石油工程岩石力学

《石油工程岩石力学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《石油工程岩石力学（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第一节：绪论一、教学目的：通过岩石力学课程介绍，揭示课程在石油工程中的重要性，引导学生对该课程的兴 趣，认识岩石力学研究对象的特点及其与其它力学课程的联系及差异。二、基本要求：1、了解内容： 岩石力学学科的研究意义 岩石力学学科的发展历史及发展现状 岩石力学学科的研究内容及研究方法2、掌握内容： 岩石力学的定义 岩石的定义及分类 岩石力学研究对象的特点（岩石力学与弹性力学等力学学科的差异）不连续性非均质性各向异性渗透性 赋存环境（地应力-初始应力、温度、压力、油气水）3、介绍课程的学习目的及基本要求三、课程内容：1、岩石力学的研究意义1首先，来源于生产实践，生产实践也是岩石力学发展的推动力岩石

2、力学的发生与发展与其它学科一样，是与人类的生产活动紧密相关的。早在远古时代，我们的 祖先就在洞穴中繁衍生息，并利用岩石做工具和武器，出现过“石器时代”公元前2700年左右，古代 埃及的劳动人民修建了金字塔。公元前6世纪，巴比伦人在山区修建了 “空中花园”。公元前613-591 年我国人民在安徽淠河上修建了历史上第一座拦河坝。公元前256-251年，在四川岷江修建了都江堰水 利工程。公元前254年左右（秦昭王时代）开始出钻探技术。公元前218年在广西开凿了沟通长江和珠 江水系的灵渠，筑有砌石分水堰。公元前221-206年在北部山区修建了万里长城。在20世纪初，我国 杰出的工程师詹天佑先生主持建成

3、了北京-张家口铁路上一座长约1公里的八达岭隧道。在修建这些工 程的过程中，不可避免地要运用一些岩石力学方面的基本知识。2岩石力学在国民经济建设中有广泛的应用目前国际上已建和正建的大坝，最大高度超过300m，地下洞室的最大开挖跨度超过50m，矿山开采 深度超过4000m，边坡垂直高度达1000m，石油开采深度超过9000m，深部核废料处理需要考虑的时间效 应至少为1万年，研究地壳形变涉及的深度达50-60km，温度在1000oC以上，时间效应为几百万年。今 后，随着能源、交通、环保、国防等事业的发展，更为复杂、巨大的岩石工程将日益增多。3不重视岩石力学研究将造成工程事故国际上有许多工程由于对岩石

4、力学缺乏足够的研究，而造成工程事故。其中最著名的是法国马尔帕 塞(Malpasset)拱坝垮坝及意大利瓦依昂(Vajont)H程的大滑坡。马尔帕塞薄拱坝，坝高60m，坝基为片麻岩，1959年左坝肩沿一个倾斜的软弱面滑动，造成溃坝惨 剧，400余人丧生。瓦依昂双曲拱坝，坝高261.6米，坝基为断裂十分发育的灰岩。1963年大坝上游左 岸山体发生大滑坡，约有2.7-3.0亿立米的岩体突然下塌，水库中有5000万立米的水被挤出，击起250 米高的巨大水浪，高150米的洪波溢过坝顶，死亡3000余人。近年来，虽然岩石力学得到突飞猛进的 发展，但与岩体失稳有关的大坝崩溃，边坡滑动，矿山瓦斯爆炸，围岩地下

5、水灾害等惨剧仍时有发生。 诸如此类的工程实例，都充分说明能否安全经济地进行工程建设，在很大程度上取决于人们是否能够运 用近代岩石力学的原理和方法去解决工程上的问题。当前世界上正建和拟建的一些巨型工程及与地学有 关的重大项目都把岩石力学作为主要研究对象。4岩石力学在石油工程中的重要应用 井壁稳定性分析 水力压裂 出砂预测 地层可钻性预测钻头优选 定向射孔 套管损坏机理 地面沉降 四岩石力学的发展历史、现状及，面临的挑战1、形成历史 1951年，在奥地利创建了地质力学研究组，并形成了独具一格的奥地利学派。 同年，国际大坝会议设立了岩石力学分会。 1956年，美国召开了第一次岩石力学讨论会。 195

6、7年，第一本岩石力学专著出版。 1959年，法国马尔帕塞坝溃决，引起岩体力学工作者的关注和研究。 1962年，成立国际岩石力学学会(ISRM)。 1966年，第一届国际岩石力学大会在葡萄牙的里斯本召开。2、发展前沿 岩体结构与结构面的仿真模拟、力学表述及其力学机理问题 裂隙化岩体的强度、破坏机理及破坏判据问题 岩体与工程结构的相互作用与稳定性评价问题 软岩的力学特性及其岩体力学问题 水-岩-应力耦合作用及岩体工程稳定性问题 高地应力岩体力学问题 岩体结构整体综合仿真反馈系统与优化技术 岩体动力学、水力学与热力学问题 岩体流变与长期强度问题 岩体工程计算机辅助设计与图像自动生成处理。但是，作为一

7、门学科，岩石力学研究是从20世纪50年代前后才开始的。当时世界各国正处于第二 次世界大战以后的经济恢复时期，大规模的基本建设，有力地促进了岩石力学的研究与实践。岩石力学 逐渐作为一门独立的学科出现在世界上，并日益受到重视。3、国际岩石力学学会成立前(1962)的概况在国际岩石力学学会成立前，尤其是上世纪二战以后，为适应经济发展的迫切需要，各国都相继建 立了一些机构对岩石力学进行专题研究。当时各国有代表性的研究机构如下：美国：1) 美国军部工程兵团(ACE, Army Corps of Engineers U.S.A).2) 美国垦务局(Bureau of Reclamation U.S.A).

8、3) 卡罗拉多矿业学院(Colorado School of Mines)前苏联：1) 全苏水工研究院(B H M M r )2) 全苏矿山测量研究院(B H M M MM )3) 列宁格勒矿业学院4) 莫斯科建筑工程学院(MMCM )德国：1) 卡尔斯鲁大学(University of Karlsruhe)奥地利：1) 国际岩石力学研究所(Interfels)2) 维也纳工业大学(Technische Universtat Wien)瑞士：1)苏黎世工业大学(ETH,Eidgenossische Technische Hochschule Zurich)英国：1) 国家煤炭局(Nationa

9、l Coal Board, Great Britain)2) 伦敦大学帝国科学技术学院(Imperial College of Science and Technology, University ofLondon)法国：1) 法国工业大学固 体力学实验室(Ecole Polytechnique, Laboratorire de Mecanique desSolides)2) 法国电力局(Electricite de France)3) 巴黎结构中心研究所(Centre dEtudes du Batimen Paris)南非：1) 南非采矿与冶金研究院(South African Instit

10、ute of Mining and Metallurgy, SAIMM)2) 南非科学与工业研究委员会(CSIR, South African Council for Scientific and Industrial Research)澳大利亚：联邦科学与工业研究组织(CSIRO, Commonwealth Scientific & Industrial Research Organization)日本：(1)日本地质调查研究所(GSJ, Geological Survey of Japan)(2)土木工程研究院(PWRI,Public Works Research Institute)上述

11、研究机构中，不少单位具有悠久的历史，如美国卡罗拉多矿业学院(CSM)成立于1874年，南 非采矿与冶金研究院(SAIMM)成立于1894年，澳大利亚(CSIRO)成立于1926年等。这期间，国际上没有统一的岩石力学学术组织，国际学术交流大都是在国际土力学与基础工程 (ISSMFE)国际工程地质协会(IAEG)、国际理论与应用力学联合会(IUTAM)主办的学术会议上进行的。4、国际岩石力学学会成立以后的进展1962年国际岩石力学学会的成立标志着岩石力学的发展走向一个新阶段，以下重点加以介绍。1- 沿革国际岩石力学学会(ISRM,International Society for Rock Mec

12、hanics)是一个非政府、非赢利 的国际学术组织，其主要目的是推动和促进国际间岩石力学与工程领域的合作和学术交流。该学会成立于1962年，比国际土力学与基础工程学会的成立晚26年。它是在奥地利地质力学学会 (Osterrichische Geoellschaft fur Geomechanik,OGG)的基础上建立起来的。奥地利地质力学学会 是国际上第一个岩石力学学术团体，由缪勒教授(L.Muller)发起组织于1951年，会址设在萨尔茨堡 (Salzburg)。该学会自成立之日起，每年召开一次“奥地利地质力学学术讨论会”(Osterrichische Geomechanik-Kollogu

13、ium,OGG)。在1962年10月召开的第13届学术讨论会上，在L.Muller教授倡导 下，成立了国际岩石力学学会。会上推选L.Muller教授担任第一届国际岩石力学学会主席。此后于1966 年9月组织召开了第一届国际岩石力学大会(1st ISRM Congress)。大会在葡萄牙里斯本召开，参加会 议的有来自全世界40个国家或地区的代表共814名，提交论文241篇。反映了当时国际岩石力学的发 展水平。此后大约每隔4年召开一次大会(Congress)，每年召开区域性会议(Regional Symposium)或 年会(Annual Meeting or International Symp

14、osium) 0ISRM的官方语言为英语、法语和德语。法语名称为Societer Internationale de Mecanique des Roches,SIMR，德语名称为 Internationle Gesellschaft fur Felsmechnik,IGF.2- 组织1)会员学会的会员由国家小组、团体会员及通讯会员组成。国家小组(National Group,简称NG)是代表一个国家或地区(如东南亚地区)的岩石力学学会 或委员会参加国际学会的组织。国家小组的成员是国际学会的个人会员(Individual member)，或 普通会员(Ordinary member) o团体会

15、员(Corporate member)是与岩石力学有关的公司、协会或其它团体或组织，通常向国际 学会提供一定的经济支持，也称赞助会员(Supporting member) o通讯会员(Corresponding member)，仅代表个人参加国际学会。据2002年底统计资料，国际学会共有国家小组47个，普通会员5016个，通讯会员84个，团体会 员138个。学会秘书处(ISRM Secretariat)的成员为包括：秘书长，国际岩石力学学会信息通报(ISRMNEWS JOURNAL)主编，及行政、管理人员。学会秘书长负责处理日常工作，直接向主席负责。国际学会的秘书处一直设在葡萄牙里斯本国立土木工程研究所(LNEC, Laboratorio Nacional de Engenharia Civil)，地址为：101AV.do Brasil P-1799 Lisboa Codex PORTUGAL。E-mail: ISRM Inec.pt网址：http:/www.isrm/nethttp:/www.Inec.pt/ISRM/3- 国际学会历届主席为：Leopold Muller，奥地利(19621966)本届