岩石物理学5（岩石的变形）ppt课件.ppt

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1、“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。岩石物理学岩石物理学授课人：黄文新地球物理与石油资源学院长江大学联系方式：E-mail： tel:8060418(o)137072191813/16/20231地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。岩石物理学岩石物理学第第1 1章章 岩石岩石第第2 2章章 岩石孔隙度和渗透率岩石孔隙

2、度和渗透率 第第3 3章章 岩石中波的传播与衰减岩石中波的传播与衰减 第第4 4章章 岩石的弹性岩石的弹性第第5 5章章 岩石的变形岩石的变形第第6 6章章 岩石的断裂岩石的断裂 第第7 7章章 岩石的强度岩石的强度3/16/20232地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。第第 5 5章章 岩石的变形岩石的变形 5.1 5.1 应力应力 5.2 5.2 应变应变 5.3 5.3 岩石的本构关系岩石的本构关系 5.4 5.4 岩石的绷变岩石的绷变

3、5.5 5.5 岩石实验岩石实验岩石物理学岩石物理学3/16/20233地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。第第5 5章章 岩石的变形岩石的变形 在力的作用下，岩石原始的长度、体积和形状都会发在力的作用下，岩石原始的长度、体积和形状都会发生变化。受力后变形是岩石最常见的力学性质。生变化。受力后变形是岩石最常见的力学性质。本章重点介绍与岩石有关的变形特点，特别是在地球本章重点介绍与岩石有关的变形特点，特别是在地球内部高温高压环境下岩石的变形特征。

4、内部高温高压环境下岩石的变形特征。3/16/20234地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。5 5.1.1 应力应力(stress)(stress)第第5 5章章 岩石的变形岩石的变形5.1.1 5.1.1 力和应力力和应力图图51 51 应力的概念应力的概念 作用在岩石内部作用在岩石内部O O点的力可以这样来描述点的力可以这样来描述(图图2.2.1):1):对于通过对于通过O O点的任意方向点的任意方向OP(v),OP(v),设想有一个设想有一

5、个与与 OP OP垂直且面积为垂直且面积为 SS的小切面，该切面所切的小切面，该切面所切开的两部分之间存在相互作用力开的两部分之间存在相互作用力F(F(这里忽略这里忽略力矩不计力矩不计)，我们把，我们把:(51)定义为在定义为在O O点相应于点相应于OPOP方向的应力。方向的应力。3/16/20235地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。第二，应力不仅与岩石内部的受力情况有关，第二，应力不仅与岩石内部的受力情况有关，而且与切面方向而且与切面方向的

6、选择也有关。的选择也有关。5 5.1.1 应力应力(stress)(stress)定义中包括两个重要概念定义中包括两个重要概念:第一，应力是单位面积上的作用力第一，应力是单位面积上的作用力;岩石力学中规定压应力为正，拉应力为负。这与弹性理论中岩石力学中规定压应力为正，拉应力为负。这与弹性理论中关于应力正负的习惯规定恰好相反。采用这样的规定，有两方关于应力正负的习惯规定恰好相反。采用这样的规定，有两方面的原因面的原因:第一，在地球科学中，地球介质所受力多为压应力，第一，在地球科学中，地球介质所受力多为压应力，而不是张应力而不是张应力;第二，在土力学、构造地质学等与岩石力学有密第二，在土力学、构造

7、地质学等与岩石力学有密切联系的学科中，已经采用了压应力为正的规定。因此，岩石切联系的学科中，已经采用了压应力为正的规定。因此，岩石力学中尽管许多公式的形式与弹性力学一致，但要注意，应力力学中尽管许多公式的形式与弹性力学一致，但要注意，应力正负的规定是与弹性力学相反的。正负的规定是与弹性力学相反的。3/16/20236地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。如果在如果在O O点选择一组正交的坐标点选择一组正交的坐标(x1,x2,x3)(x1,x2,x

8、3)，用，用i,ji,j(i,j=1,2,3)(i,j=1,2,3)表示法线为表示法线为i i方向切面上方向切面上j j方向的应力，将得到九个量方向的应力，将得到九个量 。5 5.1.1 应力应力(stress)(stress)(52)5.1.2 5.1.2 主应力主应力 在岩石内部某一点，若某一法线为在岩石内部某一点，若某一法线为的切面上求得的应力矢量的切面上求得的应力矢量T T与与方向一致，则该切面上剪应力必定为零。这时称方向一致，则该切面上剪应力必定为零。这时称方向为该点方向为该点的主方向的主方向,相应的切面为主平面，主平面上的正应力称为主应力。可相应的切面为主平面，主平面上的正应力称为

9、主应力。可以证明，在任何一点都存在着三个主方向，而且这三个主方向互相以证明，在任何一点都存在着三个主方向，而且这三个主方向互相垂直。垂直。主平面主应力 其余为剪切应力3/16/20237地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。5 5.1.1 应力应力(stress)(stress)在岩石力学中，经常取三个主方向为坐标轴，在这种坐标系中，应力在岩石力学中，经常取三个主方向为坐标轴，在这种坐标系中，应力张量有非常简单的形式。若把主应力记为张量有非常简单

10、的形式。若把主应力记为1 1 2 2 和和 3 3 ，则应力，则应力张量为：张量为：在岩石力学中，我们总是规定：在岩石力学中，我们总是规定：即用即用 1 1代表最大主应力，用代表最大主应力，用 2 2代表最小主应力，代表最小主应力，而而 3 3则表示中等主应力。则表示中等主应力。3/16/20238地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。5.1.3 5.1.3 地应力地应力5 5.1.1 应力应力(stress)(stress)处理地质间题时，常用

11、的应力符号处理地质间题时，常用的应力符号:垂直方向的主应力，垂直方向的主应力，HmaxHmax水平方向最大主应力，水平方向最大主应力，HminHmin水平方向最小主应力来。水平方向最小主应力来。3/16/20239地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。5 5.1.1 应力应力(stress)(stress)1 1、没有构造应力的地壳上部的应力场、没有构造应力的地壳上部的应力场 所谓没有构造应力，就是只考虑岩石自重引起的应力场，并且假所谓没有构造应

12、力，就是只考虑岩石自重引起的应力场，并且假定岩石在水平方向没有变形定岩石在水平方向没有变形 。显然。显然 ，v v =*g*h =*g*h （53）（54）其中其中是岩石的密度是岩石的密度,g,g是重力加速度，是重力加速度，h h是深度是深度,是岩石的泊松比。是岩石的泊松比。3/16/202310地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。5 5.1.1 应力应力(stress)(stress)2 2、地应力的简单计算、地应力的简单计算(英文板书）英文

13、板书）（1 1）Isotropic rocks Isotropic rocks (2)Anisotropic rocks(2)Anisotropic rocks3 3、地应力在石油工程中应用、地应力在石油工程中应用3/16/202311地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。地层可以近似看作横向各向同性介质主要研究水平方向上最大地应力最小地应力弹性模量和应力关系 应力与横波速度关系 导出横向各向同性地层中地应力计算公式 主要应用地层弹性参数的计算最

14、大最小水平地应力的计算最大最小安全钻井泥浆密度的计算水力压裂裂缝高度预测各向异性参数的计算水力压裂裂缝高度预测水力压裂裂缝高度预测水力压裂裂缝高度预测水力压裂裂缝高度预测3/16/202312地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。3/16/202313地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。1 1）各

15、向同性地应力计算模型）各向同性地应力计算模型 利用电缆地层测试或压力恢复测试资料，在不考虑构造应力影响情况下，各向同性模型计算水平应力公式为：泊松比泊松比P Pob ob 上覆岩层压力上覆岩层压力P Pp p 孔隙流体压力孔隙流体压力 Biot Biot 常量常量针对：针对：声波全波测井声波全波测井 偶极横波测井偶极横波测井 无横波资料无横波资料一、应力与应变关系的地应力计算模式一、应力与应变关系的地应力计算模式3/16/202314地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点

16、的“群众性治安防控工程”。根据图1泊松比和应力分布，沿x方向的泊松比 类似有沿y方向和z方向的泊松比，杨氏模量为：xzy图1 各向异性岩石地应力模型2 2）各向异性地应力计算模型）各向异性地应力计算模型 3/16/202315地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。在x方向的应变:在y方向的应变:将地层看成横向各向同性，根据虎克定律有 其中其中为为BoitBoit常量常量,Pp,Pp为孔隙流体压力为孔隙流体压力。针对：针对：正交偶极横波测井正交偶极

17、横波测井 3/16/202316地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。二、地层破裂压力计算二、地层破裂压力计算 井内泥浆密度过大使岩石所受的周向应力超过岩石的拉伸强度 导致地层破裂压力（泥浆柱压力）增大减小增大到一定程度变为负值岩石所受周向应力由压缩变为拉伸 伸力大到足以克服岩石的抗拉强度 地层产生破裂造成井漏 破裂发生在 最小处。或3/16/202317地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以

18、综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。令 =0，此时的 值即为泥浆漏失,将 代入求得地层破裂时井内液体压力即破裂压力当钻井泥浆密度 时，岩层破裂 3/16/202318地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。三、井壁坍塌压力计算三、井壁坍塌压力计算 井内液柱压力较低 造成井壁周围岩层所受压力，超过岩石本身的强度 如果超过岩石本身的强度 井壁坍塌 脆性地层 产生坍塌掉块 导致井径扩大 塑性地层

19、 井眼内产生塑性变形 导致缩径3/16/202319地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。岩石剪切破坏与否主要受岩石所受岩石剪切破坏与否主要受岩石所受到最大最小应力控制，从井壁受力到最大最小应力控制，从井壁受力状态中可以发现岩石的最大最小主状态中可以发现岩石的最大最小主应力分别为其周向应力和径向应力应力分别为其周向应力和径向应力 说明导致井眼失稳的关键原因是井壁岩石所受的周向应力和径向应力差值 当0270=q090=q或此时 有最大值 在 时最易

20、产生失稳坍塌现象 3/16/202320地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。井壁坍塌压力井壁坍塌压力 3/16/202321地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。四、确定最大最小安全钻井泥浆密度四、确定最大最小安全钻井泥浆密度地应力 井内泥浆柱压力 联合作用于井壁 如果应力超过井壁强度剪切破坏或拉

21、伸破坏 井壁失稳井内浆柱压力 过低脆性地层坍塌、掉块井径扩大塑性地层产生变形缩径过高脆性地层裂缝疏松地层渗漏3/16/202322地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。最小最大安全钻井液密最小最大安全钻井液密度计算表达式为：度计算表达式为：砂岩中一般取30 3/16/202323地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众

22、性治安防控工程”。在水力压裂过程中，当增加井在水力压裂过程中，当增加井眼压力时，在与最小主应力（眼压力时，在与最小主应力（xx或或yy）方向相垂直的平面上出现）方向相垂直的平面上出现破裂裂缝。诱导这一裂缝所需压破裂裂缝。诱导这一裂缝所需压力称为开裂或破裂压力，一旦裂力称为开裂或破裂压力，一旦裂缝已经压开，保持裂缝开口所需缝已经压开，保持裂缝开口所需要的压力（在垂直裂缝的情形下）要的压力（在垂直裂缝的情形下）将等于最小总水平应力，这一应将等于最小总水平应力，这一应力就是通常所说的闭合应力，在力就是通常所说的闭合应力，在构造缓冲区，最小主应力通常是构造缓冲区，最小主应力通常是水平的，因此裂缝将沿着

23、垂直面水平的，因此裂缝将沿着垂直面出现。出现。闭合应力闭合应力 取决于两组变量，生产层及围岩层的最小取决于两组变量，生产层及围岩层的最小水平应力的分布和大小及压裂液的流动特水平应力的分布和大小及压裂液的流动特性。这些变量确定如下参数：性。这些变量确定如下参数：所产生裂缝的方向和几何形状（高度、所产生裂缝的方向和几何形状（高度、长度和宽度）。长度和宽度）。是一次压裂多层，还是一次压裂一层，或是一次压裂多层，还是一次压裂一层，或者是分组压裂及同时压裂。者是分组压裂及同时压裂。水力压裂设计参数，例如功率、泵压以及水力压裂设计参数，例如功率、泵压以及支撑剂输送能力等。支撑剂输送能力等。压裂液的流动特性

24、和效率。压裂液的流动特性和效率。水力压裂设计水力压裂设计 五、实际应用五、实际应用3/16/202324地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。利用应力强度因子预测裂缝高度利用应力强度因子预测裂缝高度 在压裂过程中，在压裂过程中，压裂液产生张力。压裂液产生张力。在纵向压裂的情况在纵向压裂的情况下，它的压力与地下，它的压力与地球的水平压应力相球的水平压应力相抵消。如果地层的抵消。如果地层的顶部或底部的应力顶部或底部的应力强度因子强度因子K K超过地超

25、过地层的断裂韧性因子层的断裂韧性因子K KLCLC的话，则预计的话，则预计裂缝沿纵向延伸。裂缝沿纵向延伸。因此预测裂缝是否因此预测裂缝是否纵向延伸取决于在纵向延伸取决于在裂缝纵向终至处的裂缝纵向终至处的应力强度因子。应力强度因子。应力强度因子的计算应力强度因子的计算z zh hK KtopK Kbot射孔层段射孔层段 r=Pm(1-)r=Pm(1-)断裂韧性因子断裂韧性因子 K KLCLC=(r+Tao)2/E*(z*h)=(r+Tao)2/E*(z*h)1/21/2 3/16/202325地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为

26、支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。利用最小水平应力预测裂缝高度利用最小水平应力预测裂缝高度 水力压裂后裂缝是否延伸水力压裂后裂缝是否延伸主要取决生产层及围岩层的最主要取决生产层及围岩层的最小水平应力分布和大小以及压小水平应力分布和大小以及压裂液的流动特性，从预测的角裂液的流动特性，从预测的角度考虑，压裂后裂缝是否延伸度考虑，压裂后裂缝是否延伸主要受最小水平应力的控制，主要受最小水平应力的控制，一般地，临近层的最小主应力一般地，临近层的最小主应力与目的层最小主应力之差是决与目的层最小主应力之差是决定裂缝纵向延伸的主要因素，定裂缝纵向延伸的主要因素

27、，利用这个差来计算在每个压力利用这个差来计算在每个压力步增量时的裂缝高度并定性地步增量时的裂缝高度并定性地确定和输出每个压力水平上的确定和输出每个压力水平上的诱导裂缝几何形状诱导裂缝几何形状 射孔层内最小水平应力值射孔层内最小水平应力值的选择对裂缝高度的预测起的选择对裂缝高度的预测起着重要作用，考虑到裂缝的着重要作用，考虑到裂缝的上下延伸，射孔层内最小水上下延伸，射孔层内最小水平应力的变化，对射孔层内平应力的变化，对射孔层内最小水平应力值分不同的情最小水平应力值分不同的情况进行选取。况进行选取。射孔层段从顶界面到底界面射孔层段从顶界面到底界面射孔层段从顶界面到底界面射孔层段从顶界面到底界面最小

28、水平应力曲线变化不大最小水平应力曲线变化不大最小水平应力曲线变化不大最小水平应力曲线变化不大 选取射孔层内最小水平应力平均选取射孔层内最小水平应力平均选取射孔层内最小水平应力平均选取射孔层内最小水平应力平均值，加上泵压步增量作为定值，值，加上泵压步增量作为定值，值，加上泵压步增量作为定值，值，加上泵压步增量作为定值，预测裂缝高度的向上和向下延预测裂缝高度的向上和向下延预测裂缝高度的向上和向下延预测裂缝高度的向上和向下延伸伸伸伸射孔层段射孔层段平均最小水平应力平均最小水平应力3/16/202326地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息

29、化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。A A井资料处理及分析井资料处理及分析 射孔层段：射孔层段：1769.8-1799.41769.8-1799.4米米估计的层段最小估计的层段最小水平应力为：水平应力为：22.6Mpa22.6Mpa处理井段为：处理井段为：1700-18001700-1800米。米。高应力带障碍：高应力带障碍：17601760米（上延伸）米（上延伸）处理井段底部：处理井段底部：1799.41799.4米米裂缝限制在：裂缝限制在：1760-1799.41760-1799.4米米增加泵压或不增加增加泵压或不增加 裂缝高度不增加裂缝

30、高度不增加 高应力高应力带障碍带障碍处理井处理井段底部段底部裂裂裂裂缝缝缝缝高高高高度度度度射孔层段射孔层段射孔层段射孔层段3/16/202327地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。B B井资料处理及分析井资料处理及分析 射孔层段及估算的最小主应力射孔层段及估算的最小主应力大小分别为：大小分别为：1770-17761770-1776米米 11.24Mpa11.24Mpa1778-1782米米 12.24Mpa射孔层段为：射孔层段为：1778-1

31、7821778-1782米米处理井段处理井段1760-18001760-1800米米高应力障碍：高应力障碍：1777.25 1777.25米（向上）米（向上）高应力障碍高应力障碍 1782.5 1782.5米（向下）米（向下）泵压增量由泵压增量由150psi150psi增加到增加到750psi750psi，裂缝高度不再增高。穿透地层，裂缝高度不再增高。穿透地层的深度（翼长）会增大的深度（翼长）会增大射孔层段为：射孔层段为：1770-17761770-1776米，米，处理井段：处理井段：1760-1800 1760-1800米米高应力障碍：高应力障碍：1769 1769米（向上）米（向上）高应力

32、障碍高应力障碍 1776.75 1776.75米（向下）米（向下）泵压增量由泵压增量由150psi150psi增加到增加到750psi750psi，裂缝高度不再增高。穿透地层的深裂缝高度不再增高。穿透地层的深度（翼长）会增大度（翼长）会增大 高应力障碍带高应力障碍带高应力障碍带高应力障碍带3/16/202328地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。C C井资料处理及分析井资料处理及分析 射孔层段为射孔层段为1773-17991773-1799米，

33、米，估计的最小水平应力为估计的最小水平应力为23.26Mpa,23.26Mpa,处理井段为处理井段为1750-18501750-1850米。米。裂缝向上延伸井段：裂缝向上延伸井段：1773-1757.7501773-1757.750米米裂缝向上延伸井段：裂缝向上延伸井段：1799-1846.1251799-1846.125米米不再增加泵压增量或泵压增加到不再增加泵压增量或泵压增加到450psi450psi裂缝高度不再增加裂缝高度不再增加 泵压增量达到泵压增量达到600psi,600psi,处理井段将会全处理井段将会全部压开部压开 向上高应向上高应力障碍带力障碍带向下高应向下高应力障碍带力障碍带

34、射孔层段射孔层段裂裂裂裂缝缝缝缝高高高高度度度度3/16/202329地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。D D井资料处理及分析井资料处理及分析射孔层段为射孔层段为5983-60025983-6002米米处理井段处理井段5950-60205950-6020米米估计的应力读数为估计的应力读数为75Mpa75Mpa 裂缝向上延伸到裂缝向上延伸到 5976.375 5976.375米米 裂缝向下延伸到裂缝向下延伸到 6009.125 6009.125

35、米米 向上高应向上高应力带障碍力带障碍向下高应向下高应力带障碍力带障碍射孔层段射孔层段裂裂缝缝高高度度3/16/202330地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。E E E E井资料处理及分析井资料处理及分析井资料处理及分析井资料处理及分析射孔层段有三个分别为射孔层段有三个分别为:4853.54889.54853.54889.5米米 64.7Mpa64.7Mpa5111.55189.05111.55189.0米米 68.0Mpa68.0Mpa53

36、05.05339.05305.05339.0米米 68.0Mpa68.0Mpa射孔层段为射孔层段为4853.5-4889.54853.5-4889.5米米处理井段为处理井段为4800.0-4940.04800.0-4940.0米，米，泵压增量为泵压增量为150psi:150psi:裂缝向上延伸到裂缝向上延伸到4848.3754848.375米受阻，米受阻，向下延伸到向下延伸到48904890米米泵压增量增到泵压增量增到300psi:300psi:裂缝向上没有延伸，向下延伸裂缝向上没有延伸，向下延伸到到49224922米，米，继续增加泵压增量，裂缝向上延伸到继续增加泵压增量，裂缝向上延伸到480

37、9.3754809.375米受米受阻而终止延伸，向下延伸到阻而终止延伸，向下延伸到4930.3754930.375米遇阻米遇阻泵压增量达到泵压增量达到600psi600psi时，向下延伸到时，向下延伸到5048.3755048.375米米 泵压增量增大于泵压增量增大于300psi300psi，裂缝向，裂缝向上延伸的终止段上延伸的终止段3/16/202331地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。射孔层段射孔层段5111.5-51895111.5-5

38、189米米 处理井段处理井段5100.0-52105100.0-5210米米 泵压增量为泵压增量为150psi150psi时，裂缝时，裂缝 向上延伸到向上延伸到5108.3755108.375米，向下延伸到米，向下延伸到5197.3755197.375米。米。泵压增量加到泵压增量加到300psi300psi，裂缝向上不延伸，向下，裂缝向上不延伸，向下延伸至延伸至5208.1255208.125米，米，泵压增量到泵压增量到450psi450psi，射孔层段上部全部压开，射孔层段上部全部压开，裂缝向下延伸到裂缝向下延伸到5305.1255305.125米。米。向上延伸高向上延伸高应力障碍带应力障碍

39、带向下延伸高向下延伸高应力障碍带应力障碍带3/16/202332地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。射孔层段射孔层段5305-53395305-5339米米 处理井段处理井段5300-54005300-5400米米 泵压增量为泵压增量为150psi150psi：裂缝向上延：裂缝向上延伸至伸至53075307米，向下到射孔层底部米，向下到射孔层底部53395339米，米，泵压增量加到泵压增量加到300psi300psi，裂缝向上，裂缝向上延伸到延

40、伸到5306.255306.25米，向下不延伸，米，向下不延伸，泵压增量到泵压增量到450psi,450psi,裂缝向上延裂缝向上延伸到伸到53055305米，向下不延伸，米，向下不延伸，裂缝向上、向裂缝向上、向下延伸到射孔下延伸到射孔层段顶底深度层段顶底深度3/16/202333地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。3/16/202334地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑

41、、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。4.2 4.2 流体静压下岩石中裂纹对弹性的影响流体静压下岩石中裂纹对弹性的影响（44）（45）3/16/202335地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。4.2 4.2 流体静压下岩石中裂纹对弹性的影响流体静压下岩石中裂纹对弹性的影响(46）3/16/202336地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为

42、支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。4.2 4.2 流体静压下岩石中裂纹对弹性的影响流体静压下岩石中裂纹对弹性的影响3/16/202337地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。4.2.24.2.2裂纹闭合压力的计算裂纹闭合压力的计算4.2 4.2 流体静压下岩石中裂纹对弹性的影响流体静压下岩石中裂纹对弹性的影响（47）（48）3/16/202338地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇

43、）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。4.2 4.2 流体静压下岩石中裂纹对弹性的影响流体静压下岩石中裂纹对弹性的影响3/16/202339地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。第第4 4章章 岩石的弹性岩石的弹性4.4 4.4 岩石中孔隙流体对弹性的影响岩石中孔隙流体对弹性的影响4.4.1 4.4.1 饱和岩石一排水情况饱和岩石一排水情况 第二种情

44、况是，当外界静压力变化时，孔隙水的质量不变，不发生向第二种情况是，当外界静压力变化时，孔隙水的质量不变，不发生向外界的流动，也不由外界流入岩石，好像孔隙与岩石表面间完全隔开了外界的流动，也不由外界流入岩石，好像孔隙与岩石表面间完全隔开了一样。这种情况叫做不排水情况一样。这种情况叫做不排水情况(undratned)(undratned)现在讨论岩石孔隙中有水存在的情况。一般性的讨论相当复杂，这里现在讨论岩石孔隙中有水存在的情况。一般性的讨论相当复杂，这里只讨论两种简单的特殊情况。只讨论两种简单的特殊情况。第一种情况是作用在岩石外部的流体静压力变化时，岩石孔隙内的水第一种情况是作用在岩石外部的流体

45、静压力变化时，岩石孔隙内的水压力不变。为了做到这一点，必须使所有的孔隙与外界的一个恒定压力压力不变。为了做到这一点，必须使所有的孔隙与外界的一个恒定压力的大水库相连。当孔隙体积缩小时，孔隙水会排至水库。这种情况称为的大水库相连。当孔隙体积缩小时，孔隙水会排至水库。这种情况称为排水情况排水情况(drained)(drained)。3/16/202340地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。排水情况压缩系数排水情况压缩系数D D的定义是的定义是:4.

46、4 4.4 岩石中孔隙流体对弹性的影响岩石中孔隙流体对弹性的影响 定义表明，若岩石外部受到流体静压力定义表明，若岩石外部受到流体静压力p p，内部受孔隙压力，内部受孔隙压力p pp p的作用，的作用，在保持在保持p pp p不变的情况下，流体静压力不变的情况下，流体静压力P P单位增量的变化单位增量的变化pp导致的岩石体导致的岩石体积应变就是排水情况下岩石的压缩系数。积应变就是排水情况下岩石的压缩系数。（49）3/16/202341地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的

47、“群众性治安防控工程”。4.4 4.4 岩石中孔隙流体对弹性的影响岩石中孔隙流体对弹性的影响第一步：设想岩石外部和孔隙第一步：设想岩石外部和孔隙内部都受到不变的压力内部都受到不变的压力p pp p作用。作用。显然这种情况不会使岩石体积显然这种情况不会使岩石体积发生变化发生变化(因为压力因为压力p pp p不变不变)()(图图4-2(b)4-2(b)。图图4-2 4-2 排水情况岩石的压缩系数排水情况岩石的压缩系数D D第二步第二步:考虑岩石外部作用着流体静压力考虑岩石外部作用着流体静压力p-pp-pP P，而孔隙内部没有，而孔隙内部没有任何压力，这相当于岩石干燥的情况。当外部静压力由任何压力，

48、这相当于岩石干燥的情况。当外部静压力由p-pp-pp p变到变到p-pp-pp p+pp时，岩石的体积变化时，岩石的体积变化VV可以由上节干燥岩石的沃尔什可以由上节干燥岩石的沃尔什公式给出，为公式给出，为effeff(p-p(p-pp p)图图4.7C)4.7C)，分两步考虑分两步考虑:两种情况的叠加恰好就是要求的排水情况下的压两种情况的叠加恰好就是要求的排水情况下的压缩系数缩系数 D D(图图 4.5(a)4.5(a)3/16/202342地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应

49、用为重点的“群众性治安防控工程”。4.4 4.4 岩石中孔隙流体对弹性的影响岩石中孔隙流体对弹性的影响由上述分析有：由上述分析有：D D（p,pp,pp p)=)=eff eff(p,p(p,pp p)(410）D（p,pp)=eff(p,pp)(411）结论：结论：岩石排水情况下弹性参数与干燥情况下相同岩石排水情况下弹性参数与干燥情况下相同3/16/202343地球物理与石油资源学院“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。4.4 4.4 岩石中孔隙流体对弹性的影响岩石

50、中孔隙流体对弹性的影响 排水情况下岩石体积应变的有效应力定律排水情况下岩石体积应变的有效应力定律 研究在流体静压力研究在流体静压力p p和孔隙压力和孔隙压力p pp p，共同作用下岩石体积的变化。设想，共同作用下岩石体积的变化。设想分两步使岩石达到分两步使岩石达到(p,p(p,pp p)的状态。的状态。第一步，同时施加流体静压力和孔隙压力，任何时候均使两者相等，第一步，同时施加流体静压力和孔隙压力，任何时候均使两者相等，最后达到围压和孔隙压力都为最后达到围压和孔隙压力都为p pp p的状态。这个过程中岩石的体积应变的状态。这个过程中岩石的体积应变1 1为为:1=s s*p pp p (412）