(整理)岩石力学作业

岩石力学作业11.对于碎屑质沉积岩，简述岩石的强度与矿物颗粒、胶结类型与程度的关系。

矿物颗粒强度（如石英、长石、方解石等）；胶结类型（胶结物）通常分为泥质胶结、钙质胶结、硅质胶结、铁质胶结...前三者是我们的常见类型，也是难区分的三种类型。

胶结类型（胶结程度）：在碎屑岩中，胶结物或填隙物的分布状况及其与碎屑颗粒的接触关系在地质上也称为胶结类型。

碎屑岩具有三种基本类型：①基质胶结类型：颗粒彼此不直接接触，完全受胶结物包围，岩石强度基本取决于胶结物的性质。

②接触胶结类型：只有颗粒接触处才有胶结物胶结，胶结一般不牢固，故岩石强度低，透水性较强。

③孔隙胶结类型：胶结物完全或部分地充填于颗粒间的孔隙中，胶结一般较牢固，岩石强度和透水性主要视胶结物性质和其充填程度而定。

碎屑岩胶结类型1 为胶结物质2 为颗粒3 为未充填之孔隙2.碎屑质沉积岩具有非均质性与各向异性，简单分析其对岩石力学性质的影响。

导致力学上的非均质性和各向异性3.对于砂岩，简述压力（围压）、液体介质对于其强度的影响。

围压越大，相应的强度也越大，液体介质存在导致岩石强度降低。

4.简单分析钻井工程中牙轮钻头与PDC钻头破岩时岩石的破坏形式。

牙轮钻头：冲击压力（动载）作用下，岩石在三向压缩状态发生剪切破坏，形成破碎坑；PDC钻头：钻压作用下切削刃吃入岩石；扭矩作用下岩石发生剪切破坏。

岩石力学作业21、弹性变形、塑性变形与蠕变的定义；（蠕变－载荷不变，变形速率（应变速率）变化－增大！）2、蠕变的过程（典型蠕变阶段划分）；初始蠕变（应变速率增大、时间段短）、稳定蠕变（应变速率不变，较长时间段）、加速蠕变（一定时间段后应变速率急剧增大）。

3、蠕变对于钻井工程的影响（井径缩小的影响及其措施－钻柱遇阻、下套管遇阻；安全施工时间段－加速蠕变前完成下套管、注水泥作业；套管抗外挤载荷的确定－考虑上覆岩层压力为最大外挤载荷）。

岩石力学作业31、岩石的主要弹性常数？三轴应力试验方法？（杨氏弹性模量、泊松比）；（模拟地层应力环境、温度条件下的试验测试，获得地层条件下的岩石力学性质－强度特征、变形特征）2、岩石力学：摩尔强度准则材料在极限状态下，剪切面上的剪应力就达到了随法向应力和材料性质而定的极限值时，发生破坏。

也就是说，当材料中一点可能滑动面上的剪应力超过该面上的剪切强度时，该点就产生破坏，而滑动面的剪切强度［τ］又是作用于该面上法向应力σ的函数。

三向压应力作用下，岩石出现剪切破坏，且仅与最大、最小主应力相关；最大最小主应力差值到达极限，摩尔园与强度曲线相切，出现破坏；强度曲线－滑动面的剪切强度［τ］是作用于该面上法向应力σ的函数。

3、岩石力学：库伦－摩尔强度准则三向压应力作用下，岩石出现剪切破坏，且仅与最大、最小主应力相关；岩石内任一点发生剪切破坏时，破坏面上的剪应力(τ)应等于或大于材料本身的固有强度(C)（也称之为凝聚力）和作用于该面上由法向应力σ引起的摩擦阻力(σtgφ)之和。

岩石力学作业41、地应力来源与计算：应用密度测井的垂直地应力计算中如何考虑地层压力的影响？水平地应力的来源与计算？出现最大、最小水平地应力的原因？垂直地应力来源于上覆岩层压力，还受到地层压力的影响。

σV ＝POVERBURDEN-αPPORE水平地应力：垂直地应力作用下岩体受到位移约束（不能产生水平方向变形），产生水平地应力分量，且与泊松比（表征岩石垂向、水平方向力学性质的各向异性）有关；还受到构造应力影响。

水平地应力为两者的矢量和。

2、地应力测量方法：水力压裂试验测试方法及其结合典型测试曲线确定最小水平地应力、抗拉强度的方法？水力压裂裂缝面垂直于最小主应力；对于垂直裂缝面，破裂压力为水力压裂试压时的最高压力；已经压开地层形成人工裂缝后，停泵再次压开地层的压力为闭合压力，其等于最小水平地应力；破裂压力＝闭合压力＋岩石抗拉强度3、声发射（凯塞尔）实验测试与确定地应力的原理与方法？岩石在历史地应力作用下产生了微裂隙，实验加载到岩石承受过的历史应力时，岩石会产生明显的声发射现象，该应力即为历史地应力。

通过定向取心、古地磁定向等，测试岩心水平面不同方向的凯塞尔应力点即可确定最大、最小水平地应力。

也可通过水平面与垂直方向凯塞尔实验测试确定三个地应力的大小。

4、声波测井资料确定计算确定地应力的原理与方法？声波传播速度与岩石的弹性常数相关，可获得岩石的动态弹性常数（声波传播相当于动载作用条件）；水力压裂中液压力相当于静载作用于岩石，所以通常要求做动静态参数转换，静态参数为压裂设计需要的参数。

岩石力学作业5实际上许多油气井均未进行全波测井，仅有补偿声波测井资料（计算中测井曲线数据为 AC ）。

利用常规纵波时差求横波时差，可采用岩性相对均一的经验公式:31(1/)(1/) 1.5(1 1.15)b b b ps e t t ρρρ+∆∆=- (1) 式中：ρb 为岩石密度（本作业计算中可视为体积密度，测井曲线数据为 DEN ）而泥岩的体积密度随深度的增加而增加时, Δts / Δtp 根据泥(页)岩密度值变化可以列出如下方程： min max min /0.8()/()s p sh sh sh sh t t B ρρρρ∆∆=--- （2）式中：ρsh ≤2.2g/cm 3时，B ＝2.5；≥2.65g/cm 3时，B ＝1.7；ρshmin 通常取值2.2 g/cm 3；ρshmax 通常取值2.65 g/cm 3。

动态弹性参数的计算：在实际生产中对于各种类型、各个层位的岩石,不可能都采用实验方法取得其静态弹性参数,通常是利用波的传播关系来计算其动态弹性参数。

在假定岩石为均质、各向同性的线弹性体的前提下，根据岩石的受力分析，结合牛顿运动定律及线性理论，即可导出纵横波速度与岩石弹性参数间的关系。

岩石的泊松比：22222222.522(p s s p p s s p o v v t t v v t t υ-∆-∆==-∆-∆ （3）岩石的体积弹性模量： 222222344()()33sp p s s pt t K v v t t ρρ∆-∆=-=∆∆ （4） 岩石的杨氏模量：222222349()3s p s s s pt t K v E K t t t ρρρ∆-∆==+∆∆-∆ （5） 式中：v p 、v s 为纵横波速度，m/μs ；Δt p 、Δt s 为纵横波时差，μs / m ；ρ为地层体积密度，g/cm 3；υ为泊松比；E 单位为106MPa 。

计算附件中Z31井测井段（砂岩段）的上述参数。

要求：采用Excell 编程计算。

岩石力学作业5：1、对于泥页岩地层，井壁失稳通常是指井径严重缩小（井眼缩径），进而出现井壁垮塌。

主要影响因素有？ 坍塌压力（应力）对于井壁稳定的重要性在于？ （泥页岩地层岩石强度低，抗剪切强度很低；水基泥浆为常用泥浆体系，粘土水化膨胀－外来液体促使岩石强度进一步降低、局部压应力增大；井壁岩石在三向压应力作用下可能出现剪切破坏。

影响因素：水化膨胀是主因－粘土含量与成份、泥浆的抑制性；力学方面－泥浆密度、井内波动压力的影响等）（坍塌应力是指水基泥浆钻井条件下，泥页岩地层保持井壁稳定所需要的最小泥浆液柱压力，通常用当量密度表示。

坍塌应力的确定需要考虑井壁应力条件下岩石的抗剪切强度，通常最大主应力为垂直地应力或最大水平地应力，井筒形成后对于非渗透的泥页岩地层，井壁岩石最小主应力为井筒液柱压力，从力学角度，为防止井壁岩石发生三向压缩状态下的剪切破坏，实际泥浆密度应大于坍塌应力的当量密度）。

岩石力学作业7（1）水力压裂中，砂岩地层破裂压力与地应力、岩石强度的关系？（考虑：最小水平地应力、岩石抗拉强度）（2）对于砂岩地层，如前期出砂少或不出砂，开发后期由于地层压力降低，可能在低强度地层出砂的原因？地层压力降低，相应的垂直地应力增大、水平地应力相应增大，垂直地应力产生的水平地应力分量与岩石的泊松比有关，构造应力对水平地应力贡献仍然为矢量叠加关系。

因此，地层压力降低会导致最大、最小主应力差增大，岩石可能出现三向压缩状态下的剪切破坏。

岩石力学作业6（1）水力压裂中，砂岩地层破裂压力与地应力、岩石强度的关系？（考虑：破裂压力、地应力、破坏形式、岩石强度）地层中形成人工水力裂缝（岩石产生拉伸破坏）是在液压力达到地层破裂压力条件下产生的。

破裂压力即为开始产生人工裂缝所需要的最小井壁液压力。

一般来说破裂压力等于最小水平地应力与岩石抗拉强度之和。

闭合压力是指压开人工水力裂缝后，井筒液压力下降到一定值已经张开的裂缝开始闭合，即为闭合压力，对于深井储层垂直人工裂缝，等于最小水平地应力。

（2）对于砂岩地层，如前期出砂少或不出砂，开发后期由于地层压力降低，可能在低强度地层出砂的原因？地层压力降低，相应的垂直地应力增大、水平地应力相应增大，垂直地应力产生的水平地应力分量与岩石的泊松比有关，由于地层压力下降导致的水平地应力增量小于垂直地应力增量，构造应力对水平地应力贡献仍然为矢量叠加关系。

因此，地层压力降低会导致最大、最小主应力差增大，岩石可能出现三向压缩状态下的剪切破坏。

3、地层天然裂缝与地应力的关系天然裂缝通常是指由于构造运动，在历史地应力作用作用下，地层岩石产生破坏形成的裂缝。

一般可以分为：显裂缝，微裂缝，成岩缝，层理缝。

形式上可以分为：垂直缝、高角度缝、低角度缝、水平缝。

现今地应力与历史地应力相关，储层天然裂缝多为垂直缝和高角度缝。

通常，天然裂缝面也通常垂直于最小水平地应力。

------------- -------------。