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第一章研究岩石力学的意义
通过了解岩石的组成、结构特点、变形特征、破坏性质、数值计算方法,掌握深层岩石力学的基本理论和求解方法,从而解决井壁稳定性、出砂预测、套管损坏、水力压裂等石油工程问题的基本过程和基本方法,达到工程应用的目的。
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●1.1研究岩石力学的意义
简单介绍了研究岩石力学在采矿工程、水利建设等中的应用。
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●1.2岩石力学的发展历史及其现状
岩石力学在井壁稳定性,水力压裂,出砂预测中的重要应用。
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●1.3岩石力学在石油工程中的应用
岩石力学在井壁稳定性,水力压裂,出砂预测中的重要应用。
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●1.4岩石的分类,特点及其特性
介绍了火成岩,沉积岩,变质岩的成因,分类与基本特性。
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●1.5研究岩石力学的方法
研究岩石力学的主要方法为科学实验与理论分析。
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第二章弹性力学基础
弹性力学是固体力学的重要分支,它研究弹性物体在外力和其它外界因素作用下产生的变形和内力,也称为弹性理论。本章主要介绍了弹性力学的研究对象和基本任务、基本假设与应力分析、应变分析、本构方程、弹性力学相关内容。
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●2.1弹性力学简介
弹性力学是讨论固体材料中的理想弹性体及固体材料弹性变形阶段的力学问题。在本专题,将从研究对象、基本任务、基本假设三方面进行介绍。
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●2.2应力分析
应力是研究岩石变形与强度分析最基本概念之一,应力状态分析是岩石力学理论的基础。本专题将从面力、体力的介绍开始分析一点的应力状态。
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●2.3应变分析
本专题将继续学习应变基本概念与应变几何方程。
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●2.4本构方程
本构方程为定量描述岩石应力与应变,或应力张量与应变张量之间函数关系的方程。本专题将了解各项同性材料的刚度矩阵。
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●2.5孔隙弹性力学简介
岩石为多孔介质,孔隙为流体填充,因此描述其应力应变行为应着重考虑做应在骨架上的力和骨架变形。本专题主要学习有效应力的概念与比奥系数。
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第三章岩石组构特征及物理性质
介绍岩石的基本结构、地质分类;包括岩石的微观结构和宏观结构,以及岩石的物理性质。
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●3.1岩石的物质组成
岩石的定义、分类、物质组成及对力学性质的影响。
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●3.2岩石的组构特征
岩石的结构特征、构造特征;主要胶结类型以及三类岩石的比较;岩石组构特征对力学性质的影响。
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●3.3岩石的物理性质
岩石的密度与吸水性、软化性和抗冻性。
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●3.4岩石的孔渗性质
简要讲述了岩石的孔隙度,渗透率定义与实验。
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●3.5岩石的热学性质
岩石与外界环境的热交换、比热容、导热系数、热膨胀系数以及我国地热资源现状。
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第四章岩石结构和成分的图片展示
对于岩石的结构及成分,只靠讲解与大脑想象是不够的,通过岩石的图片展示分析不同岩石宏观的及微观的差异性。
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●4.1岩石的基本构成和地质分类
对不同岩石的图片进行展示,介绍不同岩体结构分类及岩石的基本构成及其物理性质。在本专题将从两个方面讲述岩石的基本构成和地质分类及它们之间的差异性。
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●4.2岩石的微观结构
对不同岩石微观结构的图片进行展示,介绍不同岩石微观结构的差异性及不同微观结构所具有的不同的性质。在本专题将通过图片的讲解来介绍岩石的微观结构。
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●4.3岩石的宏观结构
对不同类型岩石的图片进行展示,介绍不同类型岩石的宏观结构的差异性。对不同岩石宏观结构的图片进行展示,介绍不同岩石宏观结构的差异性及不同宏观结构所具有的不同的性质。在本专题将通过旋回图片的讲解来介绍岩石的宏观结构。
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第五章岩石的变形性质
本章节主要介绍了岩石的各向变形性质及岩石力学性能实验。
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●5.1岩石的变形性质简述
本节对岩石变形的概念及岩石变形的类型进行介绍。
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●5.2岩石单轴压缩实验
本节对岩石单轴压缩实验的原理及其得到曲线的性质进行介绍。
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●5.3岩石三轴抗压实验
对各类型的岩石三轴抗压实验进行了简要介绍。
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●5.4岩石拉伸破裂实验
对岩石拉伸的特点及巴西实验的相关方面进行了介绍。
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●5.5岩石蠕变及机理
对岩石蠕变的特性,蠕变模型等进行了介绍。
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●5.6岩石的强度性质
介绍了岩石的破坏形式、破坏机理等。
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●5.7岩石的变形性质
对岩石变形性质及应力-应变关系进行讲解。
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第六章岩石的变形性质
本章讲解了岩石的变形及破坏特征,及其相关的三个破坏准则。
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●6.1岩石破坏的类型
在外载作用下,当岩石内部的应力达到或超过某一极限时,岩石就发生破坏。主要分为两种:脆性破坏、延性破坏。
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●6.2岩石强度及破坏准则的概念
为了研究岩石的强度特征,经常将岩石制备成试件在实验室进行试验,依据试样应力状态的不同分为:岩石单轴抗压强度试验,抗拉强度试验,抗剪强度试验等。
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●6.3Mohr-Coulomb破坏准则
Mohr假定意指作用在破坏面上的应力是处于最大的主应力圆上,亦即由以 、 为直径的圆周上的点来表示的,与中间主应力 无关。
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●6.4Drucker-Prager破坏准则
与Mohr-Coulomb破坏准则相比,优点是不仅考虑了中间主应力 的作用,而且考虑了平均应力的影响。
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●6.5Griffith破坏准则
格里菲斯认为脆性材料中包含有大量的微裂纹和微孔洞。材料的破坏是由于这些微裂纹或孔洞在局部拉应力作用下产生扩展、联合的结果。
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第七章地应力的概念及测定方法
主要介绍地应力的概念、来源及其研究意义,了解测定地应力大小与方向的方法、断层对地应力的影响规律以及地应力的应用。
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●7.1地应力的概念
介绍了地应力的基本概念、表现形式及来源和其研究意义。
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●7.2地应力大小与方向的测定
对现有地应力测试技术进行概况,分析其测定地应力基本原理与方法。
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●7.3断层对地应力的影响
分别说明正断层、逆断层及平移断层对地应力的影响。
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●7.4地应力的应用
介绍了地应力研究与应用问题以及油田地应力课题研究基本思路。
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第八章井壁稳定分析方法
简要讲述了井壁稳定的定义和影响因素,并结合井周应力状态,讲述井壁坍塌压力和井壁破裂压力及现场应用。
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●8.1井壁稳定的影响因素
简要讲述了井壁稳定的失稳现状及影响因素。
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●8.2井周应力状态
讲述了直井和斜井的井周应力分布。
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●8.3井壁坍塌压力
讲述了井壁坍塌压力的定义及计算模型。
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●8.4井壁破裂压力
讲述了井壁破裂压力的定义,计算模型及现场小型水力压裂曲线,并对井壁稳定性进行分析。
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●8.5现场应用
对井壁稳定的现场应用进行分析,如通过测井计算地应力和安全密度窗口等,并进行实例分析。
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第九章水力压裂的原理及方法简述
简述了水力压裂的数模及物模方法,描述了水力裂缝的几何扩展形态。
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●9.1水力压裂的定义及要素
简要讲述了水力压裂的定义及裂缝扩展的影响因素。
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●9.2水力裂缝几何形状及裂缝延伸模型
简要简述了裂缝扩展的影响因素及裂缝延伸的理论模型。
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●9.3水力压裂的物理模拟方法及实例分析
简要讲述了水力压裂的物理模拟方法实验装置及经典实例分析。
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●9.4水力压裂的数值模拟方法
简要讲述了有限差分、有限元及离散元的数值模拟方法。
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●9.5地层裂缝非平面扩展
比较了传统压裂方法和新压裂方法,并简述了裂缝的非平面扩展。
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第十章油气井出砂
本章主讲油气井出砂机理、影响因素、出砂可能性以及出砂量预测。
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●10.1出砂机理及影响因素及力学机理
本节介绍了地层出砂的定义、地层出砂类型和出砂的危害、影响因素、类型和特征,同时详细介绍了出砂的力学机理。
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●10.2出砂可能性及出砂预测及防砂方法
本节详细介绍了出砂可能性的预测方法及防砂方法。