巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)優(yōu)選ppt資料

巖石(yánshí)力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)第一頁，共56頁。一、簡介二、實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)三、在石油工程(gōngchéng)領(lǐng)域中的應(yīng)用

匯報(bào)提綱第二頁，共56頁。一.簡介巖石(yánshí)力學(xué)開展現(xiàn)狀“巖石力學(xué)是研究巖石力學(xué)性能的理論和應(yīng)用(yìngyòng)的科學(xué)〞。它在石油工程領(lǐng)域中的應(yīng)用(yìngyòng)起步較晚，國內(nèi)外上世紀(jì)90年代后才得到較快開展。第三頁，共56頁。巖石力學(xué)(lìxué)開展現(xiàn)狀目前國內(nèi)外石油工程領(lǐng)域巖石力學(xué)的研究主要集中在以下(yǐxià)幾方面：巖石物理力學(xué)性質(zhì)的井下地球物理解釋；地層巖石的力學(xué)性質(zhì)及在開采中的變化規(guī)律；地下(dìxià)的巖石物性和聲學(xué)響應(yīng)特征；水力壓裂力學(xué)研究；井眼穩(wěn)定、儲(chǔ)層出砂、優(yōu)化射孔、稠油冷熱采等井下工程研究；一.簡介第四頁，共56頁。巖石力學(xué)(lìxué)開展現(xiàn)狀油氣藏開采引起的地層錯(cuò)動(dòng)、蠕變和地面沉降研究；石油開采中的流固耦合問題及孔隙結(jié)構(gòu)的變形和坍塌；應(yīng)力場、溫度場和滲流場作用(zuòyòng)下的流固耦合分析；流固耦合油氣藏?cái)?shù)值模擬理論和方法研究；地應(yīng)力測試技術(shù)；地應(yīng)力場的演變及天然裂縫的形成與擴(kuò)展的規(guī)律。目前國內(nèi)外石油工程領(lǐng)域巖石力學(xué)(lìxué)的研究主要集中在以下幾方面：一.簡介第五頁，共56頁。實(shí)驗(yàn)設(shè)備(shèbèi)簡介軸向力:σ≤149噸圍壓:Pc≤138MPa孔隙壓力(yālì):Pp≤103MPa模擬溫度:T≤200℃技術(shù)指標(biāo)一.簡介第六頁，共56頁。設(shè)備(shèbèi)的工作原理計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制(zìdònɡkònɡzhì)環(huán)境條件(tiáojiàn)模擬巖石靜態(tài)、動(dòng)態(tài)參數(shù)測試力學(xué)參數(shù)聲學(xué)參數(shù)滲透性參數(shù)其它參數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡介一.簡介第七頁，共56頁。一、簡介二、實(shí)驗(yàn)(shíyàn)類型及測試參數(shù)三、在石油工程領(lǐng)域中的應(yīng)用

匯報(bào)提綱匯報(bào)提綱第八頁，共56頁。二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)室內(nèi)巖石力學(xué)(lìxué)研究方法靜態(tài)(jìngtài)法靜態(tài)法：是通過(tōngguò)對巖樣進(jìn)行靜態(tài)加載，測試獲得。動(dòng)態(tài)法：是通過測定聲波在巖樣中的傳播速度而獲得。

單軸壓縮實(shí)驗(yàn)

三軸壓縮實(shí)驗(yàn)巴西劈拉實(shí)驗(yàn)斷裂韌性實(shí)驗(yàn)蠕變實(shí)驗(yàn)???室內(nèi)聲波實(shí)驗(yàn)聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)法第九頁，共56頁。бб1.單軸壓縮(yāsuō)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)(shíyàn)方法：不加側(cè)向約束力，對圓柱狀巖樣連續(xù)施加軸向載荷，直至破壞。上端帽下端帽熱縮套應(yīng)變傳感器巖樣巖樣組件(zǔjiàn)示意圖二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)第十頁，共56頁。1.單軸壓縮(yāsuō)實(shí)驗(yàn)ACBDC0OB'maxa0Cs=壓密階段(jiēduàn)彈性(tánxìng)變形階段塑性變形階段破壞后階段屈服點(diǎn)剩余強(qiáng)度二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)第十一頁，共56頁。1.單軸壓縮(yāsuō)實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式：二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)測試(cèshì)參數(shù)：單軸抗壓強(qiáng)度、楊氏模量、泊松比第十二頁，共56頁。2.三軸壓縮(yāsuō)實(shí)驗(yàn)加孔壓的三軸壓縮(yāsuō)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)也可以(kěyǐ)模擬地層溫度條件實(shí)驗(yàn)方法：是在恒定圍壓〔和恒定孔隙壓力〕條件下，對圓柱狀巖樣連續(xù)施加軸向載荷，直至巖樣破壞。二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)不加孔壓的三軸壓縮實(shí)驗(yàn)巖樣бdбd第十三頁，共56頁。2.三軸壓縮(yāsuō)實(shí)驗(yàn)三軸壓縮(yāsuō)應(yīng)力應(yīng)變曲線二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)第十四頁，共56頁。2.三軸壓縮(yāsuō)實(shí)驗(yàn)加孔壓的三軸壓縮(yāsuō)實(shí)驗(yàn)加載方式二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)ACDBOFE第十五頁，共56頁。2.三軸壓縮(yāsuō)實(shí)驗(yàn)根據(jù)體積應(yīng)變(yìngbiàn)——圍壓關(guān)系曲線計(jì)算壓縮系數(shù)ⅢⅡⅠ加孔壓的三軸壓縮(yāsuō)實(shí)驗(yàn)二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)第十六頁，共56頁。2.三軸壓縮(yāsuō)實(shí)驗(yàn)利用一個(gè)單軸壓縮(yāsuō)實(shí)驗(yàn)和三至五個(gè)三軸壓縮(yāsuō)實(shí)驗(yàn)，可以繪制莫爾圓及破裂包絡(luò)線。二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角第十七頁，共56頁。2.三軸壓縮(yāsuō)實(shí)驗(yàn)庫侖(kùlún)破裂包絡(luò)線的表達(dá)式：二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)第十八頁，共56頁。3.巴西(bāxī)劈拉實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法：利用Brazil實(shí)驗(yàn)間接測定巖樣的抗拉強(qiáng)度。原理是在巖樣的直徑方向上，以恒定(héngdìng)的加載速率，連續(xù)施加相對的線形荷載，使之沿直徑方向破壞。二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)巖樣尺寸(chǐcun)：直徑50.4mm厚度與直徑之比為0.5:1~1:1第十九頁，共56頁。3.巴西(bāxī)劈拉實(shí)驗(yàn)半球軸承(zhóuchéng)，2—上加載鄂，3—螺孔，4—導(dǎo)桿，5—下加載鄂，6—巖樣樣品(yàngpǐn)組件示意圖二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)巖樣PP破壞后示意圖第二十頁，共56頁。3.巴西(bāxī)劈拉實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式：二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)測試參數(shù)(cānshù)：抗拉強(qiáng)度P第二十一頁，共56頁。4.聲波(shēnɡbō)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法：用一個(gè)矩形、瞬時(shí)、高壓電脈沖激發(fā)P波或S波壓電晶體，產(chǎn)生一沿著巖樣傳播的彈性(tánxìng)超聲波擾動(dòng)，然后由裝在巖樣另一端端帽上的對應(yīng)的壓電晶體接收。根據(jù)脈沖通過巖樣的時(shí)間計(jì)算P波、S波的速度。二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)第二十二頁，共56頁。4.聲波(shēnɡbō)實(shí)驗(yàn)巖樣發(fā)射端帽接收端帽P、S波轉(zhuǎn)換開關(guān)示波器收、發(fā)波器頻率(pínlǜ)為1MHz聲波(shēnɡbō)實(shí)驗(yàn)原理圖t1二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)第二十三頁，共56頁。4.聲波(shēnɡbō)實(shí)驗(yàn)測量(cèliáng)與計(jì)算測量超聲波在端帽中的延遲時(shí)間t0測量超聲波傳播的總時(shí)間t1計(jì)算樣品中的傳播時(shí)間t計(jì)算P波和S波的波速V計(jì)算動(dòng)態(tài)(dòngtài)彈性參數(shù)二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)第二十四頁，共56頁。5.斷裂韌性實(shí)驗(yàn)(shíyàn)實(shí)驗(yàn)方法：在模擬(mónǐ)圍壓和上覆壓力條件下，對厚壁圓柱狀巖樣的內(nèi)孔中連續(xù)施加流體壓力，直至巖樣沿預(yù)制縫破裂，測得巖樣破裂時(shí)的最大流體壓力。二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)第二十五頁，共56頁。5.斷裂韌性實(shí)驗(yàn)(shíyàn)φ75mm75mm17mmφ10mm斷裂韌性巖樣尺寸(chǐcun)端帽巖樣裝配(zhuāngpèi)示意圖高壓孔隙壓力管線聚乙烯管巖樣聚四氟乙烯套密封圈端帽二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)第二十六頁，共56頁。5.斷裂韌性實(shí)驗(yàn)(shíyàn)計(jì)算公式：二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)測試(cèshì)參數(shù)：斷裂韌性實(shí)驗(yàn)(shíyàn)后的巖樣照片砂巖泥巖第二十七頁，共56頁。6.蠕變(rúbiàn)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法：保持軸向應(yīng)力、圍壓和孔隙壓力恒定(héngdìng)〔完全伺服控制〕，測試巖樣應(yīng)變隨時(shí)間的變化。二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)兩種類型(lèixíng)：趨于穩(wěn)定的蠕變非趨于穩(wěn)定的蠕變第二十八頁，共56頁。6.蠕變(rúbiàn)實(shí)驗(yàn)典型(diǎnxíng)的蠕變曲線0.瞬時(shí)變形階段：常應(yīng)力剛剛(gānggāng)作用于巖石上就出現(xiàn)的瞬時(shí)彈性應(yīng)變?chǔ)舉；Ⅰ.初始蠕變階段：應(yīng)變的增長速率隨時(shí)間逐漸降低。這個(gè)過程微裂隙以逐漸減小的速率慢慢擴(kuò)展。Ⅱ.穩(wěn)態(tài)蠕變階段：應(yīng)變隨時(shí)間呈近于等速的增長。Ⅲ.加速蠕變階段：應(yīng)變速率加快，并迅速導(dǎo)致破壞。二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)第二十九頁，共56頁。6.蠕變(rúbiàn)實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式：二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)測試參數(shù)(cānshù)：蠕變第三十頁，共56頁。7.滲透率實(shí)驗(yàn)(shíyàn)實(shí)驗(yàn)方法：模擬地層條件，進(jìn)行(jìnxíng)滲透率的測試。也可模擬油藏開發(fā)不同時(shí)期，進(jìn)行(jìnxíng)滲透率同步檢測。二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)測試(cèshì)參數(shù)：滲透率第三十一頁，共56頁。7.滲透率實(shí)驗(yàn)(shíyàn)二.實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)峰值點(diǎn)屈服點(diǎn)第三十二頁，共56頁。一、簡介二、實(shí)驗(yàn)類型及測試參數(shù)三、在石油(shíyóu)工程領(lǐng)域中的應(yīng)用

匯報(bào)提綱第三十三頁，共56頁。三.在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)用范圍井壁穩(wěn)定性出砂預(yù)測套管損壞機(jī)理壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)地球物理解釋地應(yīng)力測量產(chǎn)能預(yù)測、壓實(shí)第三十四頁，共56頁。井壁穩(wěn)定(wěndìng)地震(dìzhèn)勘探出砂預(yù)測(yùcè)壓裂設(shè)計(jì)井壁穩(wěn)定從力學(xué)的角度來說，造成井壁不穩(wěn)定的原因主要是地層原有的應(yīng)力狀態(tài)被打破，在井壁上產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)井內(nèi)液柱壓力較低時(shí)，井壁周圍巖石所受的周應(yīng)力超過巖石本身的強(qiáng)度而產(chǎn)生壓縮破壞。三.在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用第三十五頁，共56頁。井壁穩(wěn)定的力學(xué)分析(fēnxī)流程原地應(yīng)力力學(xué)本構(gòu)關(guān)系“安全”鉆井液密度巖石強(qiáng)度井筒周向應(yīng)力強(qiáng)度判斷準(zhǔn)則地層坍塌應(yīng)力、破裂壓力孔隙壓力地震(dìzhèn)勘探出砂預(yù)測(yùcè)壓裂設(shè)計(jì)井壁穩(wěn)定井壁穩(wěn)定三.在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用第三十六頁，共56頁。巴西(bāxī)劈拉實(shí)驗(yàn)單軸壓縮(yāsuō)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)(shíyàn)后的巖樣照片第二十九頁，共56頁。實(shí)驗(yàn)也可以(kěyǐ)模擬地層溫度條件巖石物理力學(xué)性質(zhì)的井下地球物理解釋；θ為井眼周圍某點(diǎn)徑向與最大水平主應(yīng)力方向的夾角；巴西(bāxī)劈拉實(shí)驗(yàn)半球軸承(zhóuchéng)，2—上加載鄂，3—螺孔，4—導(dǎo)桿，5—下加載鄂，6—巖樣地震(dìzhèn)勘探第三十三頁，共56頁。Pp為地層孔隙壓力；實(shí)驗(yàn)(shíyàn)方法：不加側(cè)向約束力，對圓柱狀巖樣連續(xù)施加軸向載荷，直至破壞。“深層巖石超聲性質(zhì)測試與礦場應(yīng)用〞地震(dìzhèn)勘探井壁穩(wěn)定的力學(xué)分析(fēnxī)流程地震(dìzhèn)勘探出砂預(yù)測(yùcè)壓裂設(shè)計(jì)(shèjì)井壁穩(wěn)定井壁穩(wěn)定地層zr力學(xué)模型z——垂向應(yīng)力r——徑向應(yīng)力——周向應(yīng)力原地應(yīng)力分析三.在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用第三十七頁，共56頁。井壁巖石(yánshí)的狀態(tài)方程：地震(dìzhèn)勘探出砂預(yù)測(yùcè)壓裂設(shè)計(jì)井壁穩(wěn)定井壁穩(wěn)定建立狀態(tài)方程式中：σr為井眼周圍所受徑向應(yīng)力；σθ為井眼周圍所受周向應(yīng)力；τθr

為井眼周圍所受切應(yīng)力；Pi為井內(nèi)鉆井液柱壓力；θ為井眼周圍某點(diǎn)徑向與最大水平主應(yīng)力方向的夾角；σH為最大地應(yīng)力；σh

為最小地應(yīng)力；Pp為地層孔隙壓力；

α為有效應(yīng)力系數(shù)；三.在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用第三十八頁，共56頁。地震(dìzhèn)勘探出砂預(yù)測(yùcè)壓裂設(shè)計(jì)(shèjì)井壁穩(wěn)定井壁穩(wěn)定室內(nèi)測試分析抗壓強(qiáng)度、楊氏模量、泊松比、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角等參數(shù)三.在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用第三十九頁，共56頁。地震(dìzhèn)勘探出砂預(yù)測(yùcè)壓裂設(shè)計(jì)(shèjì)井壁穩(wěn)定井壁穩(wěn)定井壁上的最大周向應(yīng)力:

確定鉆井液密度當(dāng)最大周向壓應(yīng)力超過井壁巖石的抗壓強(qiáng)度，井壁將會(huì)出現(xiàn)壓縮破壞，引起井眼擴(kuò)大、崩落、孔眼坍塌等問題?？筛鶕?jù)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)和應(yīng)力分析確定平安生產(chǎn)的鉆井液密度。三.在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用第四十頁，共56頁。出砂預(yù)測(yùcè)地震(dìzhèn)勘探出砂預(yù)測(yùcè)壓裂設(shè)計(jì)井壁穩(wěn)定根據(jù)影響機(jī)理可以把出砂劃分為兩種類型：

1.主要由流體力影響的出砂：可通過調(diào)整流速來控制。2.主要由高就地應(yīng)力和低油井壓力影響的出砂：可以通過調(diào)整生產(chǎn)壓差、維持地層壓力來控制。

三.在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用第四十一頁，共56頁。出砂預(yù)測(yùcè)地震(dìzhèn)勘探壓裂設(shè)計(jì)(shèjì)井壁穩(wěn)定出砂的力學(xué)分析流程原地應(yīng)力力學(xué)本構(gòu)關(guān)系“安全”生產(chǎn)壓差巖石強(qiáng)度井筒周應(yīng)力強(qiáng)度判斷準(zhǔn)則井底流壓三.在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用第四十二頁，共56頁。地震(dìzhèn)勘探出砂預(yù)測(yùcè)壓裂設(shè)計(jì)(shèjì)井壁穩(wěn)定室內(nèi)測試分析

巴西劈拉實(shí)驗(yàn)單軸壓縮實(shí)驗(yàn)三軸壓縮實(shí)驗(yàn)楊氏模量、泊松比等抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角莫爾破裂包絡(luò)線獲得三.在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用第四十三頁，共56頁。地震(dìzhèn)勘探出砂預(yù)測(yùcè)壓裂設(shè)計(jì)(shèjì)井壁穩(wěn)定判別準(zhǔn)那么拉伸破壞準(zhǔn)那么

式中:3--為巖石所受的最小主應(yīng)力T0--巖石的抗拉強(qiáng)度三.在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用第四十四頁，共56頁。地震(dìzhèn)勘探出砂預(yù)測(yùcè)壓裂設(shè)計(jì)(shèjì)井壁穩(wěn)定隨著井底流壓的增大，井壁上的周向壓應(yīng)力逐漸減小，當(dāng)最小周向壓應(yīng)力小于井壁巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，井壁將會(huì)出現(xiàn)拉伸破壞。井壁上的最小周向應(yīng)力:

判別準(zhǔn)那么三.在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用第四十五頁，共56頁。地震(dìzhèn)勘探出砂預(yù)測(yùcè)壓裂設(shè)計(jì)(shèjì)井壁穩(wěn)定drd破壞區(qū)平安區(qū)r＜d，穩(wěn)定r＞d，出砂r＝d，即將出砂庫侖法判別準(zhǔn)那么：剪切破壞準(zhǔn)那么判別準(zhǔn)那么三.在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用第四十六頁，共56頁。地震(dìzhèn)勘探出砂預(yù)測(yùcè)壓裂設(shè)計(jì)(shèjì)井壁穩(wěn)定確定平安生產(chǎn)壓差設(shè)r=d,并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果代入狀態(tài)方程，就可計(jì)算得到最小井底流壓：Pwmin根據(jù)地層壓力P0和最小井底流壓，計(jì)算得到防止地層出砂的最大平安生產(chǎn)壓差：ΔPmax=Po-Pwmin三.在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用第四十七頁，共56頁。壓裂設(shè)計(jì)(shèjì)地震(dìzhèn)勘探出砂預(yù)測(yùcè)壓裂設(shè)計(jì)井壁穩(wěn)定三.在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用壓裂過程條件：井底壓力大于巖石的抗拉強(qiáng)度〔斷裂韌性〕注入高壓液體裂縫起裂擴(kuò)展注入攜砂液〔支撐劑〕人工裂縫壓裂液返排裂縫閉合第四十八頁，共56頁。地震(dìzhèn)勘探出砂預(yù)測(yùcè)壓裂設(shè)計(jì)(shèjì)井壁穩(wěn)定室內(nèi)測試分析巴西劈拉實(shí)驗(yàn)單軸壓縮實(shí)驗(yàn)三軸壓縮實(shí)驗(yàn)斷裂韌性實(shí)驗(yàn)楊氏模量、泊松比抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、斷裂韌性獲得地層壓力系數(shù)三.在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用第四十九頁，共56頁。地震(dìzhèn)勘探出砂預(yù)測(yùcè)壓裂設(shè)計(jì)(shèjì)井壁穩(wěn)定利用楊氏模量、泊松比預(yù)測裂縫尺寸

將得到代入公式：利用抗拉強(qiáng)度判斷裂縫起裂三.在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用第五十頁，共56頁。地震(dìzhèn)勘探出砂預(yù)測(yùcè)壓裂設(shè)計(jì)(shèjì)井壁穩(wěn)定利用斷裂韌性判斷裂縫的擴(kuò)展將分層地應(yīng)力剖面〔、、〕和分層巖石力學(xué)參數(shù)〔、〕輸入壓裂設(shè)計(jì)軟件〔目前采油院用的是GOHFER軟件〕，利用GOHFER建立地質(zhì)模型，通過數(shù)值模擬，進(jìn)行壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)。三.在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用第五十一頁，共56頁。壓裂設(shè)計(jì)(shèjì)地球物理出砂預(yù)測(yùcè)地球物理井壁穩(wěn)定(wěndìng)室內(nèi)聲波實(shí)驗(yàn)〔Vp,Vs〕現(xiàn)場聲波測試〔Vp,Vs〕巖性、物性、流體