岩石力学实验方案.doc

实验方案
实验一 单轴压缩试验
一。实验的目的
以白垩系软岩为研究对象,设置不同的冻结温度,分别对岩样进行一次冻融循环,并测定其冻融前后的单轴抗压强度和杨氏弹性模量，且绘出应力—应变曲线。当无侧限试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度,即式样破坏时的最大载荷与垂直与加载方向的截面积之比。
本次试验主要测定饱和状态下试样的单轴抗压强度。
二。试样制备
（1）样品可用钻孔岩芯或在坑槽中采取的岩块,在取样和试样制备过程中，不允许发生人为裂隙。
（2)试样规格:经过钻取岩芯、岩样尺寸切割、岩样打磨几道工序制备成直径5cm、高10cm的圆柱体。
（3)试样制备的精度应満足如下要求：
a沿试样高度,直径的误差不超过0.03cm；
b试样两端面不平行度误差,最大不超过0。005cm；
c端面应垂直于轴线，最大偏差不超过0.25°;
d 方柱体试样的相邻两面应互相垂直，最大偏差不超过0。25°.
三。主要仪器设备
1、制样设备：钻石机、切石机及磨石机.
2、测量平台、角尺、游标卡尺、放大镜、低温箱等。
3、压力试验机。
四、实验步骤
1.取加工好的岩石试样15块，放入抽真空设备中进行饱水处理，浸泡24h；
2.a．（1)从饱水后的试样中取3块，进行冻结前常温(+20℃）条件下岩石的单轴压缩试验，并记录应力—应变曲线等信息；(2)从剩下的饱水岩样中取出6块放入低温箱中，在恒温-10℃条件下冻结48h;（3）取出冻结后的3块岩样，进行冻结—10℃条件下岩石的单轴压缩试验,并记录应力-应变曲线等信息；(4）取出冻结后另外3块岩样,在室内常温环境下自然解冻后,进行岩石冻结解冻后恢复到常温条件下岩石的单轴压缩试验，并记录应力-应变曲线等信息;
b。以剩余的6块试样为对象，把冻结温度设置为-30℃，重复a中步骤（2）～（4）；
3。通过试验数据分析在两种冻结温度下，岩样冻结前、冻结中和冻结解冻后三种状态下三种岩石单轴压缩下强度、应力—应变曲线及弹性模量等参数的变化情况。
五．成果整理和计算
1.按下式计算岩石的单轴抗压强度：
-————岩石单轴抗压强度，MPa；
————最大破坏荷载，N；
-——-垂直于加载方向的试样横截面积，mm2。
2.固体材料的弹性模量是指弹性范围内应力与应变的比值,反映材料的坚固性.计算割线弹性模量E50，即应力应变曲线零荷载点与单轴抗压强度50%水平交点连线的斜率。
--————割线弹性模量，MPa；
--—-——相当于50％抗压强度的应力值，MPa；
--——-—应力为抗压强度50%时的应变值。
实验二含水率试验
一。实验的目的
以白垩系软岩为研究对象，设置不同的冻结温度，分别对岩样进行一次冻融循环,并测定其冻融前后的饱和吸水率变化情况。岩石的吸水率是判断岩石强度和抗冻性能的重要指标,是计算岩石其他物理参数的必要参数,可根据岩石的饱和吸水率分析岩石冻融前后微裂纹的发育程度。
二.试样制备
(1）样品可用钻孔岩芯或在坑槽中采取的岩块,在取样和试样制备过程中，不允许发生人为裂隙。
(2）试样规格:经过钻取岩芯、岩样尺寸切割、岩样打磨几道工序制备成直径5cm、高10cm的圆柱体。
（3）试样制备的精度应満足如下要求：
a沿试样高度，直径的误差不超过0。03cm；
b试样两端面不平行度误差，最大不超过0.005cm；
c端面应垂直于轴线,最大偏差不超过0。25°;
d 方柱体试样的相邻两面应互相垂直，最大偏差不超过0。25°。
三.主要仪器设备
1、制样设备：钻石机、切石机及磨石机；
2、烘干箱、干燥器、水槽、低温箱等；
3、电子天平（感量0.01g）；
4．真空抽气设备。
四．操作步骤
1.用毛刷清除试件表面的尘土和松动颗粒。对软岩和裂隙较发育的岩石,应用橡皮筋或细铁丝把试件四周缠起来，以防止试件在吸水过程中掉块或崩解。
2。（1)取加工好的试件6块，放在105℃～110℃的烘箱中干燥24h后取出试件，放入干燥器中冷却到室温称取质量；
（2）把干燥后的岩石试块放入抽真空设备中进行饱水处理，浸泡24h 后，从抽气罐中取出饱水后的岩石试块并用湿毛巾擦干试块表面水分称其各自质量，计算出冻结前三种岩石各自平均饱和吸水率；
（3)取步骤(2)中饱和后的岩石岩样3块放入低温箱中，在恒温—10℃条件下冻结48h，冻结完毕后在常温（+20℃)环境中进行自然解冻直到微小孔隙裂隙中的小冰块全部融化;
（4）把步骤（2）中剩余的3块饱和后的岩石岩样放入低温箱中，在恒温-30℃条件下冻结48h，冻结完毕后在常温（+20℃)环境中进行自然解冻直到微小孔隙裂隙中的小冰块全部融化；
（5）重复步骤(1）～（2）,计算出不同冻结温度下岩石的饱和吸水率，并分析对比冻融前后岩石饱和吸水率的变化情况.
五．成果整理
计算岩石的饱和吸水率，精确至0.01%。
—-——饱和吸水率，%；
-—--试件强制饱和后的质量，g；
——--试件烘干后的质量,g。
实验三 氮吸附实验
一．实验目的
以白垩系软岩为研究对象，设置不同的冻结温度,分别对岩样进行一次冻融循环,并测定岩石在冻融前后试样内部孔隙结构（孔容、孔径和比表面积等）的变化情况，选择孔隙比表面积、孔容和孔径作为衡量岩石经过一次冻融循环后的损伤变量,从微观角度对比分析岩石冻融前后的损伤情况。
二．试样制备
三．试件描述
岩石的名称、颜色、矿物成分、结构及风化程度等。
四．实验仪器设备
1。钻石机、切石机及磨石机；
2。电子天平秤、干燥箱、低温箱、比表面积分析仪等。
五．操作步骤
1。把制备好的岩样放到真空干燥箱中烘干24h；
2.把烘干后的样品转入样品管中并称其质量并进行编号；
3。把编好号的样品管放到加热槽中加热并抽真空保证足够的抽真空时间；
4。把样品管放入主机中的液氮冷浴中开始进行全自动试验,试验结束后系统会自
动得出冻结前岩石样品的孔隙分析和比表面积分析报告；
5。取出试验后的样品进行饱水处理并取出其中的一半样品放到低温箱中在恒温-10℃条件下冻结48h，另一半样品放到低温箱中在恒温-30℃条件下冻结48h；
6。取出冻结后的岩样在常温（+20℃）环境中进行自然解冻48h;
7.重复步骤1~4得出同种岩石不同冻结温度条件下解冻后岩石样品的孔隙分析和比表面积分析报告；
8.对冻融前后两次测试报告进行数据分析和处理得到相应的结论.
六．实验数据整理及成果分析。
实验四 CT扫描实验
一、实验目的
CT 识别技术是通过发射 X 射线使其围绕物体旋转并收集 X 射线的衰减信息,以此来重建 CT 图像的先进无损检测技术.本实验以白垩系软岩为研究对象，设置不同的冻结温度，分别对岩样进行一次冻融循环,然后运用 CT 扫描技术，进行不同冻结温度下岩石细观结构的 CT 扫描实验，获得冻结过程中岩石内部结构的 CT 图像，通过 CT 数的变化反映为 CT 图像灰色度和颜色的改变，从微观角度定量地分析岩石在不同冻结温度下各相介质的分布、细观结构的损伤情况，为研究冻结岩石的损伤特性提供依据.
二．试样制备
试样制备如实验一
三．试样描述和实验原理
1。试样描述
岩石的名称、颜色、矿物成分、结构及风化程度等。
2。实验原理
CT 识别技术的工作原理：将 X 射线源与检测接收器固定在同一机架上,将其与被检测物体进行同步联动扫描，扫描机架每转动一个角度就进行一次扫描，在每次扫描结束后，扫描机架转动到下一个角度再进行下一次的扫描，如此反复重复上述过程,就可以采集到很多组扫描数据。最后这些扫描信息进行处理后，则可得被检测物体某一扫描层面的真实数字图像.
四．实验仪器设备
1、制样设备：钻石机、切石机及磨石机。
2、测量平台、角尺、游标卡尺、低温箱、真空抽气机、水槽等。
3.X 射线螺旋 CT 机。
五．实验步骤
1。对干燥岩样各扫描层面进行连续 CT 扫描,得到岩样初始细观结构及损伤图像；
2.对饱水岩样进行连续 CT 扫描试验，观测水补给后岩样内细观结构的 CT 扫描图像;
3.把已加工好的岩样平均分为两组，一组岩样放入低温箱中,在恒温-10℃条件下冻结48h,然后进行岩样的连续 CT 扫描，观察-10℃时岩样内部细观结构及各相介质分布情况；
4.另一组岩样放入低温箱中，在恒温—30℃条件下冻结48h，然后进行岩样的连续 CT 扫描,观察—30℃时岩样内部细观结构及各相介质分布情况；
5.使步骤3和4中的岩样在常温（+20℃）环境中进行自然解冻直到微小孔隙裂隙中的小冰块全部融化,然后分别进行岩样的连续 CT 扫描，观察两组岩样内的细观结构及各相介质分布的变化情况。
注：本实验中对岩样所做的干燥和饱水处理过程和实验一中方法相同。
六．数据整理和成果分析
孔隙度 编辑词条
B 添加义项 
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岩样中所有孔隙空间体积之和与该岩样体积的比值，称为该岩石的总孔隙度，以百分数表示。储集层的总孔隙度越大，说明岩石中孔隙空间越大。从实用出发，只有那些互相连通的孔隙才有实际意义，因为它们不仅能储存油气，而且可以允许油气在其中渗滤。因此在生产实践中，提出看了有效孔隙度的概念.有效孔隙度是指那些互相连通的，在一般压力条件下，允许流体在其中流动的孔隙体积之和与岩样总体积的比值，以百分数表示.显然，同一岩石有效孔隙度小于其总孔隙度。
​孔隙度折叠编辑本段
定义折叠
所谓孔隙度是指岩石中孔隙体积 （或岩石中未被固体物质充填的空间体积)与岩石总体积 的比值。
孔隙度的研究折叠
陆相层序地层与被动大陆边缘海相层序地层之间存在较大的差异。陆相盆地沉积受多种因素控制,而且不同类型盆地的主要控制因素又各不相同，造就了陆相盆地沉积类型多、相变快、横向连续性差、纵向上层序厚度变化大，频繁的湖侵湖退使湖盆沉积垂向上韵律变化快;因此陆相层序地层的形成、结构和模式更为复杂，研究更为困难.在研究与实践中，中国学者根据陆相盆地的边界特征、体系域边界特征、初始湖泛面和最大湖泛面、是否有坡折带等因素，建立了符合中国盆地沉积实际的坳陷型盆地和断陷型盆地层序地层格架和模式.控制陆相地层层序发育的因素主要是湖平面的变化、构造、气候、基准面的变化和物源的供给，特别是构造和气候显得十分重要，它们直接控制了湖平面的变化。陆相地层层序研究的方法体系主要包括露头层序研究方法、实验观测和分析方法、测井层序地层分析、地震层序地层分析和层序地层的数值模拟方法。在油气勘探中的区带勘探阶段、目标勘探阶段和开发阶段,层序地层学都能发挥不可替代的作用.
有效孔隙度折叠
在自然状态下材料中的的孔隙体积与材料体积之比,叫材料的孔隙度。它包括材料中所有的孔隙，不管它们是否连通。但在研究油贮的孔隙度时,所测量的孔隙度为连通的孔隙空间与岩石的总体积之比，即有效孔隙度。在一般情况下,有效孔隙度要比总孔隙度少5~10％。 多数油贮的孔隙度，变化在5～30％之间,最普通的是10～20%范围之内.孔隙度不到5%的油贮，一般认为是没有开采价值的，除非里面存在有取出的岩芯或岩屑中所没有看到的断裂、裂缝及孔穴之类.。
分类折叠
根据现场经验中粗略的孔隙度估计，储集岩可以分为:
孔隙度 0～5% 无价值
孔隙度 5~10％ 不好
孔隙度 10~15% 中常
孔隙度 15～20％ 好
孔隙度 20~25％ 极好
储层评价折叠
孔隙度是储层评价的重要参数之一。核磁共振（NMR）孔隙度只对孔隙流体有响应，在确定地层孔隙度方面具有其他测井方法无法比拟的优势。但是，在中国陆相复杂地层的应用中常常发现NMR孔隙度与地层实际孔隙度存在差异,有时差异甚至很明显，影响了NMR测井的应用效果。介绍了NMR孔隙度的理论基础,在对NMR孔隙度影响因素分析的基础上，重点考察了国内现有的NMR孔隙度测井方法对测量结果的影响，通过对大量人造岩样和不同:占性的天然岩样的实验测量，提出了适合中国陆相地层的孔隙度测井方法，改善了NMR孔隙度的测量效果。针对中国陆相地层的复杂性，建议不同地区应根据;具体情况进行岩心分析，确定恰当的NMR测井方法，以获得比较准确的NMR孔隙度.
孔隙度的定性方法折叠编辑本段
孔隙度的测定是在实验室中进行的，用的是小块的岩芯或岩屑。此外，还有几种估计孔隙度的定性方法：
电测折叠
测量岩石的自然电位（SP)，计算单位为mv（毫伏)。对非渗透层，电位低;对孔隙岩层,电位较高.
放射性测井折叠
伽玛射线测井是测量岩石中放出的自然伽玛射线,中子测井是测量由于中子的作用而从岩层中感应出来的伽玛射线。中子测井曲线主要是受了氢的影响，也就是因为岩石中有气、油及水等流体的反映；而流体的存在就证明岩石中有孔隙。这两类测井曲线已广泛的用来证明石灰岩及白云岩储集层的孔隙性。
其他测井折叠
微电极测井及声波测井对确定孔隙度是非常有用的。井径测井也可以对孔隙带给予定性的指示,并且对于有其他测井定量的孔隙度的确定也可提供数据。
钻井岩屑的显微镜检查折叠
微小裂缝中的油可以从它在紫外线下发出萤光而检查出来对其相对数量用：紧、密、晶洞、针点、孔隙、多孔、晶间孔隙、粒间孔隙等术语进行区别.
钻井时间录井折叠
钻时记录上进尺突然增加，表示钻遇的是孔隙岩石。孔隙越多，就越不致密，就越容易钻穿。
岩芯的短缺折叠
岩芯短缺是因为储集层不坚实、有断裂和孔隙，而这些掉失的部分无法由岩芯筒取出，只能作为钻井岩屑由泥浆带出。