岩石力学知识点

岩石力学与石油工程知识点—冯雄雄李泽千琪1|7岩石的结构：岩石中矿物颗粒相互之间的关系，包括颗粒大小，形状，排列结构连接特点及岩石中的微结构面。岩石：由一种或几种矿物按一定的方式结合而成的天然集合体。岩石的结构联结类型：结晶联结、胶结联结碎屑岩胶结类型：基质胶结、接触胶结、孔隙胶结。结晶联结：岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起。胶结联结：颗粒与颗粒之间通过胶结物在一起的联结。微结构面：是指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒及矿物集合体之间微小的弱面及空隙。解理面：矿物晶体或晶粒受力后沿一定结晶方向分裂成的光滑平面。微裂缝：发育于矿物颗粒内部及颗粒之间的多呈闭合状态的破裂迹线。层理：在垂直方向上岩石成分变化情况。片理：岩石沿平行的平面分裂为薄片的能力。颗粒密度：岩石固体相部分的质量与其体积之比。块状密度：岩石单位体积内的质量。吸水率：岩石试件在大气压条件下自由吸入水的质量与岩样干质量之比。岩石的膨胀性:岩石浸水后体积增大的性质。岩石的软化性:岩石浸水饱和后强度降低的性质。岩石的崩解性：岩石与水相互作用时失去粘结性并变成完全丧失强度的松散物质的性质。体胀系数：温度上升1°所引起的体积增量与其初始体积之比。线胀系数：温度上升1°所引起的长度增量与其初始长度之比。岩石的非均质性：岩石的物理力学性质随空间而变化的一种行为饱和吸水率：岩石在高压或真空条件下吸入水的质量与岩样干质量之比抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的能力水理性质：岩石在水溶液作用下表现的物理性质粒度组成：构成砂岩的各种粒组含量，通常以百分数表示岩石的热导率：度量岩石传热导能力的参数圆度：碎屑颗粒表面的光滑程度岩石的变形特征：岩石试件在各种载荷作用下的变形规律，其中包括岩石的弹性变形，塑性变形，粘度流动和破坏规律反映力学属性岩石强度：岩石试件在载荷作用下开始破坏时的最大应力以及应力与破坏之间的关系单轴压缩强度：在单轴压缩载荷作用下所承受的最大压应力岩石的抗压强度：岩石试件在单轴压力下达到破坏的极限值岩石的抗剪强度：岩石抵抗剪切滑动的能力三轴抗压强度：岩石在三向压缩载荷作用下，达到破坏时所承受的最大应力岩石的变形：岩石在任何物理作用因素作用下形状和大小的变化岩石本构关系：岩石应力或应力速度与其应变速率的关系岩石的流变性：是指岩石的应力或应变随时间的变化关系岩石的蠕变：在应力不变的情况下岩石变形随时间增长而增长的现象古地应力：泛指燕山运动以前的地应力，有时也特指某一地质时期以前的地应力原地应力：工程施工开始前存在于岩体中的应力现今地应力：目前存在或正在变化的地应力重力应力：指由于上覆岩层的重力引起的地应力分量，特别指由于上覆岩层的重力所产生的应力扰动应力：是指由于地表或地下加载或解载及开挖等，引起原地应力发生改变所产生的应力岩石力学与石油工程知识点—冯雄雄李泽千琪2|7构造应力：由于构造运动所产生的地应力的增量各向异性：天然岩体的物理力学性质随空间方位不同而异的特性。凯赛尔效应：岩石的声发射活动能够记忆岩石所受过的最大应力出砂：在油气开采过程中沙粒随流体从油层中运移出来的现象孔隙率：孔隙体积与总体积百分比；孔隙比：孔隙体积与固体的体积之比；塑性（塑性状态）：如果材料承受永久变形而没有失去其承载能力，则这种材料称为塑性的或处于塑性状态。脆性（脆性状态）：如果材料的承载能力随着变形的增加而减少，则材料就称为脆性的或处于脆性状态。岩石的强度准则：表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，称为破坏判据或称强度准则、强度判据。流变性质：指材料（岩石）的应力—应变关系与时间因素有关的性质，材料的变形过程中具有时间效应的现象称为流变现象。坍塌压力：泥浆密度过低，对于脆性岩石，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，此时的临界井眼压力定义为坍塌压力破解压力：如果泥浆密度过高，井壁上将产生拉伸应力，当拉伸应力大于岩石的抗拉强度时，将产生拉伸破坏，此时的临界井眼压力定义为破裂压力松弛：应变一定时，应力随着时间增加逐渐减小1.微结构面的存在对岩石的影响：①大大降低岩石（特别是脆性岩石）的强度。②微结构面在岩石中常具有方向性，因此它们的存在常导致岩石的各向异性。③能增大岩石的变形，在循环加荷时引起滞后现象；还能改变岩石的弹性波波速，改变岩石的电阻率和热传导率。2.影响岩石物理性质的因素:①岩石的组成,包括矿物成分,岩石的孔隙度,饱和状态,孔隙流体性质；②岩石内部结构，包括颗粒大小、形状、胶结情况、内部裂隙、不连续界面；③岩石所处热力学环境，包括温度、压力、地应力场等。3.岩石的物理性质指标有哪些：①岩石的密度、②岩石的孔隙度、③岩石的水理性质（岩石在水溶液作用下表现出来的性质，包括吸水性、软化性、抗冻性、渗透性4.温度对岩石热理性质的影响：当温度升高时，岩石不仅发生体积膨胀及线膨胀，而且其强度也要降低，变形特征也随之改变。5.岩石的工程分类：①岩石按坚硬程度分为：坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩。②按风化程度分为：未风化、微风化、中等风化、强风化、全风化、残积土。6.岩石的强度理论包括：最大正应力理论，最大正应变理论，最大剪应力理论，八面体剪应力理论，莫尔库伦理论（重点掌握），格里菲斯强度理论。7.地应力的分类：①按地质年代可分为：古地应力、现今地应力；②按成因分为：重力应力、构造应力、热应力、扰动应力；③按应力方向分为：垂向主应力、水平主应力。8.测井方法：电法测井、声波测井、核测井。9.裂缝扩展模型：PKN模型、KGD模型。岩石力学与石油工程知识点—冯雄雄李泽千琪3|710.油层出砂原因：①产层胶结状况对出砂的影响；②地应力对出砂的影响；③流速和生产压差对出砂的影响；④油层开采后期地层压力下降对出砂的影响；⑤介质变化对出砂的影响（水、油流粘度、流体PH值对出砂的影响）；⑥塑性区渗透率对出砂的影响；⑦气侵对出砂的影响；⑧交替开、关井对出砂的影响；⑨射孔完善程度及射孔参数对出砂的影响；⑩不适当的措施或管理对出砂的影响。11.出砂方法的预测：①现场观测法；②室内试验法；③经验类比分析法；④出砂指数法；⑤经验法。12.出砂的危害：减产或停产作业、地面和井下设备磨蚀、套管损坏，油井报废、安全及环境问题。13.岩石的力学研究方法①工程地质研究方法②科学试验方法③数学力学分析方法④整体综合分析方法14.构成岩石的主要矿物石英，正长石，斜长石，黑云母，方解石，白云母，高岭石15.岩石的破坏形式脆性破坏，塑性破坏，弱剪切面破坏16.围压对岩石变形的影响①随着围压增大，岩石的抗压强度显著增加②随着围压增大，岩石的变形显著增大③随着围压增大，岩石的弹性极限显著增大④随着围压增大，岩石的应力～应变曲线形态发生明显改变岩石的性质发生了变化：由弹脆性→弹塑性→应变硬化17.影响岩石的抗压强度的因素岩石本身、实验方法、温度湿度18.影响地应力因素：地表形状、包体、残余应力、地质构造、裂隙组及不连续面一方面岩石本身，如颗粒大小，矿物组成，颗粒联结及胶结情况，块体密度，层里和裂隙的特征和方向，风化程度，含水情况等；另一方面是试验方法，如试件大小，尺寸，相对比例，形状，试件加工情况和加荷速率等19.岩石蠕变形态的影响因素①应力的影响②围压和温度③颗粒直径与岩石组成④湿度20.莫尔库伦强度理论在判断材料内某点处于复杂应力状态下是否破坏时，只要在τ～δ平面上做该点的莫尔应力图，如果所做应力圆在莫尔包络线以内则该点没有破坏，相切则开始破坏，相割则已经破坏。f=c+σtan式中：c-岩石凝聚力φ-岩石内摩擦角21.岩石的弹性力学参数:伯松比、杨氏模量、切变模量、体积模量、岩石硬度、剪切强度、抗钻强度22.影响岩石力学性质的因素：岩石的矿物组成，岩石的结构特征，岩石构造，温度的作用，水的作用，风化作用，动载（冲击加速载荷）的影响。23.影响井壁稳定的因素：①地质力学因素②岩石的综合性质因素③钻井液因素④其他工程因素岩石力学与石油工程知识点—冯雄雄李泽千琪4|724．井壁稳定力学分析流程25.地应力对裂缝方位如何影响？裂缝的形态取决于地应力的大小和方向，当最小主应力为垂向应力时，将产生水平裂缝，否则产生垂直裂缝，而垂直裂缝的方位，总是平行于最大水平住应力方向，垂直于最小主应力方向26.常见的防砂完井方法：①割缝衬管完井②绕丝筛管完井③裸眼预充填类筛管完井④裸眼井下砾石充填完井⑤射孔套管内预充填类筛管完井⑥射孔套管内井下砾石充填完井27.针对弱胶结砂岩地层的特点，可以从如下方面针对整治①针对产层出砂粒径差较大，采取定量制的机械防砂措施②结合油藏特点，地质与工艺结合，优选合理化学防砂措施③推广应用螺杆泵排砂技术④对出砂严重井，采取酸化-氨基树脂防砂技术⑤针对不同层系同时出砂、不同井况问题，优选最佳防砂方法28.套管损坏主要表现为：变形、破裂和错断，其中套管变形和破裂的井多集中在泥岩、盐岩等蠕变地层的层段，套管错断井多分布在断裂带处29.套管损坏的原因：（一）地层方面的原因：泥岩膨胀和蠕变，盐岩蠕变，地壳运动，井底出砂和油层压实；（二）工程技术方面的原因，如固井质量不好、水泥返高不够、套管质量不合格、螺纹不密封、套管磨损；（三）不合理高压注水开发；（四）套管设计时没有考虑开发后期对套管的特殊要求；（五）其他因素，如射孔、永冻层解冻和再冻结、腐蚀等。30.套管损坏的预防措施：㈠防止人为因素造成套管损坏①提高套管螺纹的密封性②在油管和套管环空加压③增加固井水泥上返高度④双套管柱可提高抗挤压强度㈡防止地质因素造成损坏①预测岩层应力②在泥岩蠕变带采取综合防止套管损坏31.应力-应变曲线岩石力学与石油工程知识点—冯雄雄李泽千琪5|7OA段：属于压密阶段，这是由于细微裂隙的闭合造成的AB段：属于弹性工作阶段BC段：材料的塑性性状阶段，主要是由于平行于荷载轴的方向内开始剧烈的形成细微裂隙CD段：材料的破坏阶段32.软弱岩石的蠕变曲线在阶段1内，应变向下弯曲，在这个阶段内的蠕变叫做初期蠕变或暂时蠕变；这一阶段结束后就进人阶段II(B点开始)，在该阶段内，曲线具有近似不变的斜率，这一阶段的蠕变称为二次蠕变或稳定蠕变；最后，阶段III称为加速蠕变或第三期蠕变，这种蠕变导致迅速破坏。33.石膏蠕变曲线在图上示有一组石膏的蠕变曲线。它们是用单轴试验获得的，每一根曲线代表一种应力。可以看出，蠕变与所加应力的大小有很大关系、在低应力时，蠕变可以渐渐趋于稳定，材料不致破坏；在高应力时，蠕变加速，引起破坏；应力愈大，蠕变速率愈大，反之愈小。34.常见的几种蠕变模型马科斯威尔模型、伏埃特模型、广义的马科斯威尔模型、广义的伏埃特模型、鲍格斯模型。岩石力学与石油工程知识点—冯雄雄李泽千琪6|735.盐岩典型蠕变应变曲线(1)瞬态蠕变期，位于蠕变面戛的初始阶段，在到达下一阶段前，该阶段盐岩蠕变应变率逐渐降低。(2)稳态蠕变期，位于蠕变曲线的第二部分，该阶段蠕变应变率保持恒定。(3)加速蠕变期，该阶段蠕变应变率逐渐增加，直到试样破坏。36.计算题⑴八面体剪应力理论（61）σoct=((σ1-σ2)2+(σ2-σ3)2+(σ3-σ1)2)⑵莫尔库伦强度理论（62）岩石力学与石油工程知识点—冯雄雄李泽千琪7|7f=c+σtan式中：c-岩石凝聚力φ-岩石内摩擦角⑶水力压裂测量地应力的原理与方法（79、80）⑷地层坍塌压力与破裂压力的计算（107、108）⑸地应力与压裂施工功率(142)