巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)方案

1、實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)一 單軸壓縮試驗(yàn)一.實(shí)驗(yàn)的目的以白堊系軟巖為研究對(duì)象，設(shè)置不同的凍結(jié)溫度，分別對(duì)巖樣進(jìn)行一次凍融循環(huán)，并測(cè)定其凍融前后的單軸抗壓強(qiáng)度和楊氏彈性模量，且繪出應(yīng)力應(yīng)變曲線。當(dāng)無(wú)側(cè)限試樣在縱向壓力作用下出現(xiàn)壓縮破壞時(shí)，單位面積上所承受的載荷稱(chēng)為巖石的單軸抗壓強(qiáng)度，即式樣破壞時(shí)的最大載荷與垂直與加載方向的截面積之比。本次試驗(yàn)主要測(cè)定飽和狀態(tài)下試樣的單軸抗壓強(qiáng)度。二.試樣制備 (1)樣品可用鉆孔巖芯或在坑槽中采取的巖塊，在取樣和試樣制備過(guò)程中，不允許發(fā)生人為裂隙。(2)試樣規(guī)格：經(jīng)過(guò)鉆取巖芯、巖樣尺寸切割、巖樣打磨幾道工序制備成直徑5cm、高10cm的圓柱體。 (3)試樣制備的精度應(yīng)満足如下

2、要求：a沿試樣高度，直徑的誤差不超過(guò)0.03cm；b試樣兩端面不平行度誤差，最大不超過(guò)0.005cm；c端面應(yīng)垂直于軸線，最大偏差不超過(guò)0.25°；d 方柱體試樣的相鄰兩面應(yīng)互相垂直，最大偏差不超過(guò)0.25°。三.主要儀器設(shè)備1、制樣設(shè)備：鉆石機(jī)、切石機(jī)及磨石機(jī)。 2、測(cè)量平臺(tái)、角尺、游標(biāo)卡尺、放大鏡、低溫箱等。3、壓力試驗(yàn)機(jī)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.取加工好的巖石試樣15塊，放入抽真空設(shè)備中進(jìn)行飽水處理，浸泡24h；2.a（1）從飽水后的試樣中取3 塊，進(jìn)行凍結(jié)前常溫（+20）條件下巖石的單軸壓縮試驗(yàn)，并記錄應(yīng)力-應(yīng)變曲線等信息；（2）從剩下的飽水巖樣中取出6塊放入低溫箱中，在恒

3、溫-10條件下凍結(jié)48h；（3）取出凍結(jié)后的3塊巖樣，進(jìn)行凍結(jié)-10條件下巖石的單軸壓縮試驗(yàn)，并記錄應(yīng)力-應(yīng)變曲線等信息；（4）取出凍結(jié)后另外3塊巖樣，在室內(nèi)常溫環(huán)境下自然解凍后，進(jìn)行巖石凍結(jié)解凍后恢復(fù)到常溫條件下巖石的單軸壓縮試驗(yàn)，并記錄應(yīng)力-應(yīng)變曲線等信息；b.以剩余的6塊試樣為對(duì)象，把凍結(jié)溫度設(shè)置為-30，重復(fù)a中步驟（2）（4）；3.通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析在兩種凍結(jié)溫度下，巖樣凍結(jié)前、凍結(jié)中和凍結(jié)解凍后三種狀態(tài)下三種巖石單軸壓縮下強(qiáng)度、應(yīng)力-應(yīng)變曲線及彈性模量等參數(shù)的變化情況。五成果整理和計(jì)算1.按下式計(jì)算巖石的單軸抗壓強(qiáng)度：-巖石單軸抗壓強(qiáng)度，MPa；-最大破壞荷載，N；-垂直于加載方向的

4、試樣橫截面積，mm2。2.固體材料的彈性模量是指彈性范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的比值，反映材料的堅(jiān)固性。計(jì)算割線彈性模量E50 ，即應(yīng)力應(yīng)變曲線零荷載點(diǎn)與單軸抗壓強(qiáng)度50%水平交點(diǎn)連線的斜率。 -割線彈性模量，MPa；-相當(dāng)于50%抗壓強(qiáng)度的應(yīng)力值，MPa；-應(yīng)力為抗壓強(qiáng)度50%時(shí)的應(yīng)變值。實(shí)驗(yàn)二 含水率試驗(yàn)一.實(shí)驗(yàn)的目的以白堊系軟巖為研究對(duì)象，設(shè)置不同的凍結(jié)溫度，分別對(duì)巖樣進(jìn)行一次凍融循環(huán)，并測(cè)定其凍融前后的飽和吸水率變化情況。巖石的吸水率是判斷巖石強(qiáng)度和抗凍性能的重要指標(biāo)，是計(jì)算巖石其他物理參數(shù)的必要參數(shù)，可根據(jù)巖石的飽和吸水率分析巖石凍融前后微裂紋的發(fā)育程度。二.試樣制備 (1)樣品可用鉆孔巖芯或

5、在坑槽中采取的巖塊，在取樣和試樣制備過(guò)程中，不允許發(fā)生人為裂隙。(2)試樣規(guī)格：經(jīng)過(guò)鉆取巖芯、巖樣尺寸切割、巖樣打磨幾道工序制備成直徑5cm、高10cm的圓柱體。 (3)試樣制備的精度應(yīng)満足如下要求：a沿試樣高度，直徑的誤差不超過(guò)0.03cm；b試樣兩端面不平行度誤差，最大不超過(guò)0.005cm；c端面應(yīng)垂直于軸線，最大偏差不超過(guò)0.25°；d 方柱體試樣的相鄰兩面應(yīng)互相垂直，最大偏差不超過(guò)0.25°。三.主要儀器設(shè)備1、制樣設(shè)備：鉆石機(jī)、切石機(jī)及磨石機(jī)； 2、烘干箱、干燥器、水槽、低溫箱等；3、電子天平（感量0.01g）；4真空抽氣設(shè)備。四操作步驟1.用毛刷清除試件表面的塵

6、土和松動(dòng)顆粒。對(duì)軟巖和裂隙較發(fā)育的巖石，應(yīng)用橡皮筋或細(xì)鐵絲把試件四周纏起來(lái)，以防止試件在吸水過(guò)程中掉塊或崩解。2. （1）取加工好的試件6塊，放在105110的烘箱中干燥24h后取出試件，放入干燥器中冷卻到室溫稱(chēng)取質(zhì)量；（2）把干燥后的巖石試塊放入抽真空設(shè)備中進(jìn)行飽水處理，浸泡24h 后，從抽氣罐中取出飽水后的巖石試塊并用濕毛巾擦干試塊表面水分稱(chēng)其各自質(zhì)量，計(jì)算出凍結(jié)前三種巖石各自平均飽和吸水率；（3）取步驟（2）中飽和后的巖石巖樣3塊放入低溫箱中，在恒溫-10條件下凍結(jié)48h，凍結(jié)完畢后在常溫（+20）環(huán)境中進(jìn)行自然解凍直到微小孔隙裂隙中的小冰塊全部融化；（4）把步驟（2）中剩余的3塊飽和后

7、的巖石巖樣放入低溫箱中，在恒溫-30條件下凍結(jié)48h，凍結(jié)完畢后在常溫（+20）環(huán)境中進(jìn)行自然解凍直到微小孔隙裂隙中的小冰塊全部融化；（5）重復(fù)步驟（1）（2），計(jì)算出不同凍結(jié)溫度下巖石的飽和吸水率，并分析對(duì)比凍融前后巖石飽和吸水率的變化情況。五成果整理計(jì)算巖石的飽和吸水率，精確至0.01%。-飽和吸水率，%；-試件強(qiáng)制飽和后的質(zhì)量，g；-試件烘干后的質(zhì)量，g。實(shí)驗(yàn)三 氮吸附實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊园讏紫弟泿r為研究對(duì)象，設(shè)置不同的凍結(jié)溫度，分別對(duì)巖樣進(jìn)行一次凍融循環(huán)，并測(cè)定巖石在凍融前后試樣內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)（孔容、孔徑和比表面積等）的變化情況，選擇孔隙比表面積、孔容和孔徑作為衡量巖石經(jīng)過(guò)一次凍融循環(huán)后的損

8、傷變量，從微觀角度對(duì)比分析巖石凍融前后的損傷情況。二試樣制備三試件描述巖石的名稱(chēng)、顏色、礦物成分、結(jié)構(gòu)及風(fēng)化程度等。四實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1. 鉆石機(jī)、切石機(jī)及磨石機(jī)；2.電子天平秤、干燥箱、低溫箱、比表面積分析儀等。五操作步驟1.把制備好的巖樣放到真空干燥箱中烘干24h；2.把烘干后的樣品轉(zhuǎn)入樣品管中并稱(chēng)其質(zhì)量并進(jìn)行編號(hào)； 3.把編好號(hào)的樣品管放到加熱槽中加熱并抽真空保證足夠的抽真空時(shí)間；4.把樣品管放入主機(jī)中的液氮冷浴中開(kāi)始進(jìn)行全自動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)得出凍結(jié)前巖石樣品的孔隙分析和比表面積分析報(bào)告；5.取出試驗(yàn)后的樣品進(jìn)行飽水處理并取出其中的一半樣品放到低溫箱中在恒溫-10條件下凍結(jié)48h

9、，另一半樣品放到低溫箱中在恒溫-30條件下凍結(jié)48h；6.取出凍結(jié)后的巖樣在常溫（+20）環(huán)境中進(jìn)行自然解凍48h； 7.重復(fù)步驟14得出同種巖石不同凍結(jié)溫度條件下解凍后巖石樣品的孔隙分析和比表面積分析報(bào)告；8.對(duì)凍融前后兩次測(cè)試報(bào)告進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理得到相應(yīng)的結(jié)論。六實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理及成果分析。實(shí)驗(yàn)四 CT掃描實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康腃T 識(shí)別技術(shù)是通過(guò)發(fā)射 X 射線使其圍繞物體旋轉(zhuǎn)并收集 X 射線的衰減信息，以此來(lái)重建 CT 圖像的先進(jìn)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。本實(shí)驗(yàn)以白堊系軟巖為研究對(duì)象，設(shè)置不同的凍結(jié)溫度，分別對(duì)巖樣進(jìn)行一次凍融循環(huán)，然后運(yùn)用 CT 掃描技術(shù)，進(jìn)行不同凍結(jié)溫度下巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)的 CT 掃描實(shí)驗(yàn)，

10、獲得凍結(jié)過(guò)程中巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)的 CT 圖像，通過(guò) CT 數(shù)的變化反映為 CT 圖像灰色度和顏色的改變，從微觀角度定量地分析巖石在不同凍結(jié)溫度下各相介質(zhì)的分布、細(xì)觀結(jié)構(gòu)的損傷情況，為研究?jī)鼋Y(jié)巖石的損傷特性提供依據(jù)。二試樣制備 試樣制備如實(shí)驗(yàn)一三試樣描述和實(shí)驗(yàn)原理1.試樣描述巖石的名稱(chēng)、顏色、礦物成分、結(jié)構(gòu)及風(fēng)化程度等。2.實(shí)驗(yàn)原理CT 識(shí)別技術(shù)的工作原理：將 X 射線源與檢測(cè)接收器固定在同一機(jī)架上，將其與被檢測(cè)物體進(jìn)行同步聯(lián)動(dòng)掃描，掃描機(jī)架每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度就進(jìn)行一次掃描，在每次掃描結(jié)束后，掃描機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)到下一個(gè)角度再進(jìn)行下一次的掃描，如此反復(fù)重復(fù)上述過(guò)程，就可以采集到很多組掃描數(shù)據(jù)。最后這些掃描信息進(jìn)

11、行處理后，則可得被檢測(cè)物體某一掃描層面的真實(shí)數(shù)字圖像。四實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1、制樣設(shè)備：鉆石機(jī)、切石機(jī)及磨石機(jī)。 2、測(cè)量平臺(tái)、角尺、游標(biāo)卡尺、低溫箱、真空抽氣機(jī)、水槽等。3. X 射線螺旋 CT 機(jī)。五實(shí)驗(yàn)步驟1.對(duì)干燥巖樣各掃描層面進(jìn)行連續(xù) CT 掃描，得到巖樣初始細(xì)觀結(jié)構(gòu)及損傷圖像；2.對(duì)飽水巖樣進(jìn)行連續(xù) CT 掃描試驗(yàn)，觀測(cè)水補(bǔ)給后巖樣內(nèi)細(xì)觀結(jié)構(gòu)的 CT 掃描圖像；3.把已加工好的巖樣平均分為兩組，一組巖樣放入低溫箱中，在恒溫-10條件下凍結(jié)48h，然后進(jìn)行巖樣的連續(xù) CT 掃描，觀察-10時(shí)巖樣內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)及各相介質(zhì)分布情況；4.另一組巖樣放入低溫箱中，在恒溫-30條件下凍結(jié)48h，然后進(jìn)

12、行巖樣的連續(xù) CT 掃描，觀察-30時(shí)巖樣內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)及各相介質(zhì)分布情況；5.使步驟3和4中的巖樣在常溫（+20）環(huán)境中進(jìn)行自然解凍直到微小孔隙裂隙中的小冰塊全部融化，然后分別進(jìn)行巖樣的連續(xù) CT 掃描，觀察兩組巖樣內(nèi)的細(xì)觀結(jié)構(gòu)及各相介質(zhì)分布的變化情況。注：本實(shí)驗(yàn)中對(duì)巖樣所做的干燥和飽水處理過(guò)程和實(shí)驗(yàn)一中方法相同。六數(shù)據(jù)整理和成果分析孔隙度 編輯詞條B 添加義項(xiàng) ?巖樣中所有孔隙空間體積之和與該巖樣體積的比值，稱(chēng)為該巖石的總孔隙度，以百分?jǐn)?shù)表示。儲(chǔ)集層的總孔隙度越大，說(shuō)明巖石中孔隙空間越大。從實(shí)用出發(fā)，只有那些互相連通的孔隙才有實(shí)際意義，因?yàn)樗鼈儾粌H能儲(chǔ)存油氣，而

13、且可以允許油氣在其中滲濾。因此在生產(chǎn)實(shí)踐中，提出看了有效孔隙度的概念。有效孔隙度是指那些互相連通的，在一般壓力條件下，允許流體在其中流動(dòng)的孔隙體積之和與巖樣總體積的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。顯然，同一巖石有效孔隙度小于其總孔隙度。孔隙度折疊編輯本段定義折疊所謂孔隙度是指巖石中孔隙體積 (或巖石中未被固體物質(zhì)充填的空間體積)與巖石總體積 的比值。孔隙度的研究折疊陸相層序地層與被動(dòng)大陸邊緣海相層序地層之間存在較大的差異.陸相盆地沉積受多種因素控制,而且不同類(lèi)型盆地的主要控制因素又各不相同,造就了陸相盆地沉積類(lèi)型多、相變快、橫向連續(xù)性差、縱向上層序厚度變化大,頻繁的湖侵湖退使湖盆沉積垂向上韻律變化快;因此

14、陸相層序地層的形成、結(jié)構(gòu)和模式更為復(fù)雜,研究更為困難.在研究與實(shí)踐中,中國(guó)學(xué)者根據(jù)陸相盆地的邊界特征、體系域邊界特征、初始湖泛面和最大湖泛面、是否有坡折帶等因素,建立了符合中國(guó)盆地沉積實(shí)際的坳陷型盆地和斷陷型盆地層序地層格架和模式.控制陸相地層層序發(fā)育的因素主要是湖平面的變化、構(gòu)造、氣候、基準(zhǔn)面的變化和物源的供給,特別是構(gòu)造和氣候顯得十分重要,它們直接控制了湖平面的變化.陸相地層層序研究的方法體系主要包括露頭層序研究方法、實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和分析方法、測(cè)井層序地層分析、地震層序地層分析和層序地層的數(shù)值模擬方法.在油氣勘探中的區(qū)帶勘探階段、目標(biāo)勘探階段和開(kāi)發(fā)階段,層序地層學(xué)都能發(fā)揮不可替代的作用.有效孔隙

15、度折疊在自然狀態(tài)下材料中的的孔隙體積與材料體積之比，叫材料的孔隙度。它包括材料中所有的孔隙，不管它們是否連通。但在研究油貯的孔隙度時(shí)，所測(cè)量的孔隙度為連通的孔隙空間與巖石的總體積之比，即有效孔隙度。在一般情況下，有效孔隙度要比總孔隙度少510%。 多數(shù)油貯的孔隙度，變化在530%之間，最普通的是1020%范圍之內(nèi)?？紫抖炔坏?%的油貯，一般認(rèn)為是沒(méi)有開(kāi)采價(jià)值的，除非里面存在有取出的巖芯或巖屑中所沒(méi)有看到的斷裂、裂縫及孔穴之類(lèi)。分類(lèi)折疊根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)中粗略的孔隙度估計(jì)，儲(chǔ)集巖可以分為:孔隙度 05% 無(wú)價(jià)值孔隙度 510% 不好孔隙度 1015% 中?？紫抖?1520% 好孔隙度 2025% 極好

16、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)折疊孔隙度是儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的重要參數(shù)之一.核磁共振(NMR)孔隙度只對(duì)孔隙流體有響應(yīng)，在確定地層孔隙度方面具有其他測(cè)井方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì).但是，在中國(guó)陸相復(fù)雜地層的應(yīng)用中常常發(fā)現(xiàn)NMR孔隙度與地層實(shí)際孔隙度存在差異，有時(shí)差異甚至很明顯，影響了NMR測(cè)井的應(yīng)用效果.介紹了NMR孔隙度的理論基礎(chǔ)，在對(duì)NMR孔隙度影響因素分析的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考察了國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的NMR孔隙度測(cè)井方法對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，通過(guò)對(duì)大量人造巖樣和不同:占性的天然巖樣的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，提出了適合中國(guó)陸相地層的孔隙度測(cè)井方法，改善了NMR孔隙度的測(cè)量效果.針對(duì)中國(guó)陸相地層的復(fù)雜性，建議不同地區(qū)應(yīng)根據(jù);具體情況進(jìn)行巖心分析，確定恰當(dāng)?shù)腘MR測(cè)井方法，以獲得比較準(zhǔn)確的NMR孔隙度.孔隙度的定性方法折疊編輯本段孔隙度的測(cè)定是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的，用的是小塊的巖芯或巖屑。此外，還有幾種估計(jì)孔隙度的定性方法:電測(cè)折疊測(cè)量巖石的自然電位(SP)，計(jì)算單位為mv(毫伏)。對(duì)非滲透層，電位低;對(duì)孔隙巖層，電位較高。放射性測(cè)井折疊伽瑪射線測(cè)井是測(cè)量巖石中放出的自然伽瑪射線，中子測(cè)井是測(cè)量由于中子的作用而從巖層中感應(yīng)出來(lái)的伽瑪射線。中子測(cè)井曲線主要是受了氫的影響，也就是因?yàn)閹r石中有氣、油及水等流體的反映;而流體的存在就證明巖石中有孔隙。這兩類(lèi)測(cè)井曲線已廣泛的用來(lái)證明石灰?guī)r及白云巖儲(chǔ)