《岩石力学与石油工程》课程深度思维导图

U3101899637

2025-06-23

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《岩石力学与石油工程》课程深度思维导图

岩石力学

石油工程

实验测试

基础理论，工程应用相关内容讲解

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思维导图大纲

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一、基础理论

1. 岩石力学基础

- **岩石物理性质** - 基本参数：密度/孔隙度/渗透率测定方法 - 流体特性：毛管压力曲线、相对渗透率 - 热力学性质：热膨胀系数、比热容 - **岩石变形机制** - 弹性变形：杨氏模量、泊松比、体积模量 - 塑性变形：屈服准则、硬化模型 - 流变特性：蠕变/松弛实验（Maxwell/Kelvin模型） - **岩石强度理论** - 压缩强度：单轴/三轴抗压强度 - 拉伸强度：直接/间接测试法 - 破坏准则：Mohr-Coulomb/Drucker-Prager/Hoek-Brown对比

2. 地应力场分析

- **应力组成** - 垂向应力：上覆岩层压力计算 - 水平应力：构造应力系数法 - 孔隙压力：Eaton法/Matthew-Kelly法 - **测量技术** - 井下测量：微压裂测试、崩落椭圆分析 - 实验室测量：差应变分析(DSCA)、声发射定位 - **地应力建模** - 解析模型：Kirsch方程应用 - 数值模型：有限元反演

二、石油工程应用

1. 钻井工程

- **井壁稳定性** - 坍塌压力计算：Mohr圆图解 - 破裂压力预测：断裂韧性修正模型 - 安全泥浆密度：坍塌梯度vs破裂梯度 - **特殊工况** - 定向井：井斜角对稳定性的影响 - 盐膏层：流变性导致的缩径 - 高温高压井：热应力耦合效应

2. 水力压裂

- **裂缝动力学** - 起裂判据：应力强度因子KIC - 扩展控制：净压力与裂缝宽度关系 - 缝网形态：复杂裂缝分支判据 - **设计要素** - 压裂液：滑溜水/交联凝胶/泡沫体系 - 支撑剂：石英砂/陶粒/自悬浮支撑剂 - 泵注程序：阶梯升排量设计

3. 储层地质力学

- **出砂预测** - 临界生产压差计算：Tixier模型 - 防砂设计：砾石充填/化学固结 - **储层压实** - 孔隙压缩系数CP推导 - 储量损失计算：岩石压缩系数校正 - **注采诱发灾害** - 断层活化：库仑应力转移计算 - 地表沉降：Geertsma解析模型

三、实验与测试技术

1. 室内实验

- **岩石力学测试** - 三轴实验：围压加载路径设计 - 真三轴测试：σ1>σ2>σ3状态模拟 - 巴西劈裂：间接抗拉强度测定 - **流体-岩石作用** - 敏感性实验：速敏/水敏/酸敏评价 - 长期稳定性：化学浸泡老化试验

2. 现场测试

- **测井技术** - 声波测井：纵横波时差提取动弹性参数 - 密度测井：光电吸收指数测井(PEF) - 成像测井：FMI识别天然裂缝 - **实时监测** - 微地震：震源机制反演裂缝方位 - 分布式光纤：DAS/DTS监测压裂液分布

四、数值模拟方法

1. 模拟方法

- **连续介质模拟** - 有限元：弹塑性本构集成 - 有限差分：FLAC3D流固耦合 - **离散介质模拟** - 离散元：PFC颗粒流模拟 - 扩展有限元：XFEM裂缝追踪 - **多尺度耦合** - 局部网格加密技术(LGR) - 双重介质模型：裂缝-基质交换

2. 工程应用

- **压裂优化** - 缝网模拟：UNCONG模型 - 产量预测：嵌入式离散裂缝模型(EDFM) - **储层管理** - 历史匹配：地质力学参数反演 - 注水方案：诱发裂缝扩展预测

五、前沿与挑战

1. 非常规开发

- **页岩气** - 脆性指数计算：矿物组分法/弹性参数法 - 体积压裂：复杂缝网形成条件 - **天然气水合物** - 相变诱发变形：热-流-固-化(THMC)耦合 - 储层稳定性：降压开采沉降控制

2. 智能技术

- **数字孪生** - 实时数据同化：EnKF算法 - 风险预警：机器学习预测井壁失稳 - **自动化设计** - 压裂方案优化：强化学习代理模型 - 地应力建模：CNN地震数据解释

3. 环境安全

- **碳封存** - 盖层完整性：毛细管封存能力 - 泄漏风险评估：断层活化监测 - **井筒弃置** - 水泥环长期密封性：化学-力学耦合退化 - 屏障失效概率：蒙特卡洛模拟

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