实验室测试系统为何必须能够记录完整的应力-应变过程？岩石力学关键见解

能够记录完整应力-应变过程的实验室测试系统至关重要，因为它能捕获岩石在整个加载周期中的行为，而不仅仅是其弹性极限。通过记录完整曲线，您可以确定特定的破坏模式——岩石是断裂（脆性）还是弯曲（延性）——这提供了准确预测深井环境稳定性的必要数据。

核心见解： 虽然静态杨氏模量提供了刚度的快照，但只有完整的应力-应变过程才能揭示地层在压力下如何承受或坍塌。脆性断裂和延性变形之间的这种区别是预测超过 1500 米的深层油井破坏概率的关键因素。

岩性变异性的重要性

不同类型的岩石在应力作用下反应截然不同。您不能将“一刀切”的力学模型应用于复杂的地层。

例如，页岩通常表现出 0.1 Mpsi 至 0.99 Mpsi 的静态杨氏模量。

相比之下，砂岩的刚度显著更高，其模量可达 2 Mpsi 至 10 Mpsi。

仅记录峰值强度或初始刚度的测试系统会遗漏全部信息。

由于砂岩和页岩之间的力学差异巨大，您需要一个足够灵敏的系统，能够记录软岩（页岩）和硬岩（砂岩）行为的细微差别，而不会丢失分辨率。

完整应力-应变记录的主要价值在于破坏模式的可视化。

该曲线允许您查看岩石是发生脆性断裂（突然、灾难性破坏）还是延性变形（屈服并变形后断裂）。

了解破坏模式与了解岩石的绝对强度同等重要。

一种以脆性破坏的硬岩与一种随着时间推移发生塑性变形的软岩，需要完全不同的支撑策略。

这些测试得出的力学数据在钻探深层油井（特别是超过1500 米的油井）时变得至关重要。

在这些深度，上覆岩层压力和构造应力放大了力学破坏的后果。

准确的应力-应变数据直接指导井筒支撑策略的设计。

通过了解破坏的可能性及其破坏模式，工程师可以设计能够承受特定地质压力的套管和固井方案。

一个常见的错误是仅依赖杨氏模量数值，而不检查完整的应力-应变曲线。

两种岩石在弹性区域可能具有相似的刚度，但在超过屈服点后行为可能截然相反。

忽略峰值后行为（岩石开始破坏后发生的情况）可能导致对井筒稳定性的危险高估。

如果您的测试系统在峰值应力时停止记录，您将失去管理峰值后围堵所需的洞察力。

为了有效地利用实验室数据进行深井规划，请考虑以下几点：

真正的工程信心不仅来自于知道岩石何时会断裂，更来自于准确了解它断裂时的行为。

岩石类型	杨氏模量范围	常见行为	对井工程的影响
页岩	0.1 – 0.99 Mpsi	延性 / 屈服	需要塑性变形管理
砂岩	2.0 – 10.0 Mpsi	脆性 / 刚性	突发性灾难性破坏风险高
深层地层	高压	混合破坏	超过 1500 米的井至关重要

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J. G. Atat, Joyce Ime ISAIAH. The formation young’s modulus and textural attributes of the Axx-field from southern Niger delta, Nigeria. DOI: 10.53430/ijsru.2024.7.1.0076

本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .