钻井工程第一章-钻井工程地质条件—岩石教学内容.ppt

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1、钻井工程第一章-钻井工程地质条件—岩石沉积岩类型(1)碎屑沉积岩母岩风化后的物质经机械沉积作用后形成的岩石。碎屑颗粒（岩石碎屑、矿物碎屑）由胶结物（泥质、铁质、钙质、硅质）胶结在一起。砾岩：颗粒大于1mm。主要是火成岩、变质岩碎屑，碎屑间由胶结物充填。砂岩：颗粒0.1~1mm。石英、长石、辉石、角闪石、云母等矿物颗粒+胶结物粉砂岩：介于砂岩和泥岩之间的一类岩石，颗粒尺寸0.1~0.01mm。泥岩：颗粒小于0.01mm。主要成分为粘土矿物，并含有部分碎屑物质（石英、长石、云母等）。巨砾：＞1m；粗砾：100~1000mm；中砾：10~100mm；细砾：1~

2、10mm粗砂：0.5~1mm；中砂：0.25~0.5mm；细砂：0.1~0.25mm(2)化学沉积岩（结晶沉积）母岩风化后的溶解物质经化学沉积作用后形成晶质岩石。碳酸盐岩—石灰岩，主要成分为石灰石（CaCO3）白云岩，主要成分为白云石（MgCa(CO3)2）硫酸盐岩—石膏（CaSO4）岩盐—石盐（NaCl）在沉积岩中：泥岩—60%，砂岩—30%，碳酸盐岩居第三位。3.沉积岩的特点（1）结构特点结构指岩石的微观组织特征，包括矿物成分、颗粒大小、形状及排列方式、颗粒间的联结情况等。特点：矿物成分不确定、颗粒大小不等、颗粒形状多样、颗粒分布不均匀、胶结强度有强

3、有弱。（2）构造特点构造指岩石的宏观组织特征，是指岩石组分的空间分布及其相互间的位置关系。如层理、页理、节理（裂隙）、孔隙度等。层理—岩石一层层迭起来的现象。倾斜的层状结构是沉积岩的主要构造特征。形成层理的原因：①颗粒大小在纵向上的变化②岩石成分在纵向剖面上的变化③某些矿物颗粒的定向排列颗粒大小变化岩石成分变化某些矿物颗粒定向排列(3）各向异性和非均质性各向异性：如果物体的某一性质随方向的不同而不同，则称物体具有各向异性。岩石一般具有各向异性的性质。如在垂直于和平行于层理面的方向上，岩石的力学性质（弹性、强度等）有较大的差异。岩石的各向异性性质是由岩石的

4、构造特点所决定的。结晶矿物颗粒的定向排列、层理、片理、节理等使得岩石具有各向异性的特点。不均质性如果物体中不同部分的物理、化学性质不同，称该物体是不均质的。岩石一般为非均质体。这是由岩石成分、颗粒大小、颗粒间的联结强度、孔隙度（密度）的不均匀性所造成的。测定岩石的力学性质时，不同部位的实验结果常存在很大的差异。因此，应采用统计学理论，取合适的均值作为代表。二、岩石的机械性质（力学性质）1.几个概念岩石的力学性质—石受力后表现出来的变形特性和强度特性。弹性——岩石在外力作用下产生变形，外力撤除后变形随之消失，恢复到原来的形状和体积的性质称为弹性。相应的变形

5、称为弹性变形。塑性——岩石在外力作用下产生变形，外力撤除后变形不能完全恢复的性质。相应的残余变形称为塑性变形。脆性——岩石在外力作用下变形量很小（小于3%）时就发生破坏的性质。相应的破坏称为脆性破坏。强度——岩石在外力作用下发生破坏时的最大应力。抗拉强度—岩石单纯受拉伸应力作用时的强度。抗压强度—岩石单纯受压缩应力力作用时的强度。抗剪强度—岩石单纯受剪切应力作用时的强度抗弯强度—岩石单纯受弯曲应力作用时的强度。弹性模量和泊松比虎克定律：泊松比：弹性系数之间的关系：σ—应力；ε—应变；E—弹性模量τ—应力；γ—剪应变；G—剪切弹性模量（各向同性材料）2.简

6、单应力条件下岩石的力学性质简单应力条件：岩石受单一外载（压、拉、剪、弯）作用。（1）试验方法抗压试验抗拉试验-巴西实验抗剪试验抗弯试验破坏方式（2）一般规律：①在简单应力条件下，大部分岩石都接近弹性脆性体，岩石的破坏表现为脆性破坏。②岩石的弹性模量与所加载荷大小及应变种类有关。当载荷较小时，弹性模量接近常数，且各种应变情况下的弹性模量相差不大。当载荷较大时，在受压缩的情况下，弹性模量将随载荷的增大而增大；在受拉伸的情况，弹性模量则随载荷的增大而减小。③在动外力（如声波）作用下，大多数岩石服从直线虎克定律。④一般情况下抗拉强度＜抗弯强度≤抗剪强度＜抗压强度

7、。⑤垂直于地层层面方向的岩石强度＞平行于地层层面方向的岩石强度。3.复杂应力条件下岩石的力学性质(1)三轴岩石试验σ1σ2=σ3σ1σ1σ1σ2σ3σ2=σ3σ2σ3常规三轴试验：σ1＜σ2=σ3σ1＞σ2=σ3P=σ2=σ3P=σ2=σ3σ1σ1压缩拉伸（2）一般规律岩石在三轴应力条件下的强度明显增加。随着围压的增大，岩石强度增大。随着围压的增大，岩石由脆性向塑性转变，且围压越大，岩石破坏前呈现的也塑性越大。岩石从脆性向塑性转变的压力（围压）称为临界压力。不同的岩石，临界压力不同。在各向均匀压缩状态下，岩石永远不会破坏。σ3=0σ3=23.5σ3=

8、50σ3=85σ3=165σ3=326XXXXσ3=0σ3=27.5σ3=55.