泥页岩动静态弹性力学参数实验研究

为研究不同条件下泥页岩动静态弹性力学参数的变化规律,建立动静态弹性力学参数关系表达式,对三块泥页岩岩样开展动静态弹性力学参数实验,研究了不同围压和温度对泥页岩声波速度、动态杨氏模量、动态泊松比、静态杨氏模量和静态泊松比的影响。研究结果表明:岩样纵、横波波速均随围压增大呈增大,随温度升高呈减小的趋势。温度和围压对泥页岩动静态弹性力学参数均有影响,动态弹性力学参数值大于静态弹性力学参数值,动、静态杨氏模量和动、静态泊松比随不同围压和温度的变化规律呈现出较大差异。由于泥页岩岩样的裂缝发育,非均匀性强,从而造成该批次岩样间的动、静态杨氏模量与动、静态泊松比数据离散无规律。而同一个岩样同一温度条件下动、静态杨氏模量有较好的相关性,并回归得到了该岩样动态杨氏模量和静态杨氏模量关系表达式。     

三轴应力下饱和水砂岩动静态弹性参数的试验研究

建立了一套试验装置，以解决含水岩样变形的电阻应变片测量问题，并实现有孔隙压力的三轴应力下饱和水岩样纵、横波速度和变形的同步测试，通过时８块砂岩岩样的测试，初步得出了饱和水砂岩波速和动静态弹性参数随应力状态变化的基本规律，给出了岩石静态弹性模量和静态泊松比随岩石密度、孔隙度和围压等参数变化的多元线性回归关系式，并对动、静态弹性参数间的关系进行了初步分析。     

碳酸盐岩波速与弹性模量变化规律试验研究

通过试验测试干燥和饱和碳酸盐岩样品在准静态和超声波频率下的弹性参数,并分析其波速和弹性模量特征。结果表明:除了加载频率的差异外,静态和动态测量包含不同的应变幅度差异;碳酸盐岩样品的波速随孔隙度的增大而减小,在饱和样品中波速比随着孔隙度的增加有更分散的效果;饱和岩样的纵横波速度相对干燥岩样有增加和减少现象存在,剪切弱化证实了水饱和情况下存在流体与岩石相互作用。     

循环加卸载下岩样变形与强度特征试验

基于在伺服试验机上对不同晶粒大理岩样进行单轴循环加卸载试验,研究了岩石的变形与强度特征.结果表明,岩石材料具有明显的记忆性,岩样循环加卸载过程的外包络线与单调加载的全程应力-应变曲线相吻合,加卸载路径不能完全重复,应力与应变之间不存在一一对应关系,岩样的线性变形并不意味着弹性变形;循环加卸载对岩石力学参数的影响不是很大,其偏差在正常离散范围以内;整个循环加卸载过程中,岩样的杨氏模量及能耗并非常数;弹性阶段加卸载的平均杨氏模量基本一致,能够表征岩石材料的变形特性,且在弹性阶段能耗较少,而在裂隙压密、屈服和破坏阶段耗能较多;软弱岩样在加卸载过程中需要消耗更多的能量.     

三轴应力下饱和水砂岩动静态弹性参数的试验研究

建立了一套试验装置，以解决含水岩样变形的电阻应变片测量问题，并实现有孔隙压力的三轴应力下饱和水岩相纵、横波速度和变形的同步测试，通过了８块砂岩岩样的测试，初步得出了饱和水砂岩波速和动静态弹性参数随应力状态变化的基本规律，给出了岩石静态性模量和静态泊松比随岩石密度、孔隙度和围压等参数变化的多元线性回归关系式，并对动、静态弹参数间的关系进行了初步分析。     

三轴条件下不同岩性岩石动静态力学参数特征试验分析

基于室内三轴测试获得地层条件下6种岩性岩石(深层长石岩屑砂岩、硬石膏质泥岩、泥质硬石膏岩、中深层岩屑砂岩、泥页岩及煤岩)声学及力学参数数据,对岩石物性、静态力学参数及动态声学参数间关系进行了研究。结果表明：不同岩性岩石密度与动静态力学参数间关系好于孔隙度,岩石密度与Vp间相关性好于Vs;岩石密度、孔隙度或纵横波波速与杨氏模量的关系好于泊松比;动态Vp/Vs与岩石孔缝及物性具有一定相关性。所测试6种岩性岩石中,由于泥质硬石膏岩密度大且致密,其动静态杨氏模量大体相当。其它各类岩性岩石动态杨氏模量值均大于静态值,平均约大30.5%;硬石膏质泥岩、泥质硬石膏岩和中深层岩屑砂岩的动态泊松比值略大于静态值,深层长石岩屑砂岩、泥页岩及煤岩的动态泊松比值略小于静态值,但动静态泊松比绝对差值不大。     

小应力扰动下岩石弹性波速变化的波形检测

弹性波速变化能够反映岩石内部结构和应力的变化,成为工程结构监测的重要基础,其关键是实现小应力扰动下的高精度检测。在室内建立一套试验测量系统,对3类岩石的6块样品进行单轴压缩试验,同步记录小应力作用下岩石的应变、声发射及超声波波形。分析岩石非均质引起的多次散射波(尾波)特性,利用尾波干涉测量实现波速变化的高精度波形检测,发展小应力扰动下岩石弹性波速变化的检测方法,并对尾波波速随应力的变化规律进行分析。结果表明:尾波干涉测量可以实现小应力扰动下的高精度动态监测,具有对岩体扰动小、灵敏度高、稳定性好、操作简单的优点;所提方法应用的条件是介质散射强度高,尾波较为发育,观测系统重复性好;尾波波速随应力的相对变化率dv/v是岩石损伤状态的一种表征,尾波波速变化具有记忆效应;与声发射相比,所提方法稳定,易识别,可用于岩心地应力测试。     

鄂尔多斯盆地南缘长8储层岩石力学特征及影响因素

鄂尔多斯盆地南缘中生界长8是进行油气开发的重点层位,针对长8储层砂泥岩交互,低孔低渗的特点,对其岩心样品开展了模拟地层下的岩石力学实验研究。实验研究表明：三轴条件下,岩心样品均随着围压的增大,破坏强度变大,即弹性极限显著增加;随着围压的增大,岩石的抗压强度显著增加;随着围压的增大,岩石的变形显著增大。利用测井资料,计算出了动态岩石力学参数并结合实验结果进行了动静态参数拟合,结果表明在进行GR加权的情况下拟合情况较好,因此构建了较可靠的岩石力学参数剖面。在岩石力学参数剖面的基础上,对岩石力学参数空间分布的影响因素进行分析,表明影响泊松比、杨氏模量和抗压强度空间分布的主要因素为岩性、泥质含量和深度。研究成果对鄂南地区长8储层的压裂优化设计提供了重要的依据。     

塔里木盆地塔中地区岩石力学参数模型建立及其应用

通过对塔里木盆地塔中地区鹰山组地层的岩心进行室内岩石力学试验,获得了该地区岩石的杨氏模量、泊松比、内聚力、内摩察角等静态岩石力学参数和动态岩石力学参数。对试验结果进行了分析研究,得到了岩石纵横波时差关系拟合模型、岩石力学参数拟合模型及动静态参数关系模型。根据回归分析建立的岩石力学参数模型,结合测井资料得到的岩石力学参数剖面,为预测区块地应力、地层孔隙压力、合理钻井液密度确定等提供准确的岩石力学参数,为钻探提供合理的工程参数。     

冻融循环条件下灰岩力学性能试验研究

为研究灰岩在不同冻融循环条件下岩石物理力学性能变化情况,利用快速冻融机和2 000 KN三轴压缩试验机对不同冻融次数下灰岩进行单轴压缩试验,得到冻融灰岩应力-应变关系曲线。结果表明：随着冻融次数的增加,抗压强度、弹性模量、泊松比均逐渐降低,且降低程度服从指数衰减模型,20次冻融之前,岩样应力-应变曲线塑性阶段不明显,随着冻融次数的继续增加,塑性特征逐渐明显,岩样脆性逐渐降低;试验得到不同冻融次数下饱水岩样波速均大于干燥状态下的波速,且随冻融次数的增大呈指数形式降低;最后,基于波速建立以岩石动弹模为损伤变量的冻融损伤方程,拟合结果显示损伤随冻融次数的增加而增大,但增长速率逐渐减少。     

循环加卸载下砂岩能量演化特性分析与损伤表征

为探究饱和及干燥砂岩在加卸载过程中的能量演化与耗散特征,以西部砂岩为研究对象,开展常温下饱和及干燥砂岩单轴循环加卸载试验,通过能量法分析不同状态下砂岩弹性模量、泊松比、能量密度与循环次数之间的关系。结果表明：干燥及饱和砂岩在加载阶段和卸载阶段的弹性模量、泊松比均随加载次数的增大而增大,在相同卸载次数下干燥砂岩的弹性模量、泊松比均大于饱和砂岩；干燥及饱和砂岩的能量储存率随着循环次数先增大后减小,耗散比则相反,由于浸水软化饱和砂岩的能量密度拐点略迟于干燥砂岩；通过累计耗散能变量定义干燥及饱和砂岩的损伤特征,其损伤变量D值与循环次数变化规律相类似均呈下凹曲线。     

卸荷条件下锚杆对岩体变形参数的影响

采用有限元分析软件ADINA对含节理的岩体模型进行二维的有限元数值计算，岩体在加载和卸载条件下，其力学特性有本质的区别．重点分析了在卸荷条件下，锚杆的数量和倾角的变化对岩体变形参数如变形模量和泊松比的影响，揭示了岩体变形参数变化趋势并说明了产生变化的原因．     

地层条件下岩石动静力学参数的实验研究

在实际地层三轴应力和温度条件下 ,测量了 CX地区地表至 50 0 0 m深度砂、泥岩样品的静力学参数。对其中大部分样品进行了岩石力学和声波速度 (v P,v S)的同步测试 ,由此获得了在相同应力和温度条件下岩石的动、静力学参数。根据实验结果 ,讨论了在实际埋深条件下CX地区砂、泥岩的静力学参数、波速及动力学参数的变化特征 ,以及岩石动、静力学参数间的关系。     

岩石的动静弹性模量的关系

以川东北飞仙关组的储层和致密层岩石为研究对象,采用弹性波试验和单轴压缩试验相结合的方法,取得相应岩石的各种物理力学参数和声学参数;在此基础上,采用非线性拟合,建立了不同岩性的岩石的动弹性模量与静弹性模量的相关关系,为石油开采中钻孔测井研究提供了基础.研究表明,由于受岩体的完整性和风化破坏程度等影响,岩石试件用动力法求得的动弹性模量和用静力法求得的静弹性模量均存在较大差异,且岩石动静弹性模量的关系呈二次多项式函数关系.     

岩石声波压实效应的实验研究

选用不同地区2口井的具有代表性的不同岩性的砂岩、泥岩样品,研究孔隙结构、孔隙流体性质、岩石骨架在声波压实效应过程中所起的作用.研究发现: (1) 纵波时差(Tp)的压实效应随孔隙度(φ)增大而趋明显,孔隙度越大,时差随压力变化越快; (2)随着上覆有效压力(p)的增大,时差与孔隙度的线性相关程度减弱,说明Wyllie时间平均方程在较低压力范围内敏感; (3) 孔隙中所饱和的流体对横波速度(vs)影响不明显,而对于纵波,气饱和样品的波速明显小于液体饱和的波速,且气饱和样品的波速在低压时随压力的变化率比液体饱和的大; (4) 对于砂岩,在泥质含量与颗粒分选一定的情况下,颗粒分选差的岩石其杨氏模量比分选好的岩石大,颗粒分选差的岩石的杨氏模量随压力增大近似呈线性上升,颗粒分选好的岩石呈指数上升趋势;对于砂泥岩,弹性模量随着砂质含量的增大而增大.     

一种碳酸盐岩储层横波速度估算方法

根据岩石物理理论,使用相关岩石物理模型分别计算岩石基质、干燥岩石骨架以及饱和岩石的弹性模量,进而计算碳酸盐岩储层的横波速度。基于碳酸盐岩孔隙的形状和连通性,将孔隙划分为孔洞、粒间孔隙、裂隙及泥质孔隙四种类型,对应地分别计算各类孔隙的纵横比和孔隙度,确定碳酸盐岩储层孔隙微结构参数。提出基于自适应遗传算法的矿物组分弹性模量计算方法,使用实测纵波速度作为约束条件反演求取岩石矿物组分的体积模量和剪切模量,确定碳酸盐岩储层的岩性参数。将该横波速度计算方法用于实际研究区的测井资料,取得了较好的效果,证明了方法的有效性,为复杂碳酸盐岩储层预测提供了有利的帮助。     

锚杆尾部断裂机制和防破断方法应用

 基于岩体弹性能释放对锚杆的冲击作用,采用冲击动力学中刚性块对杆轴向碰撞的应力解,推导出了锚杆断裂的4种围岩应力条件。在此基础上分析了岩石弹性模量、锚杆弹性模量、锚杆直径与岩石泊松比等因素对锚杆断裂的影响。分析结果显示:在这4种围岩应力条件中,杆头被一次冲断基本上是不可能的,由于其他几种锚杆断裂时的围岩应力条件很接近,所以在实际中锚杆尾部被一次冲断的可能性最高,这也印证了锚杆尾部容易断裂的观点;另外,锚杆断裂的围岩应力条件受岩石弹性模量、岩石泊松比、岩石密度、锚杆弹性模量、锚杆密度、锚杆直径等因素的影响,其中影响较大的是岩石弹性模量与锚杆弹性模量的比值、锚杆直径和岩石泊松比;锚杆尾部断裂的围岩应力条件对于改进锚杆形式、优化锚杆力学性质有理论指导意义。最后,以马路坪矿的巷道工程为例,说明了锚杆防破断方法的具体应用,收到了良好的效果,可以在实际工程中推广应用。     

拉压弹性常数不同对梁的弯曲强度的影响

岩石类材料(包括混凝土材料)在受拉与受压状态的弹性模量和泊松比是有明显差异的,本文推导了拉压弹性模量不同的矩形截面梁纯弯曲情况下弹性力学的解答.结果表明,不考虑拉压弹性模量的差异会引起较大误差.