岩石力学.doc

岩石力学在石油工程中的重要应用: 井壁稳定性分析, 水力压裂, 出砂预测, 地层可钻性预测钻头优选, 定向射孔, 套管损坏机理, 地面沉降. 井壁失稳的危害: 引起井下复杂或事故, 严重影响钻探速度，造成经济损失, 影响测井、固井质量, 对储层产生损害，影响勘探成功率. 岩石力学是运用力学和物理学的原理研究岩石的力学和物理性质的一门科学，目的在于充分掌握和利用岩石的固有性质，解决和解释生产建设中的实际问题. 岩石力学的研究内容: 1. 岩石的变形特征2 岩体的变形与强度3. 岩石的强度理论4. 地应力的测量方法5. 岩体力学的工程应用. 岩石定义：岩石是构成地壳的基本材料，是经过地质作用而天然形成的（一种或多种）矿物集合体，具有一定的强度。分类：岩石通常按地质成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩等三种类型。研究对象的特点: 不连续性：岩石物理力学性质呈现不连续变化的性质。不均匀性：指天然岩体的物理、力学性质随空间位置不同而异的特性。各向异性：是指天然岩体的物理力学性质随空间方位不同而异的特性，具体表现在它的强度及变形特性等各方面。渗透性：有压水可以透过岩石的孔隙、裂隙而流动，岩石能透过水的能力称为岩石的渗透性。岩石的物质组成: 组成岩石的矿物: 硅酸盐类矿物, 粘土矿物, 碳酸盐类矿物, 氧化物类矿物, 组成岩石的矿物成分及其相对含量在一定程度上决定着岩石的力学性质. 强度上：硅质铁质钙质泥质. 粘土矿物: 蒙脱石, 伊利石,绿泥石，高岭石，伊蒙混层。蒙脱石含量高→软，易变形，易水化，伊利石含量高→硬脆，不易变形，不易水化。岩石的结构：岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式及微结构面发育情况与粒间连结方式等反映在岩块构成上的特征其中粒间连结分结晶连结与胶结连结。颗粒形状强度： 粒状、柱状片状鳞状颗粒，大小强度： 粗粒细粒，排列形式强度： 等粒不等粒。微结构面：指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒间的软弱面或缺陷，包括矿物解理、晶格缺陷、粒间空隙、微裂隙、微层理及片理面、片麻理面等。结晶连结：矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触-岩浆岩、变质岩、沉积岩中的碳酸岩。胶结连结：矿物颗粒通过胶结物连结在一起－碎屑岩。岩石的主要胶结类型：基底型：彼此不发生接触的矿物颗粒埋在玻璃体重，这种情况下胶结程度很高，岩石强度与胶结物有关。间隙型：矿物颗粒彼此直接接触，而颗粒的孔隙被胶结物充填。溶蚀型：胶结物不仅充填在矿物颗粒之间，而且进入 到矿物颗粒本身中，胶结强度很高。接触型：仅仅在颗粒的接触点存在胶结物，这种胶结程度低，岩石强度也不大。岩石的构造：岩石的构造是指岩石组成成分在空间上相互排列及所占的位置。岩浆岩的构造：块状构造、流纹状构造、气孔状构造、杏仁状构造，沉积岩的构造：层理构造，变质岩的构造：片理构造。结构面就是岩石内具有一定方向性、延展性较大、厚度较小的两维面状地质界面，包括物质的异面和不连续面（如层理、断裂面等）。岩石软弱面对岩体物理力学特性如岩体强度、变形性、渗透性，力学上的连续性及岩体应力分布等都有显著影响。因此，在很多情况下，软弱面是岩体力学问题的一个主要控制因素。从本质上说，软弱面使岩体变得更加软弱，更易于变形而且表现为高度的各向异性。 单向裂隙指一组结构面的法线方向上每单位长度(m)内，法线与结构面的交割数目，以Kd(1/m)表示。平面裂隙率KA是指岩石单位面积上诸裂隙所占有的面积总和。岩石和土一样，也是由固体、液体和气体三相组成的。物理性质是指岩石由于三相组成的相对比例关系不同所表现的物理状态。块体密度（或岩石密度）是指岩石单位体积内的质量，按岩石的含水状态，又有干密度（ρd ）、饱和密度（ρsat）和天然密度（ρ）之分，在未指明含水状态时一般指岩石的天然密度。孔隙度：岩石中孔隙体积与岩石总体积之比(多用百分数表示)。裂隙率：岩石中各种节理、裂隙的体积与岩石总体积之比称裂隙率。孔隙比：岩石中孔隙的体积与固体颗粒体积之比称岩石的孔隙比(多以小数表示)。密度是试验指标，只有通过试验才能得到具体数值,而孔隙度和孔隙比是计算指标。岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为水理性质。主要有：1.吸水性2.软化性3.抗冻性4.透水性。岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性。岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。可溶性：是指岩石被水溶解的性能。它与岩石的矿物成分、水中CO2含量及水的温度等因素有关。膨胀性：岩石吸水后体积增大引起岩石结构破坏的性能称膨胀性。崩解性：岩石被水浸泡，内部结构遭到完全破坏呈碎块状崩开散落的性能。具有强烈崩解的岩石和土，短时间内即发生崩解。岩石变形的概念岩石的变形是指岩石在任何物理因素作用下形状和大小的变化。工程最常研究的是由于力的影响所