的性质* 对于岩石而言，破坏前的应变或永久应变在3%以下可作为脆性破坏，5%以上作为延性破坏，3% 一5%为过渡状况。
由于地下的岩体和井壁围岩均处于三向应力状态，所以对岩石力学性态的测定不能靠简单的单轴压缩试验方法，而必需在肯定的围压作用厂（必要时还要考虑温度的作用）进行试验测定。
真三轴试验（岩石上三个主方向的作用力均不等）非常简单，一般均不采纳。
普退采纳的是常规三轴压缩试验方法，一般用圆柱形岩样，在其横向施加液体围压，即在水平的两个主方向上的应力相等且等于围压久，如图1—1所示。
假如上下垫块是带孔可渗透的，亦可通入孔隙流体压力以讨论孔隙压力的影响。
在试验过程中把岩样放在高压室中先对岩样四周用围压油加压至所需的值9c（需要时亦可加孔隙压至所需的夕。
岩石力学在石油工程中的应用
岩石力学在钻井工程中的第一个应用就是岩石的研磨性和可钻性，钻井的过程就是钻头研磨破碎地层岩石，从而形成一个从地上联通地下的通道，钻头在岩层的钻井过程中，随着钻进深度的增加，地层岩石的力学性质也会随着变化，如硬度，强度，在钻井过程中，施工工具不能像在地面施工一样可以随时检测到是否正常运行，而且中路如果钻具损坏，那么钻具的跟换也十分麻烦，所以钻具的选择就影响到钻井的速度和成本1 岩石力学在钻井工程中的应用岩石研磨性：岩石研磨性即是岩石磨损与其相摩擦物体的能力，除金刚石制作的钻具外，其他淬火钢或者合金钢钻具在钻进过程中，会因为与岩石的摩擦而逐渐变钝，甚至损坏，所以研究不同地层对不同材质的钻头的研磨性对于钻头优选，降低钻井成本具有十分重大的意义。
岩石可钻性：可钻性是表征破碎岩石的工具与岩石之间的力学参数，表示钻具钻进岩石的难易程度。
目前岩石可钻性的研究方法分为三种：室内岩心分析、实钻数据分析、测井估分析。
但是由于技术原因，目前对岩石可钻性的评估具有较大的局限，井壁稳定性：在石油工程发展早期，有很长时间人们都认为，井壁失稳是地应力和岩石自身强度作用引起的，认为只要加重钻井液密度就能克服这一问题，随着科学技术的发展和在井壁稳定方面研究的深入，钻井液和井壁岩石的物理—化学作用对井壁稳定性也被发现存在十分大的影响。
当岩石钻开后，破坏了原来岩石中的应力平衡，井壁周围应力变化，形成次生应力，这样可以求出井壁各点应力，在与岩石的强度比较接可以比较理想的判断井壁是否失稳，但是实际情况却不是这样的，由于在钻井过程中，有钻井液代替了原有的岩石，因此钻进液的物理化学性质对井壁的稳定性也有十分大的影响。
2 岩石力学在采油工程中的应用谈到采油工程，不得不谈到的就是出砂和防砂的问题。
在管道打进地下之后，导致井壁附近岩石应力集中，岩石的垂向应力变得很大，井壁的水平应力相应增加，周围的岩石容易遭到破坏，尤其是对于胶结程度低的岩石，这种破坏就更加明显。
石油工程岩石力学
石油工程岩石力学石油工程岩石力学是石油工程领域中的一个重要分支，它涉及到岩石在石油开采和开发中的应力变形特性、岩石破坏机理、岩石力学参数等方面的理论和实验研究。
岩石力学研究的最终目标是为石油开采提供可靠的技术支撑。
一、岩石的力学性质在石油工程领域中，岩石是非常重要的一个研究对象。
岩石的力学性质是岩石力学研究的核心，主要包括力学性质、物理性质和工程性质等方面。
1.力学性质岩石的力学性质包括弹性模量、剪切模量、泊松比和强度等。
其中，弹性模量表示了岩石在受力时的弹性变形程度，剪切模量表示了岩石受到剪切应力时的抗剪能力，泊松比表示了岩石在受到应力时体积变化与形变变化的比值，强度则是岩石耐受破坏的极限应力。
2.物理性质岩石的物理性质包括密度、孔隙度、渗透性、热传导性、电导率等方面。
这些性质对于岩石的开采和开发非常重要。
例如，密度和孔隙度可以用来计算岩石的体积和储量，渗透性可以评估岩石中流体的运移特性，热传导性和电导率可以用来预测岩石下的油气储层的温度和电磁性质。
3.工程性质岩石的工程性质包括可塑性、变形能量、破坏模式和采油性能等方面。
这些性质对于岩石的开采和开发技术具有实际意义。
例如，可塑性可以评估岩石的塑性变形特性，变形能量可以评估岩石的变形能力，破坏模式可以指导岩石开采中的破裂预测和控制，采油性能可以指导油气的生产和提高开采效率。
二、岩石力学参数的测定岩石力学参数的测定是岩石力学研究中的关键问题之一，它关系到研究的可靠性和成果的实用性。
岩石力学参数的测定方法包括试验室测定和现场测定两种。
1.试验室测定试验室测定是一种传统的岩石力学参数测定方法，它包括标准试验和特殊试验两种。
标准试验包括压缩试验、引张试验和剪切试验等，通过标准试验可以获得岩石的弹性模量、剪切模量、泊松比和强度等力学参数。
特殊试验包括三轴试验、比较试验、应力波传播试验等，可以获得岩石的动态特性及其耐久性等参数。
2.现场测定现场测定是一种新兴的岩石力学参数测定方法，可以直接获取岩石在地质环境下的实际力学参数。
“油气井工程岩石力学”课程教学改革探索
作 者 简 介 ： 堪华 （９ ８ ， ， 东人 ， 士 ， 苏 １ ７ 一） 男 山 博 重庆 科 技 学 院 石 油 与 天 然 气工 程 学 院 副教 授 。
收 稿 日期 ：０ ２ ０ —０ ２１— ３ ２
“ 油气井 工程 岩石 力学 ”作 为石油 工程 本科 生 的
一
君 主编 的《 石 力 学 与石 油 工 程》 ２ ０ 岩 （０ ４年 ） 楼 一 珊 ， 主编 的《 岩石 力 学 与石 油 工 程 》 ２ ０ （０ ６年 ） 孙 学 增 主 ，
“ 油气 井工程岩石力学” 课程教学 改革探索
苏堪 华 ． 芝辉 龙
摘 要 ： 绍 了对选 修 课 “ 气 井工 程 岩 石 力 学 ” 介 油 的教 学 改革 尝试 。 培 养和 训 练 学生 的 工 程应 用能 力 和 创 新 实践 能 力 ． 为 主 要 从 优 化 课 程 内容 、 强 实践 教 学 、 高 学 生专 业外 语 水 平 了课 程 教 学 内容 、 加 提 全
编 的《 岩石力 学基 础与应 用》 ２ １ ） 。 （０ １ 等 这些教 材也存
门专 业选 修课 ． 主要 介绍石 油工 程 中的岩 石力 学理
论 和工 程应 用 油气处 于地 层深 处 ． 油和 天然 气 的 石 勘 探 与开发 的全过 程都 涉及 岩石 力学知 识 如钻 完井
在一 定 的缺 陷 ． 的理论 内容过 多过 深 ． 的没 有 配 有 有
方 法和 考 核 方 式 的 改革 关 键 词 ： 程 教 学 ； 油 工程 ； 石 力 学 ； 学 改革 课 石 岩 教 中 图分 类 号 ： ４ ． Ｇ６ ２０ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ３ １ ９ （ ０ ２ １ — １ ８ ０ １７ — ９ ９ ２ １ ）５ ０ ５ — ２
第2讲-岩石力学-岩石力学及其在石油工程中的应用
垂直应力
Pp
孔隙压力
最大主应力 • 孔隙压力
岩石机械力学性质
最小主应力
C0
岩石外载-上覆岩层压力
岩石外载-上覆岩层压力
• 密度反演：当没有密度测井数据时，可以通过声波、电阻 率测井等数据进行反演。
The Rock Physics Handbook. Mavko et al., 2003
开发过程中地应力动态变化
二、岩石力学研究的系统性问题
工程角度：井筒的概念，小尺度、静载到动载、弹性塑性粘性、多场耦 合；研究钻头动载破碎力学和三维钻速方程，多场耦合组合岩性的井壁失稳 问题，非平面水力裂缝起裂、扩展机理，测试完井过程的井筒稳定力学；解 决高效钻头设计或优选、钻井液性能设计与工程对策、钻井井身结构和套管 强度设计、水平井压裂和深井压裂有利缝（网）的形成的方法与工程对策； 测试安全与完井井筒完整性。
根据应力应变曲线可确定抗压强度、杨 氏模量及泊松比
应力应变曲线
岩石力学性质-杨氏模量、泊松比
杨氏模量 ：岩石每增加单位 应变所需增加的应力
E /
式中：E－弹性模量； －应力；－应变
泊松比：压缩应力作用下岩石
横向应变与纵向应变之比
横 纵
应力应变曲线
岩石力学性质
工程地质学
现代地质力学特点 成分 微结构 深部地质体 宏观结构
岩石力学
未来力学行为
强度力学行为 变形力学行为
地应力场
渗流场
温度场
破碎岩石 保持稳定
二、岩石力学研究的系统性问题
尺度：地质物探的大尺度；油藏开发的中等尺度；钻测录试的小尺度和细观 尺度；目前主要后者为主。
石油钻井工程中的岩石力学应用研究
石油钻井工程中的岩石力学应用研究石油钻井工程是石油勘探及开发的重要环节，其中岩石力学的应用研究起着非常关键的作用。
岩石力学是研究岩石与力学相互作用的学科，通过分析岩石的物理力学性质，为石油钻井工程的设计和施工提供科学依据。
本文将介绍岩石力学在石油钻井工程中的应用及相关研究进展。
一、岩石力学的基本概念岩石力学是研究岩石在地壳应力下的变形与破裂规律的学科。
岩石在受到外力作用时，会发生各种变形，包括弹性变形、塑性变形和破坏变形等。
岩石力学研究的主要内容包括岩石力学性质的测试与评价、岩石力学参数的确定、岩石结构及其力学特性的分析等。
二、岩石力学在石油钻井中的应用1. 井壁稳定性分析在石油钻井过程中，井壁的稳定性对于钻井安全和石油开采效益具有重要影响。
岩石力学可以通过对井壁岩石性质及其对地应力的响应进行研究，评估井壁的稳定性，并提供相应的支护设计建议。
通过合理控制钻井液的性质和加强井壁支护措施，可以减少井壁垮塌和漏失等问题，提高钻井的顺利进行。
2. 钻井液的设计与优化钻井液在石油钻井工程中起着冷却钻头、清洁井孔等重要作用。
岩石力学可以通过分析岩石的物理力学性质和井壁稳定性需求，推断钻井液的性质要求，并根据具体情况进行设计与优化。
合理选择钻井液的成分和浓度，可以提高钻井液的性能，降低钻井风险，提高钻井效率。
3. 孔隙压力分析在石油钻井过程中，岩石的孔隙压力是衡量油气储层性质和钻井安全性的重要指标。
岩石力学可以通过分析地层中的孔隙结构和孔隙流动规律，推断孔隙压力的分布及其变化趋势，并根据这些数据制定合理施工方案。
合理控制孔隙压力可以减少井喷和井探等钻井事故的发生，为石油勘探开发提供有力的支持。
三、岩石力学在石油钻井领域的研究进展随着石油钻井工程的不断发展，对岩石力学的研究需求也在不断增加。
当前，岩石力学在石油钻井领域的研究主要集中在以下几个方面：1. 岩石力学参数测试方法的改进岩石力学参数的测试是岩石力学研究的基础，其准确性和可靠性直接影响到工程设计的可行性和钻井安全。
石油工程岩石力学基础教学设计
石油工程岩石力学基础教学设计背景作为石油工程专业学生，学习岩石力学是必不可少的基础课程。
通过学习岩石力学，可以帮助学生了解地下岩石构造和力学特性，为今后的石油开采工作打下坚实的基础。
因此，本文将探讨如何设计一套有效的岩石力学基础教学内容，以帮助学生更好地学习和掌握岩石力学知识。
目标本教学设计目的在于：1.帮助学生掌握基本的岩石力学知识，包括应力、应变、弹性、塑性等基本概念和原理。
2.帮助学生了解岩石的物理性质、力学性质及其影响因素。
3.培养学生的科学思维能力和实践动手能力，通过实验和实践，了解岩石在不同条件下的力学行为和特性。
教学内容课程设置本教学设计设置岩石力学的基础课程共计三章，内容包括：第一章岩石力学基础概念本章主要内容包括岩石力学的概念、应力应变概念、弹性、塑性及其应用等基础知识。
第二章岩石力学基本参数本章主要内容包括岩石的物理性质、力学性质和其影响因素等。
第三章岩石力学应用本章主要内容包括岩石力学的应用、力学分析以及实验等相关内容。
教学方法本教学设计采用多种教学方法，旨在激发学生的学习兴趣和发掘潜力。
具体教学方法包括：讲授法通过教师讲授、课件展示等方式，传递岩石力学基础概念。
实验法鼓励学生根据教师的指导和要求，进行一系列的岩石力学实验。
通过实践和观察，了解岩石在不同应力下的应变和力学特性。
讨论法组织学生进行讨论，让学生自由地表达对于岩石力学的看法和问题，并达成一定的共识和解决方法。
案例法通过案例引入，结合实际工程应用问题，让学生更好地理解和掌握岩石力学原理。
教学工具本教学设计使用以下教学工具：课件采用PPT展示教学内容，丰富教学形式，加深学生对教学内容的理解。
实验仪器采用先进的岩石力学实验设备，支持学生进行实验操作，深化学生对岩石力学的理解和掌握。
考核方式本教学设计采用多元化考核方式，以确保学生能够全面掌握岩石力学基础知识。
考核方式包括：作业布置相关的应用题和实验报告，以检查学生对岩石力学理论和实践的掌握程度。
石油工程设计规范
石油工程设计规范近年来，石油工程领域的发展迅猛，越来越多的企业和专业人士投身于石油勘探、开发和生产。
为保障工程的安全可靠性和经济高效性，制定和遵守一套行业规范是至关重要的。
本文将从石油工程设计的各个方面，分别就井筒及井身设计、岩石力学性质、油藏物性和油藏工程进行规范的阐述。
一、井筒及井身设计在石油工程设计过程中，井筒及井身的设计是一个至关重要的环节。
它涉及到井的完整性、强度和稳定性等多个方面。
因此，我们应该遵守以下规范：1. 井筒及井身直径的选择应基于钻井液性质、油藏特征及井眼稳定性等多个因素综合考虑，避免产生过大的尺寸差异，确保井筒完整性。
2. 为了防止井筒坍塌等不良现象，井壁稳定性的分析和设计必不可少。
根据不同地质条件和油藏特征，选择合适的支撑形式和钢筋网等支护材料，确保井身的强度和稳定性。
二、岩石力学性质岩石力学性质是石油工程设计中的基础，它直接影响到井壁稳定性、井身机械强度和油藏的开发效果等。
为了确保工程的质量和安全性，我们需要遵守以下规范：1. 在岩石力学性质测试中，应严格按照测试方法和流程进行操作，确保测试结果的准确性和可靠性。
2. 根据不同的岩石类型和地质条件，选择合适的材料模型和岩石力学参数，进行岩石力学分析和工程设计。
三、油藏物性油藏物性是石油工程设计中的重要内容，它直接关系到油井开发的效果和经济性。
为了保证设计的准确性和有效性，我们需要遵守以下规范：1. 在油藏物性测试中，应选取合适的岩心样本进行实验，确保测试结果的可靠性和准确性。
2. 根据油藏性质和实验结果，确定油藏物性参数，包括储量、孔隙度、渗透率等，作为工程设计的依据。
四、油藏工程油藏工程是石油工程设计的核心内容，它涉及到油井的开发、生产和采油工艺等多个方面。
在设计过程中，我们应该遵守以下规范：1. 根据油藏特征和油井间距，确定合理的井网模式和布井方式，确保井网的均匀排布和最大化的开采效果。
2. 通过合理的注采井距调整、人工注水和注聚物等增产技术手段，提高油井的产油率和采收率。
第2讲-岩石力学-岩石力学及其在石油工程中的应用
成像资料 井径曲线
垮塌宽度
N
W
S
井壁垮塌是地应力与井壁岩石相互作用的结果；
已知井筒破损情况和岩石强度，就可反演模拟
E
出当今最大水平主应力大小。
井壁垮塌宽度
岩石强度 （测井曲线计算）
模拟最大水平主应力
岩石外载-水平应力方位
地应力方位由井壁应力垮塌和钻井诱导张性缝确定。
全部垮塌
应力性垮塌
岩石的强度破坏准则-摩尔库伦准则
开发过程中地应力动态变化
二、岩石力学研究的系统性问题
工程角度：井筒的概念，小尺度、静载到动载、弹性塑性粘性、多场耦 合；研究钻头动载破碎力学和三维钻速方程，多场耦合组合岩性的井壁失稳 问题，非平面水力裂缝起裂、扩展机理，测试完井过程的井筒稳定力学；解 决高效钻头设计或优选、钻井液性能设计与工程对策、钻井井身结构和套管 强度设计、水平井压裂和深井压裂有利缝（网）的形成的方法与工程对策； 测试安全与完井井筒完整性。
ｄ为试件直径，L为试件厚度，P为破坏载荷。
岩石力学性质-抗拉强度
常见岩石的抗拉强度
岩石力学性质-井筒岩石参数求取
声波测井：以研究岩石及其孔隙流体的某种声学性质为基础。根据所研究岩 石的声学性质，可分为三类：
测量声波传播速度：声波时差测井、偶极横波测井 测量声波能量：井周声波成像测井、变密度测井 测量井下自然噪声：噪声测井
岩石外载-上覆岩层压力
常见岩石的密度
岩石名称 花岗岩 闪长岩 辉长岩 辉绿岩 砂岩 页岩
密度 (g／cm3) 2.52～2.81 2.67～2.96 2.85～3.12 2.80～3.11 2.17～2.70 2.06～2.66
岩石名称 石灰岩 白云岩 片麻岩 片岩 大理岩 板岩
我国深层岩石力学研究及在石油工程中的应用
我国深层岩石力学研究及在石油工程中的应用我国深层岩石力学研究及在石油工程中的应用近年来，我国在深层岩石力学研究领域取得了显著的进展，这些研究成果在石油工程中得到了广泛的应用。
深层岩石力学研究的目的是为了更好地理解地下岩石的力学特性，以便在石油勘探和开采过程中提供科学依据。
深层岩石力学研究主要涉及岩石的力学性能、应力状态、变形行为以及岩石与井壁之间的相互作用。
通过对深层岩石的野外观测、室内试验和数值模拟等手段的综合应用，研究人员可以得到深层岩石的力学参数，如弹性模量、泊松比、抗剪强度等，从而为石油工程提供可靠的数据支持。
在石油工程中，深层岩石力学研究的应用主要体现在以下几个方面。
深层岩石力学研究可以帮助确定井眼稳定性。
在钻井过程中，岩石与钻井液、钻杆等之间会发生相互作用，可能导致井壁塌陷或井壁稳定性下降。
通过对井壁稳定性进行深入研究，可以确定合理的钻井参数，降低事故风险，提高钻井效率。
深层岩石力学研究可用于油层开采中的地应力分析。
在油层开采过程中，地应力的大小和分布对采油效果具有重要影响。
通过研究地应力的变化规律，可以合理确定钻井方向、注水方案和压裂参数，从而提高采油效率。
深层岩石力学研究还可以用于岩石力学参数反演。
通过采集地震数据、井下测井数据等，结合岩石力学模型，可以对深层岩石的力学参数进行反演，如岩石的弹性模量、泊松比等。
这些参数的准确反演有助于评估油藏的储量、预测油藏的产能，为油田开发提供科学依据。
深层岩石力学研究还可以用于岩石破裂与断裂机理的分析。
在地下开采过程中，岩石的破裂与断裂现象经常发生，对油田的开发和生产造成一定的影响。
通过研究岩石的破裂与断裂机理，可以预测岩石的破裂形态和破裂扩展路径，为油田的开发和生产提供科学指导。
我国深层岩石力学研究在石油工程中具有重要的应用价值。
深层岩石力学研究的成果不仅可以为石油勘探和开采提供科学依据，还可以提高石油工程的安全性和效率。
未来，随着石油工程的不断发展和深水油气开发的推进，深层岩石力学研究将发挥更加重要的作用，为我国石油工程的发展做出更大的贡献。
岩石力学实验
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一、实验目的
1．熟练掌握岩石单轴抗压实验试件尺寸测量方法； 2．观察岩石试件破坏过程，准确分析其破坏类型； 3．根据试件破坏单轴压应力，计算岩石的单轴抗压强度； 4．熟悉岩石应力-应变曲线各阶段的意义，计算岩石弹性 模量与割线模量。
1.百分表；2.百分表架；3.试件；4.实验台
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四、实验步骤
(3) 试件直径测量
取岩石试件上中下三断面测量位置，采用游标卡尺分别测量垂直于中轴线 且互成90°方位的试件直径，填入试样尺寸记录表中，并分析直径误差。
上断面
中断面
下断面
互成90°测量
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四、实验步骤
(4) 试件长度测量 将试样断面分为相互垂直的4个方位，采用游标卡尺分别测量不同方
为此，需要在实验室内严格控制某些因素的情况下进行岩石力学实验，然后将所得结果 应用到实践中去。
取样
实验
应用
确定研究 工区、钻 取具有代 表性岩心
室内岩石力学 实验（单轴压 缩、巴西劈裂、 三轴实验等） 获得岩石力学 性质及参数
建立本构方程和破 坏准则，结合地质 环境特征（地应力、 温度、地层压力等） 进行工程实际应用 （如判定井壁破裂 坍塌条件等）
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岩石单轴抗压实验
➢ 实验目的 ➢ 实验原理 ➢ 实验仪器 ➢ 实验步骤 ➢ 结果处理 ➢ 报告编写
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一、实验目的
1、掌握岩石硬度的测定方法； 2、掌握岩石塑性系数的测定方法。
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