岩石力学

1、简述岩石的分类及其特点。答：根据岩石的地质成因可将岩石分为三大类：岩浆岩、沉积岩和变质岩。

①岩浆岩：是岩浆冷却凝结而形成的岩石。该岩石具有一定的可塑性，化学成分复杂，多为各种金属矿物，并含有一定的酸性和碱性成分。根据成岩环境的不同，又可将岩浆岩分为深成岩、浅成岩和喷出岩三类。

②沉积岩：是指风化产物经搬运、沉积、胶结和成岩作用而形成的岩石。具有层理构造，岩性一般具有明显的各向异性。按照形成条件和构造特点，沉积岩可以分为火山碎屑岩、胶结碎屑岩、粘土岩、化学岩和生物化学岩等。③变质岩：是在已有岩石的基础上，经过变质混合作用而形成的岩石。同一岩层随着矿物组分及组织结构的不同而发生变异，在变质作用力的影响下，形成了变质岩特有的片理、剥理、板理、片麻结构、流劈理、流动扭曲褶皱等，而这些现象使得变质岩具有极为明显的不均质性和各向异性。

2、简述岩石的基本构成。答：岩石的基本结构是由岩石的物质成分和结构两大方面来决定。①岩石中主

要的造岩矿物有：正长石、斜长石、石英、黑云母、白云母、辉石、方解石、赤铁矿等，它们的含量因岩石的成因而异，岩石中的矿物成分会影响岩石的抗风化能力、物理性质和强度特性。②岩石的结构：是指岩石矿物颗粒相互之间的关系包括颗粒的大小、形状、排列、结构联结特点及岩石中的微结构面。岩石的结构联结分为结晶联结和胶结联结；微结构面包括矿物的解理、晶格缺陷、晶粒边界、粒间空隙、微裂缝等。岩石的结构联结和微结构面对岩石的工程性质影响最大。

3、简述岩石的微观结构及其特点。答：岩石的微观结构是以岩石内部结构的不完善性和颗粒间的胶结情

况的不均匀性为特点进行研究的。岩石是矿物颗粒的集合体，岩石中的矿物颗粒是由胎体胶结在一起，或在颗粒的界面处靠接触力而连接在一起，岩石的强度首先决定于胎体的强度和颗粒间的接触面积，同类岩石的强度与颗粒的接触面积成正比，与颗粒的尺寸成反比。岩石的基本力学性质将取决于组成矿物颗粒间的联结情况，岩石的微观结构特点使岩石多数岩石具有内部孔隙空间，孔隙度随岩石类型和结构而异。

4、简述岩石的宏观结构及其特点答：岩石的宏观结构是以岩石的断裂（裂缝性）和层理等为特点进行研

行的平面分裂为薄片的能力，常常发生于单相地质构造压力作用的方向，岩石在宏观结构上的特点使岩石具有不均匀性和各向异性，影响岩石的力学性质，尤其是变形特征和强度特征，岩石的宏观结构特点是对岩石进行深入研究的基础。

5、影响岩石力学性质的因素有哪些?答：岩石的力学性质是指岩石抵抗外力作用的性能，即变形特征和强度特征。影响岩石力学性质的因素归纳起来有两方面：①岩石的地质特征，包括岩石的矿物组成、岩石的结构特征、岩石的构造等，这是造成岩石具有不同力学性质的本质原因；②岩石形成后所受外部环境因素的影响，包括温度的作用、水的作用、风化剥蚀作用以及冲击加载速度的影响。

6、简述莫尔库仑(Mohr—Coulomb)强度理论确定岩石破坏的条件。答：根据莫尔库仑强度理论可知，材

料的某一点破坏取决于它的最大主应力σ1和最小主应力σ3，而与中间应力无关。莫尔—库仑强度条件为：τf=c+σtanφ式中，τf−岩石的抗剪强度；c−岩石的凝聚力；σ−正应力；φ−岩石的内摩擦角

也可以写成：(σ1−σ3)/(σ1+σ3+2ccotφ)=sinφ；当σ1和σ3满足以上式子时，岩石就开始破坏。破坏面法线与最大主应力方向夹角为：α=450+φ/2另外，也可以在τ−σ平面上作出岩石内某一点应力状态下的莫尔应力圆，如果所作的应力圆在莫尔包络线以内，说明该点没有破坏；如果所作的应力圆与莫尔包络线相切或相割，说明该点开始破坏或已经破坏。

7、什么是岩石的蠕变？岩石蠕变分哪三个阶段？画出岩石蠕变的典型曲线。

t 而增长的现象。岩石蠕变分为三个阶段：在I阶段内，应变—时间曲线向下弯曲，称为初期蠕变或暂时蠕变；在II阶段内，曲线具有近似不变的斜率，称为二次蠕变或稳定蠕变；在III阶段内，称为加速蠕变或第三期蠕变，这种蠕变导致迅速破坏。岩石蠕变的典型曲线如下所示：

8、地应力的概念？垂直地应力、水平地应力及其计算表达？答：地应力是存在

力或原岩应力。在地质力学中常把构造应力叫做地应力。垂向地应力：地壳中主要由重力应力构成、基本上呈垂直向的主应力；水平地应力：主要由地壳中岩石侧向应力和水平向构造应力构成，基本上呈水平向的主应力。铅垂主应力（上覆岩层压力）：σV=∫(z)g dz

最大水平主应力最小水平主应力其中，ρ(z)为埋深为z处的岩石密度，g为重力加速度。

9、简述水力压裂法测量地应力的原理与方法，画出水力压裂压力典型曲线。

答：当井眼压力足够高时，井壁会劈开一条裂

缝，这一过程称为水力压裂。水力压裂法是目

前最准确的地应力测试方法(主要是指最小水平

主应力和地应力方向)，它的结果往往作为检验

其他方法精度的标准。在利用油层压裂数据进

行地应力分析时，可以用裂缝闭合压力给出较

为准确的最小地应力数据，并根据裂缝扩展方

位确定最大水平地应力方向。裂缝总是沿着最

有利的方向扩展和传播，一般的情况下裂缝沿

垂直于最小主地应力的方向扩展。由于最小主

地应力一般都是水平方向，因此裂缝一般是垂

直缝，对于直井，现场施工时，只要选择合适

层位，利用低排量泵注设备、井下关闭装置和

井下压力计；采用适当的施工方案；进行几个完整周期的压裂；利用多种裂缝闭合压力识别方法；就可提

高水力压裂地应力测试和解释的精度。现有的水力压裂最大水平地应力计算公式是建立在裸眼井基础上的，因此，不能用套管井水力压裂数据计算最大水平主应力。利pf,ps,pr三个从压裂压力曲线上可以直接读得的压力值，即可反算地层地应力：

水力压裂压力典型曲线如下图所示:

10、什么是凯塞效应试验？简述声发射凯塞尔效应法测量地层地应力的基本原理。

塞尔效应。声发射活动的频率或振幅与应力有一定关系，岩石受力发生微破裂，微破裂发生的频率随着应力的增加而增加，在单调增加应力作用下，当应力达到过去已施加过的最大应力时，声发射明显增加。在声发射信号随载荷变化的关系曲线上找出声发射信号突然明显增加处，记录下此处载荷大小，即为岩石在该地下该方向上所受的地应力。

11、简述确定最大主地应力方向的方法。答：①井壁崩落椭圆法确定地应力方向的基本原理：目前确定构

眼是目前常用且较准确的一种方法。②井壁崩落椭圆的识别标志：现代构造应力场导致井壁崩落椭圆具有明显的长轴方位。在地层倾角测井记录上，一条井径曲线比较平直或等于钻头直径，而另一条井径曲线则比钻头直径大得多，而非应力孔眼井径曲线上表现为钻头孔截面没有明显的长轴方向。

12、简述孔隙压力的变化对地应力的影响。答：油田在长期开发过程中，采油过程使地层的孔隙压力降低，注水过程使地层的孔隙压力升高。这一过程反复进行，使地层压力系统变得异常复杂，储层段的孔隙压力由于注采制度的变化已不是原始的地层孔隙压力。许多地区的勘探开发经验表明，如对开发区块的地层孔隙压力剖面掌握不清或缺乏整个区块地层压力资料，往往会造成开发方案和措施的失误和不当，出现井涌、井喷、井漏及井壁失稳等井下事故和复杂情况，影响整个区块的勘探开发进程，而且还会污染油层。对于开发区块地层压力的预测，国内主要有三种方法：大庆油田的压力梯度剖面法、辽河油田的压降坡度法和中原油田的利用周围开发井的动态资料预测法。这些方法都没有解决地层孔隙压力变化是先引起地应力变化，再引起地层破裂压力、地层坍塌压力变化的问题。

13、岩石的动、静态弹性参数一般具有什么样的关系？答：岩石力学特性参数包括有岩石泊松比、杨氏模量、切变模量、体积模量、岩石硬度、抗剪强度、抗压强度、抗钻强度等，岩石弹性参数的静态值和动态值存在着一定的差值，静态弹性模量普遍小于动态弹性模量，而静态泊松比有的大于动态泊松比，有的小于动态泊松比。

14、常用的计算岩石力学弹性参数的测井数据包括哪几个？。答：常用的计算岩石力学弹性参数所需测井数据：纵波时差、横波时差、岩石密度、泥质含量等。如计算岩石抗压强度时需要：纵横波时差、密度、泥质含量，GR测井数据可以确定泥质含量。

15、影响井壁稳定的主要因素有哪些？答：影响井壁稳定的因素概括起来可分为四大类：①地质力学因素，它们。②岩石的综合性质，如岩石的强度和变形特征等、孔隙度、含水量、粘土含量、组成和压实情况等。③钻井液的综合性质，化学组成、连续相的性质、内部相的组成和类型、与连续相有关的添加剂类型、泥浆体系的维护等。④其它工程因素，包括打开井眼的时间、裸眼长度、井身结构参数（井深、井斜角、方位角）、压力激动和抽吸等。这些因素和参数之间相互作用、相互影响，使井壁稳定问题变得非常复杂。16、从井壁应力分布对于岩石强度影响的角度分析坍塌压力在井壁稳定中的作用。

Drucker-Prager准则。根据井壁上的主应力分量的相对大小不同，可能存在几种破坏情况。在的情况下，根据Mohre-Coulomb准

则有：

若井眼压力低于上式的值，井壁就会发生剪切破坏（井壁坍塌）。随着井眼压力的提高会出现的情况，根据莫尔一库仑准则可知，剪切破坏存在一个低限和一个高限，在低限和高限之间井壁才能保持稳定。井壁应力分量与圆周角θ有关，当θ=±90度时，cos 2θ= −1；σθ最大。对于的情况，剪切破坏最先出现在最小

水平地应力的方向。

17、从岩石力学角度分析地层孔隙压力变化对于地层出砂的影响。答：地层孔隙压力的变化主要取决于孔孔隙度大于30%，地层出砂较为严重，地层孔隙度在20%--30%之间，地层出砂减缓，地层孔隙度小于20%，则出砂轻微。

1、地应力，地应力的由来，影响地应力的因素。答：地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，主要由重力应力构成、基本上呈垂直向的主应力；水平地应力：主要由地壳中岩石侧向应力和水平向构造应力构成，基本上呈水平向的主应力。

地应力的成因：主要与地球的各种运动过程有关，包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等；另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理化学变化等也也可引起相应的应力场，其中，构造应力场合重力应力场是现今应力场的主要组成部分。影响地应力的因素：地球的各种构造运动或板块运动、地形、地表剥蚀、岩体结构特征、岩体力学性质、温度、地下水等。

2、岩石弹性常数、强度，及其获得的方式／方法。答：岩石力学特性参数包括有岩石泊松比、杨氏模量、法测井（自然电位测井）、声波测井（纵波时差、横波时差、井周声波成像测井、变密度测井、）、核测井（伽玛测井、中子测井、核磁测井）。

3、岩石力学强度准则，摩尔－库仑准则的假设、表示方法、应用。