岩石力学参数物理意义 ppt课件

剪切模量 杨氏模量 体积模量
抗剪强度 抗张强度 抗压强度 裂缝指示
岩层固有抗 切强度
坍塌压力
破裂压力
多种方法计算岩石力学参数
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阵列声波处理---岩石力学参数成果图
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（一）弹性模量的基本确定
（1）泊松比：
弹性体只受法向应力作用时，横向缩短和纵向伸长的比值（又 称横向压缩系数），表示材料力学的一个重要参数。无量纲，对任 何材料在0-0.5之间。泊松比越大，表示弹性越小，塑性越大，岩石 容易断裂或压裂。而泥岩泊松比大，表示塑性大，易变形。
TreP mPp
式中： Pm为泥浆柱压力，Pm=ρmH/10 （ρm为泥浆比重，H为储层中部深度） Pp为孔隙流体压力Pm=GH+C， （G、C为孔隙流体压力梯度和常数，地区经验参数）
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（2）周向应力（ESTA）： 指岩石受到周向压应力的大小。
Te 12PPO OIISS PO 113P PO OIIS SPP Pm
E= F / l Al
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（4）体积模量： 弹性体受均匀静压力时，所加静压力和体应变的比值。用它 来度量岩石的抗压应力。
体积应变——体积模量: 对弹性体施加一个整体的压强p，这个压强称为“体积应力”，
弹性体的体积减少量(-dV)除以原来的体积V称为“体积应变”，体 积应力除以体积应变就等于体积模量: K=P/(-dV/V)
一杆受拉伸时，其轴向伸长伴随着横向收缩(反之亦然)，而横向应变 e‘ 与轴向应变 e 之比称为泊松比 V。材料的泊松比一般通过试验方法测定。
可以这样记忆：空气的泊松比为0，水的泊松比为0.5，中间的可以推出。
( ts )2 2 tc
2
(
ts tc
)2
1)
4
泊松比
横向相对压缩与纵向 相对伸长之比
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（6）出砂指数： B大说明岩石强度大，稳定性好。经验表明当含油砂岩 的B≥3（即3×106磅/英寸）时，则在正常压力下采油时 ，不会出砂；当2≤B＜3时，油层会出少量砂子；当B＜2 时，油层会出较多砂子。
B2K4
3
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（7）斯仑贝谢比： 当R大时，说明岩石强度大，稳定性好，不易变形和出 砂。比出砂指数能更好地估计岩石的强度和稳定性。
岩石力学参数及其物理意义
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岩石力学参数计算技术
利用阵列声波测井等资料能够提供杨氏模量、弹性模量、泊松比等较为准确的
岩石力学参数。预测岩石强度，岩石破裂压力，进行井眼稳定性分析，为钻井工程 、压裂施工、油气层开采等方面提供有用参数。
岩石力学参数
弹性模量
压裂相关参数
径向应力 斯仑贝谢比
泊松比
周向应力
出砂指数
RK
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（8）裂缝指示：
由于σ越大表示岩石弹性越小或塑性越大，岩石容易断裂或 压裂。σ越大，FI越大。在碳酸盐岩裂缝段，FI很大；但在泥岩 段FI也很大，这时因为泥岩塑性大，不是因为裂缝发育。
FI 1
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（9）坍塌压力：
岩层自然破裂时的井柱压力。
当井柱压力增大时，周向压性应力变为周向张性应力，对于脆性砂 岩、微裂隙岩层就有可能发生自然破裂，钻井时泥浆会发生漏失现象 。由此，还可以计算泥浆比重极限值（ρm1=P1H/10）。
ts2 2tp2 2(ts2 tp2)
*(3ts24tp2)1.3 41100
3ts2tp2
(3ts24tp2)1.3* 4110)0
ts2 ts2tp2)
GΔ ρst2 1.341010
R=ρ﹡（1/∆tp2-2/∆ts2）
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（二）压裂相关参数的基本确定
（1）径向应力（ESRA）：
指岩石受到径向张应力的大小。
式中： PO为上覆压力PO=ρ(H)H/10， （ρ(H)为H深时的上覆岩层平均密度，由密度测井曲线得到） α为孔隙流体压力对各应力的贡献，与岩层体积压缩系数、骨架压 缩系数有关，α=B/Bm。
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（3）抗剪强度： 指岩石能承受周向压应力的大小。 对于脆性储层分析其张性破裂要确定抗张强度；而对于岩 性疏松的储层，要考察其切变破裂采油出砂，先要确定岩层 抗切强度。一般根据目的层岩性和弹性模量给出经验值。
K3ts2 4tc2
3ts2tc2
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体积模量
岩石受均匀来自百度文库压力时，所
F
加应力与体积应变比值，
它度量岩石的抗压能力
F
K=F / V
F
AV
V o lu m etric D efo rm atio n
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动态弹性模量的计算方法
假定岩石为均匀、各向同性的弹性体
泊松比 体积模量 杨氏模量 切变模量 拉梅系数
r/l
rl
Fr
L L
r
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（2）剪切模量（切变模量）： 弹性体在剪切较强的作用下，发生剪切形变，同时产生剪切应力。
产生单位角应变时相应剪切应力的数值，称为剪切模量。剪切模量是度 量岩石抗切能力的重要的力学参数，是岩石切变弹性强弱的标志。其数 值大小表示在剪切较强的作用下，弹性体发生剪切形变的难易程度。
剪切应变——剪切模量 对一块弹性体施加一个侧向的力f（通常是摩擦力），弹性体会由方形变成
菱形，这个形变的角度θ称为“剪切应变”，相应的力f除以受力面积S称为 “剪切应力”。剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量G=( f/A)/θ
t s 2
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切变模量
所加剪切应力与切变角之
比 ，它度量岩石的抗剪
F
强度
“线应变”---杨氏模量； 对一根细杆施加一个拉力F，这个拉力除以杆的截面积A，称为“线应力”，杆的 伸长量dL除以原长L，称为“线应变”。线应力除以线应变就等于杨氏模量 E=( F/A)/(dL/L)
E (3ts24tc2)
ts2 ts2 tc2
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杨氏模量
张应力与张应变之比，它 度量岩石的抗张能力
（4）抗张强度： 指岩石能承受径向张应力的大小。 抗张强度τT处在（0-τS），岩层最大抗张强度，可看作岩 层固有抗切强度。
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（4）单轴抗压强度：
u 0 . 0 0 4 5 E M O D ( 1 V S H ) 0 . 0 0 8 ( 1 V S H )
（5）岩层固有抗切强度：
s 0 .0 2 5u/C B
G= F/ A
l
l
F
Shear Deformation
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（3）杨氏模量：
拉伸应力（法向应力）和同方向上的相对伸长（沿法向应力方向的应 变）的比值。其意义为弹性体发生单位线应变时，弹性体产生的应力大小 。它是度量岩石的抗张应力大小的，是岩石张变弹性强弱的标志。该值大 小表示弹性体或弹性材料在外力作用下变形的难易程度，是材料弹性力学 性质的一个重要参数，其量纲和应力相同。