第5章-地应力与岩石强度

1、地应力和岩石强度地应力和岩石强度地应力地应力是指存在于地壳岩体中的内应力。它是由是指存在于地壳岩体中的内应力。它是由地壳内部垂直运动和水平运动的力及其它因素的地壳内部垂直运动和水平运动的力及其它因素的力引起的介质内部单位面积上的作用力。力引起的介质内部单位面积上的作用力。垂向应力垂向应力最大水平主应力最大水平主应力 最小水平主应力最小水平主应力 由于岩石的变形和破坏取决于其所受到的有由于岩石的变形和破坏取决于其所受到的有效应力的大小，因此，常常也把地层孔隙压力作效应力的大小，因此，常常也把地层孔隙压力作为地应力的一个重要组成部分。为地应力的一个重要组成部分。v 1H 2H 地应力和岩石强度地应

2、力和岩石强度 对于实际地层来说，垂向应力与两个对于实际地层来说，垂向应力与两个水平主应力随深度的关系如下：水平主应力随深度的关系如下：v 1H 2H 埋深埋深 v 1H 2H 几百米几百米 埋深埋深2000v 1H 2H 埋深埋深20002000米时：米时：地应力的获取方法地应力的获取方法一、成像测井资料研究地应力大小及方向一、成像测井资料研究地应力大小及方向 岩石力学的研究表岩石力学的研究表明，钻井过程中，井壁明，钻井过程中，井壁出现的应力崩落和应力出现的应力崩落和应力垮塌都是由于井壁附近垮塌都是由于井壁附近应力集中产生剪切破坏应力集中产生剪切破坏的结果，的结果，应力崩落和应应力崩落和应力垮

3、塌的方向与区域最力垮塌的方向与区域最小水平主应力方向一致。小水平主应力方向一致。1 1、基于井壁应力崩落和应力垮塌、基于井壁应力崩落和应力垮塌 确定地应力大小及方向确定地应力大小及方向 井壁应力崩落、应井壁应力崩落、应力垮塌的方位、形状、力垮塌的方位、形状、宽度都可以从地层倾角宽度都可以从地层倾角测井及各种成像测井图测井及各种成像测井图上观察到。上观察到。如右图的声如右图的声波成像测井图所示，井波成像测井图所示，井壁应力崩落区域和应力壁应力崩落区域和应力垮塌区域都具有明显的垮塌区域都具有明显的对称性。对称性。 一、成像测井资料研究地应力大小及方向一、成像测井资料研究地应力大小及方向 一、成像测

4、井资料研究地应力大小及方向一、成像测井资料研究地应力大小及方向 2 2、利用钻井诱导缝确定地应力方向、利用钻井诱导缝确定地应力方向 钻井过程中在井壁地层钻井过程中在井壁地层中诱发的裂缝主要有中诱发的裂缝主要有钻具震钻具震动裂缝、热差诱导缝、重泥动裂缝、热差诱导缝、重泥浆压裂缝和应力释放缝浆压裂缝和应力释放缝4 4种不种不同类型，这些不同同类型，这些不同类型类型的裂的裂缝具有以下特点：缝具有以下特点：（1)1)钻具震动裂缝宽度十分钻具震动裂缝宽度十分微小，且径向延伸很短，在微小，且径向延伸很短，在FMIFMI等探测深度浅的电阻率图等探测深度浅的电阻率图像上有高电导异常，但在方像上有高电导异常，但

5、在方位电阻率成像位电阻率成像(ARI )(ARI )等探测等探测深度大的电阻率图像上却没深度大的电阻率图像上却没有显示。有显示。(2)(2)热差诱导缝是因为钻热差诱导缝是因为钻井液温度低于地层温度，井液温度低于地层温度，使地层因收缩而产生的使地层因收缩而产生的细微裂隙和裂纹。细微裂隙和裂纹。一、成像测井资料研究地应力大小及方向一、成像测井资料研究地应力大小及方向 2 2、利用钻井诱导缝确定地应力方向、利用钻井诱导缝确定地应力方向 一、成像测井资料研究地应力大小及方向一、成像测井资料研究地应力大小及方向 2 2、利用钻井诱导缝确定地应力方向、利用钻井诱导缝确定地应力方向 (3)(3)应力释放缝是

6、在现今地应应力释放缝是在现今地应力相对集中的致密岩层段，当力相对集中的致密岩层段，当地层被钻开，随着应力释放而地层被钻开，随着应力释放而产生的，其特征是一组接近平产生的，其特征是一组接近平行的裂缝。其裂缝的倾角与地行的裂缝。其裂缝的倾角与地下三轴应力的相对大小有关：下三轴应力的相对大小有关：当垂直应力为中间主应力和当垂直应力为中间主应力和最大主应力时，裂缝为垂直缝最大主应力时，裂缝为垂直缝和高角度缝；和高角度缝；当垂直应力为最小主应力时，当垂直应力为最小主应力时，裂缝为低角度缝；裂缝为低角度缝；(4)(4)重泥浆压裂缝是由于钻井液密度过大造成的。当垂向应力重泥浆压裂缝是由于钻井液密度过大造成的

7、。当垂向应力为原地最大主应力或原地中间主应力时，重泥浆压裂缝一般为原地最大主应力或原地中间主应力时，重泥浆压裂缝一般以高角度张性缝为主，且张开度和延伸都可能很大以高角度张性缝为主，且张开度和延伸都可能很大。一、成像测井资料研究地应力大小及方向一、成像测井资料研究地应力大小及方向 2 2、利用钻井诱导缝确定地应力方向、利用钻井诱导缝确定地应力方向 在在FMIFMI图像上，它们总是图像上，它们总是以以180180或接近或接近180180对称对称分布在图像上，往往以一分布在图像上，往往以一条高角度缝为主，两侧伴条高角度缝为主，两侧伴生有羽状微缝；生有羽状微缝；在双侧向曲线上出现在双侧向曲线上出现“双

8、轨双轨”，具正差异特征，具正差异特征，且电阻率较高。且电阻率较高。一、成像测井资料研究地应力大小及方向一、成像测井资料研究地应力大小及方向 2 2、利用钻井诱导缝确定地应力方向、利用钻井诱导缝确定地应力方向 重泥浆压裂缝和应力释放缝与地应力分布重泥浆压裂缝和应力释放缝与地应力分布密切相关，对直井来说，密切相关，对直井来说，裂缝出现方位对应于裂缝出现方位对应于原地最大水平主应力方向原地最大水平主应力方向，因此，通过对这两，因此，通过对这两种类型裂缝的研究可以确定地应力的方向。种类型裂缝的研究可以确定地应力的方向。 一、成像测井资料研究地应力大小及方向一、成像测井资料研究地应力大小及方向 2 2、

9、利用钻井诱导缝确定地应力方向、利用钻井诱导缝确定地应力方向 与天然裂缝相比，与应力相关的钻井诱导缝在成像图上具与天然裂缝相比，与应力相关的钻井诱导缝在成像图上具有如下显著特点：有如下显著特点：（1）呈）呈180。对称出现，天然裂缝根据产状不同，在成像图上对称出现，天然裂缝根据产状不同，在成像图上的表现特征不同，但出现方位不对称是天然裂缝最显著的特点。的表现特征不同，但出现方位不对称是天然裂缝最显著的特点。垂直的天然裂缝通常单个出现，而斜切井眼的天然裂缝在图像垂直的天然裂缝通常单个出现，而斜切井眼的天然裂缝在图像上一般为完整的正弦线，随裂缝倾角降低，正弦线逐渐变得平上一般为完整的正弦线，随裂缝倾

10、角降低，正弦线逐渐变得平缓缓;（2）开度较稳定，缝面较平直；天然裂缝的开度不稳定，缝宽）开度较稳定，缝面较平直；天然裂缝的开度不稳定，缝宽变化较大；变化较大；（3）重泥浆压裂缝能够直接切穿不同岩石，在砾石层中可以直）重泥浆压裂缝能够直接切穿不同岩石，在砾石层中可以直接切穿砾石；天然开启缝一般则绕砾石而过。接切穿砾石；天然开启缝一般则绕砾石而过。（4）诱导缝的延伸都不大，深侧向电阻率值下降不很明显。）诱导缝的延伸都不大，深侧向电阻率值下降不很明显。二、利用双井径测井资料确定地应力方向二、利用双井径测井资料确定地应力方向 1 1、井壁垮塌的双井径曲线特征、井壁垮塌的双井径曲线特征 （1）溶蚀型椭圆

11、井眼：常）溶蚀型椭圆井眼：常常发生在膏盐地层，它是常发生在膏盐地层，它是因盐岩、石膏等岩层被钻因盐岩、石膏等岩层被钻井液溶蚀而形成，双井径井液溶蚀而形成，双井径曲线均大于钻头直径；曲线均大于钻头直径；二、利用双井径测井资料确定地应力方向二、利用双井径测井资料确定地应力方向 1 1、井壁垮塌的双井径曲线特征、井壁垮塌的双井径曲线特征 （2）冲蚀型椭圆井眼：常发生）冲蚀型椭圆井眼：常发生于泥页岩等软岩层，这类地层于泥页岩等软岩层，这类地层受到钻井液浸泡，体积将发生受到钻井液浸泡，体积将发生膨胀，导致坍塌。由于岩石本膨胀，导致坍塌。由于岩石本身结构的各向异性，这种垮塌身结构的各向异性，这种垮塌通常形

12、成椭圆形井眼，在双井通常形成椭圆形井眼，在双井径曲线上表现为井径不等，且径曲线上表现为井径不等，且都大于钻头直径，都大于钻头直径，（3）键槽变形井眼：由钻具偏）键槽变形井眼：由钻具偏心磨损井壁形成，多发生于井心磨损井壁形成，多发生于井斜较大且岩石强度较低的地层斜较大且岩石强度较低的地层段。其特征为非对称的椭圆井段。其特征为非对称的椭圆井眼，在双井径曲线上常表现为眼，在双井径曲线上常表现为一条井径大于钻头直径，一条一条井径大于钻头直径，一条井径小于钻头直径；井径小于钻头直径；二、利用双井径测井资料确定地应力方向二、利用双井径测井资料确定地应力方向 1 1、井壁垮塌的双井径曲线特征、井壁垮塌的双井

13、径曲线特征 二、利用双井径测井资料确定地应力方向二、利用双井径测井资料确定地应力方向 1 1、井壁垮塌的双井径曲线特征、井壁垮塌的双井径曲线特征 （4）应力型椭园井眼：）应力型椭园井眼：由于水平主应力的不平衡由于水平主应力的不平衡性造成井壁在最小主应力性造成井壁在最小主应力方向上剪切掉块或井壁崩方向上剪切掉块或井壁崩落，形成对称的椭圆井眼，落，形成对称的椭圆井眼，其长轴方向指示最小主应其长轴方向指示最小主应力方向，双井径曲线一条力方向，双井径曲线一条大于钻头直径，一条近似大于钻头直径，一条近似等于钻头直径。等于钻头直径。二、利用双井径测井资料确定地应力方向二、利用双井径测井资料确定地应力方向

14、2 2、利用双井径确定椭园井眼长轴方位及地应力方位、利用双井径确定椭园井眼长轴方位及地应力方位 由于四臂地层倾角测井仪不仅提供两条相互垂直的由于四臂地层倾角测井仪不仅提供两条相互垂直的井径曲线井径曲线( (d d1313与与d d2424），而且还同时记录），而且还同时记录I I号极板方位角、号极板方位角、井斜角和井斜方位角，因此，当仪器在井内转动测量，井斜角和井斜方位角，因此，当仪器在井内转动测量，通过椭圆井眼时，若其中一对井径臂转向长轴方位后就通过椭圆井眼时，若其中一对井径臂转向长轴方位后就不再转动，则另一对与之正交的井径臂将必然转向短轴不再转动，则另一对与之正交的井径臂将必然转向短轴方位

15、，这样，测出的大井径就映了椭圆井眼长轴。若方位，这样，测出的大井径就映了椭圆井眼长轴。若1 1号号极板对应长轴半径，则长轴方位角极板对应长轴半径，则长轴方位角()()就等于就等于I I号极板方号极板方位角（位角（）即）即 若II号极板对应长轴半径，则长轴方位角为： 9090二、利用双井径测井资料确定地应力方向二、利用双井径测井资料确定地应力方向 2 2、利用双井径确定椭园井眼长轴方位及地应力方位、利用双井径确定椭园井眼长轴方位及地应力方位 三、最小水平地应力大小计算三、最小水平地应力大小计算利用测井资料连续计算最小水平地应力利用测井资料连续计算最小水平地应力 的方法很多，其的方法很多，其中具有

16、代表性的模型为中具有代表性的模型为Matthews& &Kelly模型、模型、Eaton模型、模型、Anderson模型和模型和Newberry模型。模型。Matthews& &Kelly模型：模型：EatonEaton模型：模型：AndersonAnderson模型：模型：NewberryNewberry模型：模型：2H ppviHPPK )(2 ppvHPPvv )(12 ppppvHPPvv )(12pppvHPPvv )(12 BiotBiot多孔介质弹性理论多孔介质弹性理论低渗透且有微裂缝地层低渗透且有微裂缝地层上式中，上式中，v v垂向应力，垂向应力，K K骨架应力系数，骨架应力系

17、数，P Pp p地层孔隙压地层孔隙压力，力， 泊松比，泊松比，p pBiotBiot弹性系数。弹性系数。四、四、地层孔隙压力预测地层孔隙压力预测 地层的稳定性取决于其所受到的有效应力。根据有效地层的稳定性取决于其所受到的有效应力。根据有效应力的基本原理，有效应力（应力的基本原理，有效应力（e e）等于地层受到的总的载）等于地层受到的总的载荷（荷（）减去孔隙压力（）减去孔隙压力（P Pp p）的作用，即：）的作用，即： ppeP 地层孔隙压力地层孔隙压力地层孔隙中所含流体的压力，即流体压地层孔隙中所含流体的压力，即流体压力，分为正常压力和异常压力。正常孔隙压力等于地层力，分为正常压力和异常压力。

18、正常孔隙压力等于地层水静液柱压力，压力变化范围水静液柱压力，压力变化范围1.0-1.07 g/cm3，决定于地，决定于地层水矿化度。凡是低于地层水静液柱压力的叫异常低压，层水矿化度。凡是低于地层水静液柱压力的叫异常低压，高于地层水静液柱压力的叫异常高压。高于地层水静液柱压力的叫异常高压。 四、四、地层孔隙压力预测地层孔隙压力预测 1 1、异常压力地层的测井显示特征、异常压力地层的测井显示特征 可用于预测孔隙压力的测井资料主要有电阻率、声波可用于预测孔隙压力的测井资料主要有电阻率、声波时差、地层密度、中子孔隙度、白然伽玛、自然电位、地时差、地层密度、中子孔隙度、白然伽玛、自然电位、地层温度和地层

19、测试资料。当地层出现异常压力时，上述测层温度和地层测试资料。当地层出现异常压力时，上述测井响应将发生突变，偏离常趋势线井响应将发生突变，偏离常趋势线 。正常压力情况下：正常压力情况下：（1 1）随着深度的增加，孔隙度按指数规律衰减；）随着深度的增加，孔隙度按指数规律衰减；（2 2）随着深度的增加，放射性强度增加；）随着深度的增加，放射性强度增加；（3 3）随着深度的增加，地层水矿化度按指数规律增加；）随着深度的增加，地层水矿化度按指数规律增加；（4 4）随着深度的增加，地温按线性规律增加。）随着深度的增加，地温按线性规律增加。四、四、地层孔隙压力预测地层孔隙压力预测 异常高压地层：孔隙流体压力

20、比正常压力高，使得颗粒间有效异常高压地层：孔隙流体压力比正常压力高，使得颗粒间有效应力减小，地层的孔隙度将增大，密度、电阻率、自然伽马射应力减小，地层的孔隙度将增大，密度、电阻率、自然伽马射线强度减小，而中子孔隙度、声波时差则增大；线强度减小，而中子孔隙度、声波时差则增大；异常低压地层：孔隙度、中子孔隙度、声波时差减小，而密度、异常低压地层：孔隙度、中子孔隙度、声波时差减小，而密度、电阻率、自然伽马射线强度增大。电阻率、自然伽马射线强度增大。 1 1、异常压力地层的测井显示特征、异常压力地层的测井显示特征四、四、地层孔隙压力预测地层孔隙压力预测 2 2、利用等效深度法预测异常地层压力、利用等效

21、深度法预测异常地层压力 （1 1）泥页岩正常压实趋势线建立）泥页岩正常压实趋势线建立 已知孔隙度随深度（已知孔隙度随深度（H H）的衰减关系式为：）的衰减关系式为：HCope mafmaootttt mafmaLLtttt HCmaomaLpetttt )()(HCoLpett pLoCttH/ )ln(ln )1(HCmaHCoppetet 表层表层L深度深度 利用该式，作出埋深利用该式，作出埋深与声波时差的交会图，建与声波时差的交会图，建立正常压实趋势线，进而立正常压实趋势线，进而利用等效深度法预测地层利用等效深度法预测地层压力。压力。四、四、地层孔隙压力预测地层孔隙压力预测 2 2、利用

22、等效深度法预测异常地层压力、利用等效深度法预测异常地层压力 （2 2）利用等效深度法预测地层孔隙压力利用等效深度法预测地层孔隙压力 等效深度法假定在不同深度但具有相同岩石物理性质的等效深度法假定在不同深度但具有相同岩石物理性质的泥页岩的骨架所受到的有效应力相等，即：泥页岩的骨架所受到的有效应力相等，即：21)()(ppppPP 应用等效深度法首先必须建立应用等效深度法首先必须建立正常压实趋势线，进而在正常压力正常压实趋势线，进而在正常压力趋势线上确定出与异常压力地层具趋势线上确定出与异常压力地层具有相同岩石物理性质的深度点，即有相同岩石物理性质的深度点，即等效深度点。等效深度点。 正常压力趋势

23、线NNppAppPP)()( 四、四、地层孔隙压力预测地层孔隙压力预测 2 2、利用等效深度法预测异常地层压力、利用等效深度法预测异常地层压力 （2 2）利用等效深度法预测地层孔隙压力利用等效深度法预测地层孔隙压力 niigh1 ghPw 对泥页岩，若对泥页岩，若BiotBiot系数取系数取1, 1, 得：得： NwNAApAhgghP)(_ 某深度某深度A A点点四、四、地层孔隙压力预测地层孔隙压力预测 2 2、利用等效深度法预测异常地层压力、利用等效深度法预测异常地层压力 （2 2）利用等效深度法预测地层孔隙压力利用等效深度法预测地层孔隙压力 五、五、利用测井资料预测岩石强度利用测井资料预

24、测岩石强度 表征岩石强度的参数：表征岩石强度的参数：杨氏弹性模量杨氏弹性模量(E) (E) 体积模量（体积模量（K Kb b) )切变模量切变模量( (G G）泊松比（泊松比（v v）岩石的抗压强度（岩石的抗压强度（c c）抗张强度（抗张强度（ t t ）抗剪强度（抗剪强度（）主要的方法有岩心测试和测井计算。主要的方法有岩心测试和测井计算。 五、五、利用测井资料预测岩石强度利用测井资料预测岩石强度 1 1、岩石的弹性模量和泊松比、岩石的弹性模量和泊松比 岩石的杨氏弹性模量（岩石的杨氏弹性模量（E E）、体积模量（）、体积模量（K Kb b ), ),切变模量切变模量(G)(G)统称为岩石的弹性

25、模量。根据获取方法的不同，岩石的统称为岩石的弹性模量。根据获取方法的不同，岩石的弹性模量和泊松比分为静态弹性模量、静态泊松比和动态弹弹性模量和泊松比分为静态弹性模量、静态泊松比和动态弹性模量、动态泊札比。岩石的静态弹性模量和静态泊松比是性模量、动态泊札比。岩石的静态弹性模量和静态泊松比是根据岩心在施加载荷条件下的应力一应变关系得到的；动态根据岩心在施加载荷条件下的应力一应变关系得到的；动态弹性模量和动态泊松比则是利用弹性波的传播关系，由测量弹性模量和动态泊松比则是利用弹性波的传播关系，由测量的弹性波速度和体积密度计算得到的。的弹性波速度和体积密度计算得到的。 五、五、利用测井资料预测岩石强度利

26、用测井资料预测岩石强度 杨氏弹性模量是岩石张变弹性强弱的标志。设长为杨氏弹性模量是岩石张变弹性强弱的标志。设长为L,L,截面积截面积为为A A的岩石，在纵向上受到力的岩石，在纵向上受到力F F作用时伸长或压缩作用时伸长或压缩L,L,则纵向张则纵向张应力应力(F/A )(F/A )与张应变与张应变(L/L)(L/L)之比即为静态杨氏模量之比即为静态杨氏模量Es,Es,即：即：1 1、岩石的弹性模量和泊松比、岩石的弹性模量和泊松比 LLAFES/ 岩石的切变弹性模量是岩石切变弹性强弱的标志。设剪切力岩石的切变弹性模量是岩石切变弹性强弱的标志。设剪切力(F)(F)平行作用于岩石表面后产生的切变角为平

27、行作用于岩石表面后产生的切变角为，则静态切变弹，则静态切变弹性模量性模量(Gs)(Gs)就等于剪切应力就等于剪切应力( (F Ft t/A)/A)与剪应变或切变角（当切变与剪应变或切变角（当切变角很小时）之比，即：角很小时）之比，即：dlAFAFGttS/ 五、五、利用测井资料预测岩石强度利用测井资料预测岩石强度 1 1、岩石的弹性模量和泊松比、岩石的弹性模量和泊松比 岩石的体积模量可用于度量岩石的抗压能力。静态体积岩石的体积模量可用于度量岩石的抗压能力。静态体积模量（模量（K Kbsbs）是岩石在各个方向都受到力）是岩石在各个方向都受到力F F的作用时，应力的作用时，应力F/AF/A与体积相

28、对变化的比值，即：与体积相对变化的比值，即：VVAFKbs/ 泊松比又称横向压缩系数。静态泊松比表示为横向相对压泊松比又称横向压缩系数。静态泊松比表示为横向相对压缩与纵向相对伸长之比。设长为缩与纵向相对伸长之比。设长为L,L,直径为直径为d d的圆柱形岩石，的圆柱形岩石，在受到压缩时，其长度缩短在受到压缩时，其长度缩短L,L,直径增加直径增加d,d,则静态泊松则静态泊松比（比（v vs s）表示为：）表示为： LLddvs/ 五、五、利用测井资料预测岩石强度利用测井资料预测岩石强度 1 1、岩石的弹性模量和泊松比、岩石的弹性模量和泊松比 根据弹性波理论，利用测井资料计算地层动态弹性模量、根据弹

29、性波理论，利用测井资料计算地层动态弹性模量、泊松比的理论关系式为：泊松比的理论关系式为： 动态泊松比：动态泊松比：动态杨氏模量：动态杨氏模量：动态剪切模量：动态剪切模量：动态体积模量：动态体积模量：)(2)2(2222cscsdttttv )43(22222cscssbdtttttE 2sbdtG 2222343cscsbbdttttK五、五、利用测井资料预测岩石强度利用测井资料预测岩石强度 与实验室静态测量结果相比，测井资料确定岩石的弹性与实验室静态测量结果相比，测井资料确定岩石的弹性模量和泊松比具有以下特点：模量和泊松比具有以下特点：（1 1）由测井资料得到的岩石动态弹性模量和泊松比是在高

30、频）由测井资料得到的岩石动态弹性模量和泊松比是在高频率、低载荷测量条件下获得的，静态弹性模量和泊松比则是率、低载荷测量条件下获得的，静态弹性模量和泊松比则是在低频率、高载荷测量条件下获得的；在低频率、高载荷测量条件下获得的；（2 2）测井资料是在大范围介质中直接获得的，因此，由测井）测井资料是在大范围介质中直接获得的，因此，由测井资料得到的岩石的动态弹性模量和泊松比是对井周一定范围资料得到的岩石的动态弹性模量和泊松比是对井周一定范围内岩体性质的综合反映；内岩体性质的综合反映；（3 3）测井是在地层压力、温度及一定的钻井条件下沿整个井）测井是在地层压力、温度及一定的钻井条件下沿整个井剖面逐点进行

31、的，因此，由测井资料得到的岩石动态弹性模剖面逐点进行的，因此，由测井资料得到的岩石动态弹性模量和泊松比包含了地层在钻井过程中所经受的各种扰动，能量和泊松比包含了地层在钻井过程中所经受的各种扰动，能够反映出岩体强度随环境变化而变化的特征。够反映出岩体强度随环境变化而变化的特征。（4 4）由测井资料计算得到的岩石动态杨氏弹性模量一般大于）由测井资料计算得到的岩石动态杨氏弹性模量一般大于静态杨氏弹性模量，泊松比则互有大小。静态杨氏弹性模量，泊松比则互有大小。五、五、利用测井资料预测岩石强度利用测井资料预测岩石强度 由于现有的力学本构关系一般都是基于静态参数建立由于现有的力学本构关系一般都是基于静态参

32、数建立的，因此，在力学分析过程中，动态弹性量必须转换为静的，因此，在力学分析过程中，动态弹性量必须转换为静态弹性模量。许多研究工作者已对动态和静态弹性模量进态弹性模量。许多研究工作者已对动态和静态弹性模量进行了大量的对比研究，建立了相应的转换关系。行了大量的对比研究，建立了相应的转换关系。R. D. KuhlmanR. D. Kuhlman等在室内三轴应力下对页岩（其主要成分等在室内三轴应力下对页岩（其主要成分为白云石和方解石、白云石和石英或方解石和石英）同时为白云石和方解石、白云石和石英或方解石和石英）同时进行动、静态力学参数测试后，得出动、静态泊松比儿乎进行动、静态力学参数测试后，得出动、

33、静态泊松比儿乎为为1 1：1 1关系，既从关系，既从v vs svvd d；动、静态杨氏性模量间满足：动、静态杨氏性模量间满足： E ES S0.37E0.37Ed d十十0.6580.658 J. I. MyungJ. I. Myung和和D. P. HelamderD. P. Helamder（1972)1972)对花岗岩、辉长岩对花岗岩、辉长岩和砂岩共和砂岩共1515块岩心进行研究后，发现动、静弹性模量和泊块岩心进行研究后，发现动、静弹性模量和泊松比满足如下关系式：松比满足如下关系式： E Es s1.34E1.34Ed d0.3710.371 v vs s0.0820.082十十0.3

34、80.38v vd d五、五、利用测井资料预测岩石强度利用测井资料预测岩石强度 Wang RangjaWang Rangja（19911991）综合河北省地质矿产局实验结果得出：）综合河北省地质矿产局实验结果得出： 砂岩：砂岩： E Es s=0.45E=0.45Ed d1.1421.142 灰岩：灰岩： E Es s=0.52E=0.52Ed d-1.647-1.647 大理岩：大理岩： E Es s=1.32E=1.32Ed d-0.343-0.343 花岗岩：花岗岩： E Es s=0.51E=0.51Ed d3.7893.789TutuncnTutuncn和和SharmaSharma综

35、合各种岩性的实验数据后得到了包括各种综合各种岩性的实验数据后得到了包括各种岩性的岩石的动静态弹性模量转换关系：岩性的岩石的动静态弹性模量转换关系： E Es s=0.81988E=0.81988Ed d-0.3112-0.3112五、五、利用测井资料预测岩石强度利用测井资料预测岩石强度 2 2、岩石抗压强度、抗拉强度预测、岩石抗压强度、抗拉强度预测 Miller和和Deere对对200200多块沉积岩进行实验后，作出了岩多块沉积岩进行实验后，作出了岩石单轴抗压强度石单轴抗压强度( (c c) )、与岩石弹性模量、与岩石弹性模量( (E Ed d）、粘土含量）、粘土含量（V Vclcl）的统计关

36、系式：）的统计关系式： dclcldcEVVE008. 0)1(0045. 0 Coats等人则继等人则继Miller和和Deere之后，提出了岩石固有抗之后，提出了岩石固有抗剪强度剪强度(。) )与单轴抗压强度与单轴抗压强度( (c c) )、岩石体积压缩系数、岩石体积压缩系数C Cbdbd间的关系：间的关系： bdCC 025. 00 bdbdKC1 岩石抗张强度（岩石抗张强度（t t ）和抗压强度的关系为：）和抗压强度的关系为： 123ct 六六 岩石强度及地应力资料的应用岩石强度及地应力资料的应用 1 1、“安全安全”钻井液密度确定中的应用钻井液密度确定中的应用 钻井过程中，钻井液取代

37、了原在井眼处的岩石，钻井过程中，钻井液取代了原在井眼处的岩石，当井内的液柱压力太低时，井壁将可能发生坍塌；当当井内的液柱压力太低时，井壁将可能发生坍塌；当井内的液柱压力太高时，井壁将可能发生张性破裂。井内的液柱压力太高时，井壁将可能发生张性破裂。因此，钻井液密度存在一个因此，钻井液密度存在一个“安全安全”范围，在这个安范围，在这个安全范围内钻井，将不会出现井壁坍塌或钻井液漏失等全范围内钻井，将不会出现井壁坍塌或钻井液漏失等复杂问题。复杂问题。六六 岩石强度及地应力资料的应用岩石强度及地应力资料的应用 1 1、“安全安全”钻井液密度确定中的应用钻井液密度确定中的应用 24)(224)(22232221zzzzzzr 1 23的大小顺序在具体计算中确定。的大小顺序在具体计算中确定。六六 岩石强度及地应力资料的应用岩石强度及地应力资料的应用 1 1、“安全安全”钻井液密度确定中的应用钻井液密度确定中的应用 在已知井壁地层主应力的基础上，由在已知井壁地层主应力的基础上，由Mohr-Coulomb破坏破坏判别可以确定出确保井壁不发生坍塌的钻井液密度下限；由判别可以确定出确保井壁不发生