岩石力学参数物理意义1[重要知识]

1、1 利用阵列声波测井等资料能够提供利用阵列声波测井等资料能够提供杨氏模量、弹性模量、泊松比等杨氏模量、弹性模量、泊松比等较为准确的较为准确的 岩石力学参数。岩石力学参数。预测岩石强度，岩石破裂压力，进行井眼稳定性分析，为钻井工程预测岩石强度，岩石破裂压力，进行井眼稳定性分析，为钻井工程 、压裂施工、油气层开采等方面提供有用参数。、压裂施工、油气层开采等方面提供有用参数。 岩石力学参数岩石力学参数 弹性模量弹性模量压裂相关参数压裂相关参数 泊松比泊松比 剪切模量剪切模量 杨氏模量杨氏模量 体积模量体积模量 径向应力径向应力 周向应力周向应力 抗剪强度抗剪强度 抗张强度抗张强度 抗压强度抗压强度

2、裂缝指示裂缝指示 斯仑贝谢比斯仑贝谢比 出砂指数出砂指数 岩层固有抗岩层固有抗 切强度切强度 坍塌压力坍塌压力 破裂压力破裂压力 多种方法计算岩石力学参数 岩石力学参数计算技术岩石力学参数计算技术 2 阵列声波处理阵列声波处理-岩石力学参数成果图岩石力学参数成果图 3 )1)(2 2)( 2 2 c s c s t t t t 4 L F r r L l l r r / 横向相对压缩与纵向横向相对压缩与纵向 相对伸长之比相对伸长之比 泊松比泊松比 5 2 s t 6 Shear Deformation l l F F AF =G / 所加剪切应力与切变角之所加剪切应力与切变角之 比比 ，它度量

3、岩石的抗剪，它度量岩石的抗剪 强度强度 切变模量切变模量 7 ) 43 ( 22 22 2 cs cs s tt tt t E 8 l l / A F = E 张应力与张应变之比，它张应力与张应变之比，它 度量岩石的抗张能力度量岩石的抗张能力 杨氏模量杨氏模量 9 22 22 3 43 cs cs tt tt K 10 Volumetric Deformation F F F V V / A F =K 岩石受均匀静压力时，所岩石受均匀静压力时，所 加应力与体积应变比值，加应力与体积应变比值， 它度量岩石的抗压能力它度量岩石的抗压能力 体积模量体积模量 11 )2( 2 22 22 ps ps

4、tt tt 泊松比泊松比 10 22 22 1034. 1) 3 43 (* ps ps tt tt 体积模量体积模量 )10*34. 1 ) )43 ( 10 22 22 2 ps ps s tt tt t 杨氏模量杨氏模量 10 2 s 101.34 t G 切变模量切变模量 R=（1/tp2-2/ts2） 拉梅系数拉梅系数 假定岩石为均匀、各向同性的弹性体 动态弹性模量的计算方法动态弹性模量的计算方法 12 TPP remp 13 mPOe PP POIS POIS P POIS POIS T 1 31 1 2 14 15 u EMODVSHVSH0004510008 1.().() s

5、u CB 0 025./ 16 BK2 4 3 17 当当R R大时，说明岩石强度大，稳定性好，不易变形和出大时，说明岩石强度大，稳定性好，不易变形和出 砂。比出砂指数能更好地估计岩石的强度和稳定性。砂。比出砂指数能更好地估计岩石的强度和稳定性。 RK 18 1 FI 19 P1 2 1 P 13 1 P OP 20 maxPO P 1 31 P 1 2 2 P 21 利用阵列声波测井等资料能够提供利用阵列声波测井等资料能够提供杨氏模量、弹性模量、泊松比等杨氏模量、弹性模量、泊松比等较为准确的较为准确的 岩石力学参数。岩石力学参数。预测岩石强度，岩石破裂压力，进行井眼稳定性分析，为钻井工程预测

6、岩石强度，岩石破裂压力，进行井眼稳定性分析，为钻井工程 、压裂施工、油气层开采等方面提供有用参数。、压裂施工、油气层开采等方面提供有用参数。 岩石力学参数岩石力学参数 弹性模量弹性模量压裂相关参数压裂相关参数 泊松比泊松比 剪切模量剪切模量 杨氏模量杨氏模量 体积模量体积模量 径向应力径向应力 周向应力周向应力 抗剪强度抗剪强度 抗张强度抗张强度 抗压强度抗压强度 裂缝指示裂缝指示 斯仑贝谢比斯仑贝谢比 出砂指数出砂指数 岩层固有抗岩层固有抗 切强度切强度 坍塌压力坍塌压力 破裂压力破裂压力 多种方法计算岩石力学参数 岩心破裂压力与测井解释数据的比较岩心破裂压力与测井解释数据的比较 分析数据分

7、析数据 测井数据测井数据 破裂压力，破裂压力，MPa 样品数样品数 岩石力学参数计算技术岩石力学参数计算技术 煤层及顶底板岩石力学分析技术煤层及顶底板岩石力学分析技术 22 uZ30井3#、15#煤层多极振列声波处理成果图 煤层及顶底板岩石力学分析技术煤层及顶底板岩石力学分析技术 23 煤层的弹性模量（泊松比、杨氏模量、剪切模量、体积模量）值都较低，抗煤层的弹性模量（泊松比、杨氏模量、剪切模量、体积模量）值都较低，抗 剪强度、破裂压力也较低，说明煤层的机械强度弱，地层脆而软，既易压性剪强度、破裂压力也较低，说明煤层的机械强度弱，地层脆而软，既易压性 破裂，又易张性破损，井眼极易坍落，易引起钻井

8、作业中的煤层破碎、掉块、破裂，又易张性破损，井眼极易坍落，易引起钻井作业中的煤层破碎、掉块、 井壁垮塌。井壁垮塌。 弹性模量弹性模量与压裂相关参数与压裂相关参数 阵列声波解释阵列声波解释- -岩石力学参数计算岩石力学参数计算 煤层及顶底板岩石力学分析技术煤层及顶底板岩石力学分析技术 24 井号井号煤号煤号泊松比泊松比 破裂压力破裂压力 MPaMPa 杨氏模量杨氏模量 10104 4MPaMPa 剪切模量剪切模量 10104 4MPaMPa 体积模量体积模量 10104 4MPaMPa 澄试澄试3 3井井 3 3# #煤顶板煤顶板0.326.933.521.362.95 3 3# #煤底板煤底板

9、0.3330.573.351.263.34 5 5# #煤顶板煤顶板0.2623.475.021.993.5 5 5# #煤底板煤底板0.3293.211.233 1111# #煤顶板煤顶板0.30-0.3127.61-28.923.67-5.921.41-2.273.14-5.66 1111# #煤底板煤底板0.31-0.3228.39-31.733.80-3.981.40-1.533.46-4.68 澄试澄试4 4井井 3 3# #煤顶板煤顶板0.3329.4-33.23.18-3.071.132.79 3 3# #煤底板煤底板0.3228.0-33.03.521.423.35 5 5#

10、#煤顶板煤顶板0.3431.2-34.12.921.13.32 5 5# #煤底板煤底板0.30-0.4037.0-41.92.340.842.79 1111# #煤顶板煤顶板0.3230.334.971.924.27 1111# #煤底板煤底板0.3737.9-39.43.141.14.16 韩韩4-174-17向向2 2井井 3 3# #煤顶板煤顶板0.317.233.451.332.82 3 3# #煤底板煤底板0.324.22.851.043.63 5 5# #煤顶板煤顶板0.2616.234.991.983.47 5 5# #煤底板煤底板0.3524.313.111.22.52 11

11、11# #煤顶板煤顶板0.325.383.131.173.09 1111# #煤底板煤底板0.3326.825.512.223.59 阵列声波解释阵列声波解释- -岩石力学参数计算岩石力学参数计算 煤层及顶底板岩石力学分析技术煤层及顶底板岩石力学分析技术 25 煤煤 泥岩泥岩 砂岩砂岩 灰岩灰岩 泊松比泊松比- -杨氏模量交会图杨氏模量交会图 剪切模量与体积模量交会图剪切模量与体积模量交会图 煤 泥岩泥岩 砂岩砂岩 灰岩灰岩 破裂压力梯度与坍塌压力梯度交会图破裂压力梯度与坍塌压力梯度交会图 煤煤 泥岩泥岩 砂岩砂岩 灰岩灰岩 破裂压力梯度破裂压力梯度- -抗剪强度交会图抗剪强度交会图 煤煤 泥

12、岩泥岩 砂岩砂岩 灰岩灰岩 煤层及顶底板岩石力学分析技术煤层及顶底板岩石力学分析技术 26 泊松比、杨氏模量、体积模量、剪切模量、抗剪强泊松比、杨氏模量、体积模量、剪切模量、抗剪强 度低，破裂压力梯度小，坍塌压力梯度大，即易张度低，破裂压力梯度小，坍塌压力梯度大，即易张 性破裂又易压性破裂，井眼易坍塌。性破裂又易压性破裂，井眼易坍塌。 泊松比值大，杨氏模量、体积模量、剪切模量、泊松比值大，杨氏模量、体积模量、剪切模量、 抗剪强度较低，破裂压力梯度较大，坍塌压力梯抗剪强度较低，破裂压力梯度较大，坍塌压力梯 度较低，岩石可塑性强。度较低，岩石可塑性强。 泊松比较低，杨氏模量、体积模量、剪切模量、抗

13、泊松比较低，杨氏模量、体积模量、剪切模量、抗 剪强度较大，破裂压力梯度较大，坍塌压力梯度较剪强度较大，破裂压力梯度较大，坍塌压力梯度较 小，岩石弹性强。小，岩石弹性强。 泊松比较低，杨氏模量、体积模量、剪切模量、抗泊松比较低，杨氏模量、体积模量、剪切模量、抗 剪强度大，破裂压力梯度大，坍塌压力梯度小，岩剪强度大，破裂压力梯度大，坍塌压力梯度小，岩 石弹性最强，不易形变。石弹性最强，不易形变。 煤层特征煤层特征 泥岩特征泥岩特征 砂岩特征砂岩特征 灰岩特征灰岩特征 煤层及顶底板岩石力学分析技术煤层及顶底板岩石力学分析技术 27 杨氏模量与体积密度交会图杨氏模量与体积密度交会图 煤质变差煤质变差 晋城地区 煤质变差煤质变差 体积模量与体积密度交会图体积模量与体积密度交会图剪切模量剪切模量- -体积密度交会图体积密度交会图 煤质变差煤质变差 煤质越好，基本模量越低煤质越好，基本模量越低 煤层及顶底板岩石力学分析技术煤层及