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石油工程岩石力学基础教学设计背景作为石油工程专业学生，学习岩石力学是必不可少的基础课程。
通过学习岩石力学，可以帮助学生了解地下岩石构造和力学特性，为今后的石油开采工作打下坚实的基础。
因此，本文将探讨如何设计一套有效的岩石力学基础教学内容，以帮助学生更好地学习和掌握岩石力学知识。
目标本教学设计目的在于：1.帮助学生掌握基本的岩石力学知识，包括应力、应变、弹性、塑性等基本概念和原理。
2.帮助学生了解岩石的物理性质、力学性质及其影响因素。
3.培养学生的科学思维能力和实践动手能力，通过实验和实践，了解岩石在不同条件下的力学行为和特性。
教学内容课程设置本教学设计设置岩石力学的基础课程共计三章，内容包括：第一章岩石力学基础概念本章主要内容包括岩石力学的概念、应力应变概念、弹性、塑性及其应用等基础知识。
第二章岩石力学基本参数本章主要内容包括岩石的物理性质、力学性质和其影响因素等。
第三章岩石力学应用本章主要内容包括岩石力学的应用、力学分析以及实验等相关内容。
教学方法本教学设计采用多种教学方法，旨在激发学生的学习兴趣和发掘潜力。
具体教学方法包括：讲授法通过教师讲授、课件展示等方式，传递岩石力学基础概念。
实验法鼓励学生根据教师的指导和要求，进行一系列的岩石力学实验。
通过实践和观察，了解岩石在不同应力下的应变和力学特性。
讨论法组织学生进行讨论，让学生自由地表达对于岩石力学的看法和问题，并达成一定的共识和解决方法。
案例法通过案例引入，结合实际工程应用问题，让学生更好地理解和掌握岩石力学原理。
教学工具本教学设计使用以下教学工具：课件采用PPT展示教学内容，丰富教学形式，加深学生对教学内容的理解。
实验仪器采用先进的岩石力学实验设备，支持学生进行实验操作，深化学生对岩石力学的理解和掌握。
考核方式本教学设计采用多元化考核方式，以确保学生能够全面掌握岩石力学基础知识。
考核方式包括：作业布置相关的应用题和实验报告，以检查学生对岩石力学理论和实践的掌握程度。
中国石油大学（钻井工程）实验报告实验日期：2015.10.12 成绩：班级：石工班学号：姓名：教师：同组者：实验1 岩石硬度及塑性系数测定一、实验目的1. 通过实验了解岩石的物理机械性质。
2.通过实验学习掌握岩石硬度、塑性系数的测定方法二、实验原理利用手摇油泵加压，将液压传递给压模（硬质合金压头），推动活塞上升，使岩样与压模、位移传感器接触。
用手摇泵慢速均匀加载，随着载荷的增加，压模将逐渐压入岩样直至破碎，位移传感器测出压入深度，压力传感器测出作用在岩石上的载荷。
测出的载荷、位移信号传给函数记录仪，函数记录仪便自动记录下岩石的载荷与压入深度数据，利用专用软件将该数据导入计算机中进行数据处理，画出载荷与位移的关系曲线计算岩石硬度和塑性系数。
三、实验仪器1．手摇油泵2．压模（d=1.2~2.5mm）3．位移传感器、载荷传感器4．液压罐5．函数记录仪图1仪器设备示意图图2压膜结构四、数据处理1．根据每点作出的曲线求出岩石硬度Py 表1原始数据表表2处理数据表根据表2作出吃入深度与载荷的关系曲线图如下图3岩石的硬度为： SP =y P 其中： P —破碎时最大载荷，单位kg ；S —压模面积，单位2m m 。
由图3知： 在B 点破碎时最大载荷为P =1080kg =10800N ，压模的d =2mm 。
所以， )(49.3439214.3411080041P 22y MPa d P SP =⨯⨯===π 按我国岩石硬度六类12级分类，该岩石为中硬8级。
2． 求塑性系数ODEO OABCOE F S S K ==A A p其中：AF —岩石破碎前耗费的总功，相当于OABCO S ； AE —弹性变形功，相当于面积ODEO S ；O P —屈服极限，kg ； OC —压入岩样深度，mm 。
由图3可得：OABCO S=(0.547-0.066+0.547-0.375)*1080/2ODEO S =(0.375-0.066)*1080/2 所以，12.2S SK ODEOOABCO E F ===A A p 由塑性三类6级分类可知，该岩石塑性级别为2级。
中国石油大学钻井工程实验报告实验日期：成绩：班级：学号：姓名：教师：同组者：实验1 岩石硬度及塑性系数测定一、实验目的1.通过实验了解岩石的物理机械性质2.通过实验掌握岩石硬度、塑性系数的测量方法。
二、实验仪器、设备1．手摇泵2.压膜（d=2mm）3.位移传感器、载荷传感器4.液压罐5.函数记录仪三、实验原理利用手摇泵加压，压力传递给压膜（硬质合金压头），岩样与压头和位移传感器接触之后，用手摇泵慢速均匀加载，压头吃入岩样直至破碎，函数记录仪记录整个过程的载荷与位移值，通过载荷与位移的关系曲线计算岩石硬度与塑性曲线。
四、实验步骤五、实验结果实验数据吃入深度载荷/kg/mm0.035-10.172-10.393 6 0.399 17 0.414 38 0.425 67 0.439 103 0.469 169 0.508 290 0.593 393 0.911 226 0.945 207绘制图像如下图一 吃入深度与载荷关系曲线六、数据处理1.硬度计算 依据公式sp p y max=求岩石的硬度，由图一知，岩石破坏时的载荷为393Kg 。
压模的横截面积 22214.34214.34mm d s =⨯=⨯=π岩石的硬度 MPa s p p y 56.122614.38.9393max =⨯==2. 屈服极限由图一知，弹性阶段最大载荷为kgP oy 320=岩石的屈服极限为MPa s p P oy 73.99814.38.9320=⨯==3.塑性系数K ：OEDOOABCO面积面积=k岩石应力应变曲线其中：面积OABCO —岩石破碎前耗费的总功；面积OEDO —弹性变形功。
解：根据实验数据可得下图面积OABCO 和面积OEDO 可以通过数面积内格数来表示。
由上图知（计算方格数目），OABCO 的面积为49.5,OEDO 的面积为3065.1305.49OEDO OABCO ===面积面积k七．思考题1、为什么要求被测岩样两端面必须平行？答：保持两端面平行可以使测得的载荷与吃入深度能真实反映岩石的特性，若不平行，一方面会损坏压模，另一方面，会产生水平方向的分力，会使测得的数据不准，故必须保持岩样两端面平行2、画出的曲线有不规则现象是什么原因？答：画出的曲线不规则原因有：加载速度不均匀导致的实验误差；岩石内部非均质性造成的；仪器系统不稳定造成的测量误差。
简明石油工程岩石力学（讲义）金衍陈勉中国石油大学（北京）2007年8月目 录绪论-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 第一章岩石的基本性质和变形特征----------------------------------------------------------------------5 §1.1 岩石力学性质室内试验-----------------------------------------------------------------------------6 §1.2 岩石的变形与强度-----------------------------------------------------------------------------------16 第二章弹性理论-----------------------------------------------------------------------------------------------25 §2.1 应力分析-----------------------------------------------------------------------------------------------25 §2.2 应变分析---------------------------------------------------------------------------------------------42 §2.3 弹性模型-----------------------------------------------------------------------------------------------49 第三章岩石中的流固耦合问题--------------------------------------------------------------------------51 §3.1 孔隙度和渗透率------------------------------------------------------------------------------------51 §3.2 通过孔隙介质流体的流动------------------------------------------------------------------------52 §3.3 体积变形---------------------------------------------------------------------------------------------54 §3.4 Biot静态孔隙弹性理论---------------------------------------------------------------------------54 §3.5 有效应力的概念------------------------------------------------------------------------------------58 第四章井壁围岩的应力状态-----------------------------------------------------------------------------60 §4.1 垂井井壁围岩应力分布---------------------------------------------------------------------------60 §4.2 大斜度井、水平井的井壁围岩应力分布------------------------------------------------------62 第五章油田地应力及确定方法--------------------------------------------------------------------------66 §5.1 地应力的概念---------------------------------------------------------------------------------------66 §5.2 水力压裂法测地应力-------------------------------------------------------------------------------68 §5.3 分层地应力解释方法------------------------------------------------------------------------------71 第六章钻井过程中的井壁稳定问题--------------------------------------------------------------------74 §6.1 井壁力学失稳的形式与原因---------------------------------------------------------------------74 §6.2 井壁坍塌剥落---------------------------------------------------------------------------------------75 §6.3 井壁破裂---------------------------------------------------------------------------------------------80 §6.4 安全钻井液密度窗口------------------------------------------------------------------------------81 第七章水力压裂--------------------------------------------------------------------------------------------83 §7.1 裂缝几何形状---------------------------------------------------------------------------------------83 §7.2 裂缝延伸模型---------------------------------------------------------------------------------------84 第八章出砂问题--------------------------------------------------------------------------------------------92 §8.1 固相产出---------------------------------------------------------------------------------------------92 §8.2 防砂方法的分类------------------------------------------------------------------------------------93 §8.3 预测出砂机理---------------------------------------------------------------------------------------95 §8.4 数学模型---------------------------------------------------------------------------------------------97 第九章油藏固结问题-------------------------------------------------------------------------------------101第十章岩石动力学与应用----------------------------------------------------------------------------111 §10.1 弹性介质中的纵、横波------------------------------------------------------------------------111 §10.2 利用声波测井确定岩石的弹性和强度参数------------------------------------------------112 §10.3 声波测井在石油工程中的应用---------------------------------------------------------------117 §10.4 地震资料的工程预测理论---------------------------------------------------------------------121绪论1绪论一、岩石力学及其发展历史岩石力学是力学的一个分支。
中国石油大学（华东）钻井工程课后题答案第一章钻井的工程地质条件（P41）1、简述地下各种压力的基本概念及上覆岩层压力、地层压力和基岩应力三者之间的关系。
答：P6～P82、简述地层沉积欠压实产生异常高压的机理。
答：P10答：地层在沉积压实过程中，能否保持压实平衡主要取决于四个因素：（1）上覆岩层沉积速度的大小，（2）地层渗透率的大小，（3）地层孔隙减小的速度，（4）排出孔隙流体的能力。
在地层的沉积过程中，如果沉积速度很快，岩石颗粒没有足够的时间去排列，孔隙流体的排出受到限制，基岩无法增加它的颗粒和颗粒之间的压力，即无法增加它对上覆岩层的支撑能力。
由于上覆岩层继续沉积，岩层压力增加，而下面的基岩的支撑能力并没有增加，孔隙流体必然开始部分地支撑本应有岩石颗粒所支撑的那部分上覆岩层压力。
如果该地层的周围又有不渗透的地层圈闭，就造成了地层欠压实，从而导致了异常高压的形成。
3、简述在正常压实地层中岩石的密度、强度、空隙度、声波时差和dc 指数随井深变化的规律。
答：密度、强度、dc 指数随井深增加而增大（见P10上、P25下、P15中）；空隙度、声波时差随井深增加而减小（见P12下）。
4、解释地层破裂压力的概念，怎样根据液压实验曲线确定地层破裂压力？答：地层破裂压力：P17中。
根据液压实验曲线确定地层破裂压力：见P21中（步骤4、5）。
5、某井井深2000m ，地层压力25MPa ，求地层压力当量密度。
解：根据P13、式（1-12），地层压力D p p p ρ00981.0=地层压力当量密度 )/(274.1200000981.02500981.03m g D p p p =?==ρ6、某井井深2500m ，钻井液密度1.18 g/cm 3，若地层压力27.5MPa/m ，求井底压差。
解：井底压差＝井底钻井液液柱压力－地层压力静液压力： P6、式（1-1）)(94.28250018.100981.000981.0MPa h P h =??==ρ井底压差：)(44.15.2794.28MPa P P P h h =-=-=?7、某井井深3200m ，产层压力为23.1MPa ，求产层的地层压力梯度。
