海洋石油钻井岩石力学研究及应用1.ppt
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1、课程提纲课程提纲岩石力学简介岩石力学简介o岩石力学及其研究对象的特点岩石力学及其研究对象的特点o岩石力学的研究内容岩石力学的研究内容o岩石力学在海洋钻井工程中的任务岩石力学在海洋钻井工程中的任务第1页/共37页一、岩石力学及其研究对象的特点一、岩石力学及其研究对象的特点岩石力学岩石力学是运用力学原理和方法来研究岩石的是运用力学原理和方法来研究岩石的力学以及与力学有关现象的一门新兴科学。它力学以及与力学有关现象的一门新兴科学。它不仅与国民经济基础建设、资源开发、环境保不仅与国民经济基础建设、资源开发、环境保护、减灾防灾有密切联系,具有重要的实用价护、减灾防灾有密切联系,具有重要的实用价值,而且也
2、是力学和地学相结合的一个基础学值,而且也是力学和地学相结合的一个基础学科科岩石力学研究的现状和未来岩石力学研究的现状和未来第2页/共37页研究对象:研究对象:岩石是构成地壳的基本材料,是经过岩石是构成地壳的基本材料,是经过地质作用而天然形成的(一种或多种)矿物集合地质作用而天然形成的(一种或多种)矿物集合体,具有一定的强度。体,具有一定的强度。分类:分类:岩石通常按地质成因分为岩浆岩、沉积岩岩石通常按地质成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩等三种类型。和变质岩等三种类型。一、岩石力学及其研究对象的特点一、岩石力学及其研究对象的特点第3页/共37页玄武岩玄武岩玄武岩第4页/共37页大理石大理石片麻岩片
3、麻岩第5页/共37页第6页/共37页第7页/共37页不连续性不连续性:岩石物理力学性质呈现不连续变化的性质。:岩石物理力学性质呈现不连续变化的性质。不均匀性不均匀性:指天然岩体的物理、力学性质随空间位置不:指天然岩体的物理、力学性质随空间位置不同而异的特性。同而异的特性。各向异性各向异性:是指天然岩体的物理力学性质随空间方位不:是指天然岩体的物理力学性质随空间方位不同而异的特性,具体表现在它的强度及变形特性等各方同而异的特性,具体表现在它的强度及变形特性等各方面。面。渗透性渗透性:有压水可以透过岩石的孔隙、裂隙而流动,岩:有压水可以透过岩石的孔隙、裂隙而流动,岩石能透过水的能力称为岩石的渗透性
4、。石能透过水的能力称为岩石的渗透性。赋存环境赋存环境:地应力、水、温度:地应力、水、温度一、岩石力学及其研究对象的特点一、岩石力学及其研究对象的特点第8页/共37页二、岩石力学的研究内容二、岩石力学的研究内容1.1.岩石的组构特征岩石的组构特征2.2.岩石的物理、水理、热学性质岩石的物理、水理、热学性质3.3.岩石的变形破坏规律岩石的变形破坏规律4.4.岩石的水动力学性质岩石的水动力学性质5.5.岩石中的初始应力岩石中的初始应力第9页/共37页1 1)岩石的物质组成)岩石的物质组成粘土矿物粘土矿物硅酸盐类矿物硅酸盐类矿物碳酸盐类矿物碳酸盐类矿物氧化物类矿物氧化物类矿物组成岩石的矿物组成岩石的矿
5、物组成岩石的矿物成分及其相对含量在一定程度上组成岩石的矿物成分及其相对含量在一定程度上决定着岩决定着岩石的石的力学性质力学性质1 1、岩石的组构特征、岩石的组构特征第10页/共37页物质组成对力学性质的影响物质组成对力学性质的影响o一般硅酸盐矿物有石英、长石、角闪石、辉一般硅酸盐矿物有石英、长石、角闪石、辉石、橄榄石(粒状)及云母和粘土矿物(片石、橄榄石(粒状)及云母和粘土矿物(片状)等状)等o含硬度大的粒状矿物愈多,岩石强度高花含硬度大的粒状矿物愈多,岩石强度高花岗岩、闪长岩、玄武岩岗岩、闪长岩、玄武岩o含硬度小的片状矿物愈多,岩石强度愈低含硬度小的片状矿物愈多,岩石强度愈低粘土岩、泥岩粘土
6、岩、泥岩第11页/共37页o碳酸盐类矿物主要包括石灰岩和白云岩类,碳酸盐类矿物主要包括石灰岩和白云岩类,岩石的物理力学性质取决于岩石中的岩石的物理力学性质取决于岩石中的CaCOCaCO3 3及酸不溶物的含量及酸不溶物的含量oCaCOCaCO3 3含量愈高,如纯灰岩、白云岩强度高含量愈高,如纯灰岩、白云岩强度高o泥质含量高的,如泥质灰岩、泥灰岩等力学泥质含量高的,如泥质灰岩、泥灰岩等力学性质差性质差物质组成对力学性质的影响物质组成对力学性质的影响第12页/共37页o碎屑岩的力学性质与胶结物成分的关系:碎屑岩的力学性质与胶结物成分的关系:o强度上:硅质强度上:硅质 铁质铁质 钙质钙质 泥质泥质物质
7、组成对力学性质的影响物质组成对力学性质的影响第13页/共37页第14页/共37页泥页岩的粘土矿物组成泥页岩的粘土矿物组成o蒙脱石蒙脱石o伊利石伊利石o绿泥石绿泥石o高岭石高岭石o伊蒙混层伊蒙混层粘土矿物粘土矿物力学性质力学性质 蒙脱石含量高蒙脱石含量高软,易变形,易水化软,易变形,易水化 伊利石含量高伊利石含量高硬脆,不易变形,不易水化硬脆,不易变形,不易水化第15页/共37页2 2)岩石的结构)岩石的结构岩岩石石的的结结构构:岩岩石石内内矿矿物物颗颗粒粒的的大大小小、形形状状、排排列列方方式式及及微微结结构构面面发发育育情情况况与与粒粒间间连连结结方方式式等等反反映映在在岩岩块块构构成成上上
8、的的特特征征。其其中中,粒粒间间连连结结分分结结晶晶连连结结与胶结连结与胶结连结1 1、岩石的组构特征、岩石的组构特征颗粒形状颗粒形状 强度:强度:粒状、柱状粒状、柱状片状片状鳞状鳞状颗粒大小颗粒大小 强度:强度:粗粒粗粒 不等粒不等粒第16页/共37页2 2)岩石的结构)岩石的结构微微结结构构面面:存存在在于于矿矿物物颗颗粒粒内内部部或或矿矿物物颗颗粒粒间间的的软软弱弱面面或或缺缺陷陷,包包括括矿矿物物解解理理、晶晶格格缺缺陷陷、粒粒间间空隙、微裂隙、微层理及片理面、片麻理面等空隙、微裂隙、微层理及片理面、片麻理面等 降低岩石强度降低岩石强度 导致岩石力学性质各向异性导致岩石力学性质各向异性
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