巖石力學實驗方案

1、實驗方案實驗一 單軸壓縮試驗一.實驗的目的以白堊系軟巖為研究對象，設置不同的凍結溫度，分別對巖樣進行一次凍融循環(huán)，并測定其凍融前后的單軸抗壓強度和楊氏彈性模量，且繪出應力應變曲線。當無側限試樣在縱向壓力作用下出現(xiàn)壓縮破壞時，單位面積上所承受的載荷稱為巖石的單軸抗壓強度，即式樣破壞時的最大載荷與垂直與加載方向的截面積之比。本次試驗主要測定飽和狀態(tài)下試樣的單軸抗壓強度。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程中，不允許發(fā)生人為裂隙。(2)試樣規(guī)格：經過鉆取巖芯、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)試樣制備的精度應満足如下

2、要求：a沿試樣高度，直徑的誤差不超過0.03cm；b試樣兩端面不平行度誤差，最大不超過0.005cm；c端面應垂直于軸線，最大偏差不超過0.25°；d 方柱體試樣的相鄰兩面應互相垂直，最大偏差不超過0.25°。三.主要儀器設備1、制樣設備：鉆石機、切石機及磨石機。 2、測量平臺、角尺、游標卡尺、放大鏡、低溫箱等。3、壓力試驗機。四、實驗步驟1.取加工好的巖石試樣15塊，放入抽真空設備中進行飽水處理，浸泡24h；2.a（1）從飽水后的試樣中取3 塊，進行凍結前常溫（+20）條件下巖石的單軸壓縮試驗，并記錄應力-應變曲線等信息；（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48h；（3）取出凍結后的3塊巖樣，進行凍結-10條件下巖石的單軸壓縮試驗，并記錄應力-應變曲線等信息；（4）取出凍結后另外3塊巖樣，在室內常溫環(huán)境下自然解凍后，進行巖石凍結解凍后恢復到常溫條件下巖石的單軸壓縮試驗，并記錄應力-應變曲線等信息；b.以剩余的6塊試樣為對象，把凍結溫度設置為-30，重復a中步驟（2）（4）；3.通過試驗數(shù)據(jù)分析在兩種凍結溫度下，巖樣凍結前、凍結中和凍結解凍后三種狀態(tài)下三種巖石單軸壓縮下強度、應力-應變曲線及彈性模量等參數(shù)的變化情況。五成果整理和計算1.按下式計算巖石的單軸抗壓強度：-巖石單軸抗壓強度，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應力與應變的比值，反映材料的堅固性。計算割線彈性模量E50 ，即應力應變曲線零荷載點與單軸抗壓強度50%水平交點連線的斜率。 -割線彈性模量，MPa；-相當于50%抗壓強度的應力值，MPa；-應力為抗壓強度50%時的應變值。實驗二 含水率試驗一.實驗的目的以白堊系軟巖為研究對象，設置不同的凍結溫度，分別對巖樣進行一次凍融循環(huán)，并測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度和抗凍性能的重要指標，是計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程中，不允許發(fā)生人為裂隙。(2)試樣規(guī)格：經過鉆取巖芯、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)試樣制備的精度應満足如下要求：a沿試樣高度，直徑的誤差不超過0.03cm；b試樣兩端面不平行度誤差，最大不超過0.005cm；c端面應垂直于軸線，最大偏差不超過0.25°；d 方柱體試樣的相鄰兩面應互相垂直，最大偏差不超過0.25°。三.主要儀器設備1、制樣設備：鉆石機、切石機及磨石機； 2、烘干箱、干燥器、水槽、低溫箱等；3、電子天平（感量0.01g）；4真空抽氣設備。四操作步驟1.用毛刷清除試件表面的塵

6、土和松動顆粒。對軟巖和裂隙較發(fā)育的巖石，應用橡皮筋或細鐵絲把試件四周纏起來，以防止試件在吸水過程中掉塊或崩解。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取質量；（2）把干燥后的巖石試塊放入抽真空設備中進行飽水處理，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其各自質量，計算出凍結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48h，凍結完畢后在常溫（+20）環(huán)境中進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48h，凍結完畢后在常溫（+20）環(huán)境中進行自然解凍直到微小孔隙裂隙中的小冰塊全部融化；（5）重復步驟（1）（2），計算出不同凍結溫度下巖石的飽和吸水率，并分析對比凍融前后巖石飽和吸水率的變化情況。五成果整理計算巖石的飽和吸水率，精確至0.01%。-飽和吸水率，%；-試件強制飽和后的質量，g；-試件烘干后的質量，g。實驗三 氮吸附實驗一實驗目的以白堊系軟巖為研究對象，設置不同的凍結溫度，分別對巖樣進行一次凍融循環(huán)，并測定巖石在凍融前后試樣內部孔隙結構（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過一次凍融循環(huán)后的損

8、傷變量，從微觀角度對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、顏色、礦物成分、結構及風化程度等。四實驗儀器設備1. 鉆石機、切石機及磨石機；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.把烘干后的樣品轉入樣品管中并稱其質量并進行編號； 3.把編好號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間；4.把樣品管放入主機中的液氮冷浴中開始進行全自動試驗，試驗結束后系統(tǒng)會自動得出凍結前巖石樣品的孔隙分析和比表面積分析報告；5.取出試驗后的樣品進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48h

9、，另一半樣品放到低溫箱中在恒溫-30條件下凍結48h；6.取出凍結后的巖樣在常溫（+20）環(huán)境中進行自然解凍48h； 7.重復步驟14得出同種巖石不同凍結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告；8.對凍融前后兩次測試報告進行數(shù)據(jù)分析和處理得到相應的結論。六實驗數(shù)據(jù)整理及成果分析。實驗四 CT掃描實驗一、實驗目的CT 識別技術是通過發(fā)射 X 射線使其圍繞物體旋轉并收集 X 射線的衰減信息，以此來重建 CT 圖像的先進無損檢測技術。本實驗以白堊系軟巖為研究對象，設置不同的凍結溫度，分別對巖樣進行一次凍融循環(huán)，然后運用 CT 掃描技術，進行不同凍結溫度下巖石細觀結構的 CT 掃描實驗，

10、獲得凍結過程中巖石內部結構的 CT 圖像，通過 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溫度下各相介質的分布、細觀結構的損傷情況，為研究凍結巖石的損傷特性提供依據(jù)。二試樣制備 試樣制備如實驗一三試樣描述和實驗原理1.試樣描述巖石的名稱、顏色、礦物成分、結構及風化程度等。2.實驗原理CT 識別技術的工作原理：將 X 射線源與檢測接收器固定在同一機架上，將其與被檢測物體進行同步聯(lián)動掃描，掃描機架每轉動一個角度就進行一次掃描，在每次掃描結束后，掃描機架轉動到下一個角度再進行下一次的掃描，如此反復重復上述過程，就可以采集到很多組掃描數(shù)據(jù)。最后這些掃描信息進

11、行處理后，則可得被檢測物體某一掃描層面的真實數(shù)字圖像。四實驗儀器設備1、制樣設備：鉆石機、切石機及磨石機。 2、測量平臺、角尺、游標卡尺、低溫箱、真空抽氣機、水槽等。3. X 射線螺旋 CT 機。五實驗步驟1.對干燥巖樣各掃描層面進行連續(xù) CT 掃描，得到巖樣初始細觀結構及損傷圖像；2.對飽水巖樣進行連續(xù) CT 掃描試驗，觀測水補給后巖樣內細觀結構的 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48h，然后進行巖樣的連續(xù) CT 掃描，觀察-10時巖樣內部細觀結構及各相介質分布情況；4.另一組巖樣放入低溫箱中，在恒溫-30條件下凍結48h，然后進

12、行巖樣的連續(xù) CT 掃描，觀察-30時巖樣內部細觀結構及各相介質分布情況；5.使步驟3和4中的巖樣在常溫（+20）環(huán)境中進行自然解凍直到微小孔隙裂隙中的小冰塊全部融化，然后分別進行巖樣的連續(xù) CT 掃描，觀察兩組巖樣內的細觀結構及各相介質分布的變化情況。注：本實驗中對巖樣所做的干燥和飽水處理過程和實驗一中方法相同。六數(shù)據(jù)整理和成果分析孔隙度 編輯詞條B 添加義項 ?巖樣中所有孔隙空間體積之和與該巖樣體積的比值，稱為該巖石的總孔隙度，以百分數(shù)表示。儲集層的總孔隙度越大，說明巖石中孔隙空間越大。從實用出發(fā)，只有那些互相連通的孔隙才有實際意義，因為它們不僅能儲存油氣，而

13、且可以允許油氣在其中滲濾。因此在生產實踐中，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的孔隙體積之和與巖樣總體積的比值，以百分數(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、結構和模式更為復雜,研究更為困難.在研究與實踐中,中國學者根據(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,建立了符合中國盆地沉積實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、構造、氣候、基準面的變化和物源的供給,特別是構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、實驗觀測和分析方法、測井層序地層分析、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、目標勘探階段和開發(fā)階段,層序地層學都能發(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，所測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?？紫抖炔坏?%的油貯，一般認為是沒有開采價值的，除非里面存在有取出的巖芯或巖屑中所沒有看到的斷裂、裂縫及孔穴之類。分類折疊根據(jù)現(xiàn)場經驗中粗略的孔隙度估計，儲集巖可以分為:孔隙度 05% 無價值孔隙度 510% 不好孔隙度 1015% 中?？紫抖?1520% 好孔隙度 2025% 極好

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