《石油工程岩石力学》教学大纲(刘向君)

基于案例教学的石油工程“岩石力学”课程典型案例设计实践作者：许成元游利军李相臣康毅力来源：《科教导刊》2021年第19期摘要本文从培养石油工程专业学生“解决复杂工程问题能力”的背景下出发，以石油工程专业“岩石力学”课程为例，围绕岩石强度、岩石变形与破、应力加载方式三个方面的知识点，从工程实际问题出发，设计了典型教学案例，以期能够为案例教学实践提供一些思路。

关键词案例教学石油工程解决复杂工程问题能力岩石力学中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/ki.kjdk.2021.19.034Typical Case Design Practice of Petroleum Engineering "Rock Mechanics" Course Based on Case TeachingXU Chengyuan， YOU Lijun， LI Xiangchen， KANG Yili（Petroleum Engineering School， Southwest Petroleum University， Chengdu， Sichuan 610500）AbstractIn this paper，under the background of cultivating the students’ ability to solve complex engineering problems， taking the course of rock mechanics for petroleum engineering as an example， the typical teaching cases are designed based on the three aspects of rock strength， rock deformation and fracture， and stress loading mode， In order to provide some ideas for the case teaching practice.Keywordscase teaching； petroleum engineering； ability to solve complex engineering problems； rock mechanics0引言岩石力学是石油与天然气勘探开发过程多项重要工程技术的理论基础，钻井、井壁稳定控制、水力压裂、储层保护、防砂完井等作业环节均涉及岩石力学问题，且随着油气勘探开发逐步走向深层超深层，岩石力学在石油工程专业的应用越来越普遍和深入。

科 技 教 育石油工程岩石力学课程是石油工程专业的一门应用基础课程。

随着油气工业由浅层、中深层逐渐走向深层，从常规油气到非常规油气资源，地层的岩石力学特性已成为安全高效开发油气资源必须考虑的重要方面，成为井眼轨迹优化、钻井方式优选、井壁稳定分析、完井方式及完井管柱优化、储层压裂改造等技术的基础及复杂油气藏开发方案编制的重要依据，西南石油大学于2004年在国内率先出版了《岩石力学与石油工程》专著，并相继对地质资源与地质工程、石油与天然气工程等专业开设了“石油工程岩石力学”课程，但与“油层物理”等专业基础课相比，石油工程岩石力学还属于新兴学科、新设课程。

本文围绕石油工程岩石力学的学科特点、课程的合理定位、教学内容的优化以及教学方法的提升等方面进行了研究、探讨。

1 石油工程岩石力学的学科特点及教学内容优化1.1 石油工程岩石力学的学科特点随着油气勘探开发走向深层、复杂储层，深层岩石的力学行为特征及其评价理论、技术在油气勘探开发理论创新与技术发展中的重要基础作用日益凸显，但由于受油气藏地质特征的影响，与传统岩石力学相比，石油工程岩石力学具有如下显著特点[3]：(1)地层赋存深度变化范围很大，地质环境(地层结构、温度、压力)复杂，受其影响，岩石的力学行为特征差异较大。

(2)所研究岩石/岩体不可避免地与油气储层中油、气、水以及井筒工作液(钻井液、完井液、压裂液等)接触，因此流体-岩石的物理化学相互作用影响显著。

(3)受复杂赋存地质环境(高温、高围压、高流体压力)的影响，岩石/岩体变形、破坏通常为多场(温度-压力-流体)耦合作用结果,对其过程进行描述、力学表征难度较大。

(4)受钻井深度大、井眼尺寸小、井眼轨迹复杂等因素的制约，岩石力学特性的原位测试基本没有可能，加之深部取心费用高，可用于实验评价的岩心数量少，大多地层的岩石力学特性及稳定状态只能借助地震、测井等地球物理技术间接进行分析、评价。

综上，“三高”(高温、高围压、高流体压力)环境下的变形、破坏特征以及复杂流体作用下的岩石力学行为特征及其工程效应是石油工程岩石力学学科的核心与基础；围绕这一核心与基础，建立相适应的物理实验、数值模拟仿真、地球物理预测与评价等技术、方法则是该学科发展、提升的关键；而以其核心与基础为指导，建立其在油气勘探、开发的各个工程环节中的应用理论、方法则是石油工程岩石力学推动实际生产力的根本保障。

“石油工程岩石力学”本博一体化课程改革作者：侯冰张其星李世远来源：《教育教学论坛》2023年第42期［摘要］当前教育和培养模式面临着工程实践能力薄弱和油气行业变革的难题。

中国石油大学（北京）岩石力学实验室围绕国家人才发展战略规划、石油行业发展、“双一流”学科建设三个重心，依托学校产学研优势，提出以师生综合素质能力为导向，协同工程实践创新发展的新理念。

面向信息技术、工程案例和辅助教学平台，建设自适应课程体系，形成贯通培养全过程的“产学研及信息技术深度融合，线上线下共同发展”的混合式全方位教学模式。

课程改革成果颇丰，能供国内外相关石油院校相关课程建设参考。

［关键词］本博一体化；工程实践能力培养；线上线下［基金项目］ 2020年度中国石油大学（北京）本科教学工程项目“长庆第三采油厂石油工程留学生生产实习基地建设”（PX-11212145）；2022年度本科教育教学改革项目“石油工程岩石力学基础仿真教学”；2022年度研究生教育质量与创新工程项目“《高等钻井工程（全英文）》课程体系建设”（yjs2022016）［作者簡介］侯冰（1979—），男（满族），辽宁北镇人，博士，中国石油大学（北京）石油工程学院教授，博士生导师（通信作者），主要从事石油工程岩石力学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）42-0041-04 ［收稿日期］ 2022-09-23一、课程改革背景中国石油大学（北京）（含克拉玛依校区）立足国家重大能源战略与企业发展需求，以培养工学博士、造就高层次工程技术领军人才为总体目标，提出构建“地质—工程一体化”本硕博一体化培养模式。

本硕博一体化培养模式是对原有培养机制的优化和改革，要求学生掌握全面的石油工程专业知识，培养创新能力，提升综合素养。

之前固有的教育背景下，存在课程思政元素单一、缺乏创新性，教学内容重理论而缺乏实践性，课程体系单一而缺乏综合性，育人思维固化而缺乏全面性，学生知识出现断层缺乏连贯性等问题，容易引发石油行业人才供需矛盾。

《岩石力学与工程》课程教学大纲课程名称：岩石力学与工程 Rock mechanics and engineering课程编码：6312F003 学分：2 总学时：36说 明【课程简介】课程简介：本课程是高等院校工科城市地下空间工程专业高年级学生学习岩石力学与岩体工程的一门专业主干课程，是认识和掌握岩石系统的力学行为和工程功能的科学。

通过系统讲授岩体力学的基本理论和方法，使学生掌握岩石的物理力学性质；岩体的力学性质；原岩应力确定方法；岩体力学试验方法等基本知识，具有解决岩体工程（包括：地下工程、边坡工程、地基工程）实践问题的基本技能，并了解岩石力学学科发展的动态。

【课程性质】专业方向课【适用专业】城市地下空间工程【教学目标】通过本课程的学习，学生较全面的掌握岩石、岩体力学的相关基础知识，并以该知识为起点，学习、掌握岩石地下工程、岩石边坡工程和岩石地基工程中遇到的问题及解决方案。

【先修课程要求】工程地质、土力学、基础工程【能力培养要求】通过本课程的学时，使得学生在岩石、岩体物理力学性质的评判与测量、岩体地应力的分布特定及量测方式、常见岩石地下工程、岩石边坡工程和岩石地基工程的计算理论、设计方法。

为后续的专业提供必要的理论基础。

【学习总量】总学时36学时，其中理论32学时，实践0学时，实验4学时等。

学生自主学习216学时，另行安排。

【教学方法与环境要求】【学时分配】学 时 安 排序号内 容 理论课时 实验课时实践课时习题课时小计1 绪论 4 42 岩体的物理力学特征 4 2 63 岩体的力学特性 6 2 84 岩体地应力及其测量方法 2 25 岩石地下工程6 66 岩石边坡工程 6 67 岩石地基工程 4 4总 计 32 4 36【教材与主要参考书】教 材：《岩石力学》张永兴，中国建筑工业出版社，2008年3月，第2版参考书：【1】《岩石力学与工程》蔡美峰等,科学出版社，2002年，第1版【2】 《岩石力学》吴德伦，重庆大学出版社,2002年,第1版【3】 《岩石力学试验教程》付志亮，化学工业出版社,2011年,第1版大纲内容第一部分 绪论【教学目的和要求】将该章教学内容按照教学要求分为了解、理解、掌握、应用四个部分。

《石油工程岩石力学》教学大纲一、课程基本信息1、课程英文名称：Rock Mechanics for Petroleum Engineering2、课程类别：专业选修课程3、课程学时：总学时 32 ，实验学时：44、学分：25、先修课程：工程力学、地质学、石油工程专业课程6、适用专业：石油工程7、大纲执笔：石油工程教研室刘向君8、大纲审批：石油工程学院学术委员会9、制定(修订)时间：2006-11二、课程的目的与任务《石油工程岩石力学》课程是石油工程专业的一门应用基础课程，是石油工程专业改革与建设的产物。

随着国内外油气田开发难度的加大，我国石油天然气工业迫切要求石油工程高等教育能够迅速提供大量思想素质高、知识面宽、基本功扎实、适应能力强和具有开拓创新能力的专业技术人才。

因此，《石油工程岩石力学》课程也是应石油工业新形势而诞生的一门课程。

本课程强调理论与实践相结合，旨在培养和提高学生分析问题和解决问题的能力，使学生掌握分析及解决石油工程相关方面一般性问题的基础理论知识，为学生在其今后的工程实践方面，提供一定的启发和帮助。

三、课程的基本要求为了达到该门课程的目的，就需要学生通过对该门课程的学习，不仅能够了解岩石力学的相关基础理论，而且应该具备应用岩石力学解决相关工程技术问题的意识。

为此，要求：1、掌握岩石力学的基本概念、基本理论、方法和原理；2、岩石力学的基本研究内容与研究方法；3、对常见工程问题如井壁稳定性等有个基本了解；4、初步具备综合分析和应用岩石力学分析解决相关工程技术问题的能力。

四、教学内容、要求及学时分配（一）理论教学绪论（1学时）建立岩石力学的概念、岩石力学研究对象的特殊性、石油工程岩石力学研究对象的特点，了解岩石力学在石油与天然气勘探开发中的重要作用，增强学生工程意识，激励学生学习该课程的积极性。

第一章岩石的分类及性质（2学时）一、岩石的分类二、岩石的物理性质三、岩石的非均质性和各向异性第二章岩石强度及破坏准则（5学时）第一节岩石强度、应力与应变（2学时）一、基本概念二、岩石强度及实验室测试方法三、岩石强度参数的矿场获取方法四、岩石弱胶结结构面对岩石强度的影响五、影响岩石力学性质的因素第二节弹性和弹性模量（1学时）一、线弹性和胡克定律二、弹性模量第三节岩石强度破坏准则（2学时）重点：岩石强度的基本概念、实验室测定技术、影响岩石力学性质的因素第三章应力-应变及地应力测试技术（4学时）第一节岩石应力-应变曲线（1学时）一、岩石的变形类型二、岩石的应力-应变关系曲线三、力学本构关系第二节地应力及其测量技术（3学时）一、地应力二、地应力确定方法三、孔隙压力预测方法重点：岩石应力、应变的基本概念、应力-应变曲线特征、影响岩石变形破坏的因素、地应力确定方法难点：应力-应变曲线特征、力学本构关系第四章粘土矿物水化对岩石强度和地应力的影响（2学时）一、粘土矿物二、粘土矿物与水的相互作用三、粘土矿物水化对岩石强度和应力分布的影响重点：水化对岩石强度和应力分布的影响难点：粘土矿物与水的相互作用第五章流固耦合（2学时）一、基本概念二、岩石的有效应力三、岩石变形对渗流的影响重点：有效应力、流固耦合难点：变形对渗流的影响第六章基于岩石力学开展裂缝静动态特征研究（4学时）第一节裂缝发育影响因素与裂缝分类（1学时）一、影响裂缝发育的因素二、裂缝分类与等级划分第二节裂缝的预测和特征研究（3学时）一、裂缝描述参数二、基于岩石力学进行裂缝的识别与描述三、裂缝的应力敏感性四、裂缝闭合临界流体压力计算重点：应力对裂缝发育的影响、裂缝的应力敏感性、裂缝闭合临界流体压力难点：应力对裂缝发育的影响、裂缝闭合临界流体压力第七章岩石力学在钻井工程中的应用（4学时）一、基本概念（1学时）二、钻井井壁稳定性分析原理（2学时）三、影响井壁稳定性的因素分析（1学时）重点：井壁稳定性分析原理、基本概念难点：井壁稳定性分析原理第八章岩石力学在完井工程中的应用（2学时）一、地层强度、地应力对射孔的影响二、在出砂机理及防砂完井中的应用重点：基本概念难点：基本概念第九章岩石力学在油气田开发工程中的应用（2学时）一、基本概念二、地应力分布对开发井网部署的影响重点：基本概念难点：基本概念（二）实验教学岩石抗张、抗压强度实验（2学时）（演示型）泥页岩水化实验（2学时）（演示型）1、了解岩石的力学行为；2、对井下介质对泥页岩强度的影响有直观的认识；加强对课堂教学内容的理解，培养学生观察和分析实验的能力以及实事求是、严谨踏实的科学作风。

《岩石力学》课程教学大纲Rock Mechanics课程名称：岩石力学学分：2.0总学时数：30先修课程：土力学，材料力学，弹性力学，微分方程，数理方程课程性质：选修课适用专业：土木工程课程简介：本课程主要从岩石与岩体的基本结构、物理力学性质和力学特性等方面介绍了岩石与岩体的基本特性，从岩石地下工程、边坡稳定和地基工程等方面阐明了岩石力学在实际工程中的应用，同时还介绍了岩体地应力及其测量方法。

一、课程目的本课程是高等院校工科土木工程类专业的一门专业选修课，是帮助学生认识岩石与岩体力学行为和工程功能的一门科学。

通过对岩石力学的基本理论和方法的系统阐述，学生将深入了解岩石各方面的力学性质，掌握利用岩石力学解决岩体工程（包括：地下工程、边坡工程及地基工程）实际问题的基本理论、方法和途径，熟悉岩石力学常用的实验测量方法和仪器，并了解当今岩石力学学科发展前沿和动态。

二、课程的教学内容基本要求第一章：绪论1、教学内容（1）岩石与岩体的基本概念；（2）岩石力学的应用范围；（3）岩石力学的基本内容与研究方法。

2、基本要求了解岩石与岩体的界定，岩石力学研究的主要问题，岩石力学的研究方法，熟悉岩石力学的发展史。

第二章：岩石的物理力学性质1、教学内容（1）岩石的结构和构造；（2）岩石的基本物理性质：密度、孔隙率、孔隙比等；（3）岩石的强度：抗压、抗剪、抗拉和强度准则；（4）岩石的变形；（5）岩石的流变：蠕变、松弛和长期强度。

2、基本要求掌握岩石的强度理论、变形特征和流变性，能够运用相关理论进行基本的理论推导和分析，掌握岩石的物理特性、强度及其测量方法，理解岩石的成分及结构与其力学性质的关系。

第三章：岩石的力学特性1、教学内容（1）岩体中的结构面：类型、自然特征和力学性质；（2）工程岩体的分类；（3）岩体的强度：节理岩体强度分析，结构面对岩体强度的影响分析；（4）岩体的变形：岩体变形实验、参数估算、曲线和变形特性；（5）岩体的水力学性质。

新工科背景下岩石物理实验教学改革思路作者：熊健刘向君李玮来源：《高教学刊》2020年第12期摘要：为适应新工科对勘查技术与工程专业创新人才培养的要求，针对岩石物理实验教学中存在的问题，基于岩石物理实验教学的实践经验，总结了实验教学过程中存在的问题并提出了几点实验教学改革建议，使其能够更好地培养学生的工程理念、创新意识和科研精神。

关键词：新工科;岩石物理;实验教学;改革中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2020）12-0085-04Abstract： In order to meet the needs of the new engineering for the cultivation of innovative talents in the exploration technology and engineering major， considering the problems existing in the rock physics experimental teaching， based on the practical experiences of the rock physics experimental teaching， the problems existing in the experimental teaching process are summarized and suggestions for the reform of the experimental teaching are proposed to cultivate students' engineering concept， innovative consciousness and scientific research spirit.Keywords： new engineering; rock physics; experimental teaching; reform一、概述勘查技術与工程专业属于应用型工科专业，主要培养国土资源勘探与评价、建设工程勘察、环境勘查与评价领域的应用型高级技术人才[1]。

附件中国石油学会第二届全国石油石化优秀科技工作者入选人员及主要事迹（人员按姓氏笔划排序）1. 王招明，男，汉族，1955年7月出生，教授级高工，原中国石油塔里木油田总地质师。

长期在一线从事科研生产工作，创新形成含盐前陆冲断带超深砂岩油气地质认识和礁滩复合体、层间岩溶型油气藏地质新认识，对前陆盆地、缝洞型碳酸盐岩油气勘探开发具有重要指导作用。

是东河1、克拉2、克深气藏群、塔中、哈拉哈塘、古城6、中深1等多个油气重大发现的核心技术贡献者，为油田的跨越发展和新疆的发展、稳定做出重要贡献。

获国家科技进步一等奖1项、二等奖2项，省部级特等奖2项，一、二等奖18项。

2. 王香增，男，汉族，1968年12月出生，正高级工程师，陕西延长石油（集团）有限责任公司副总经理。

在特（超）低渗油藏渗流机理及开发关键技术、特（超）低渗油藏提高采收率、致密砂岩气藏高效开发、页岩气勘探开发等方面取得重大研究成果。

获国家科技进步二等奖2项，省部级科技成果奖22项，授权专利29项（发明专利13项），出版专著8部，发表论文60余篇，被聘为陕西省三秦学者，获李四光地质科学奖、十佳全国优秀科技工作者提名奖、第二十四届孙越崎能源大奖。

是国家863项目首席专家，入选国家百千万人才工程“有突出贡献中青年专家”。

3. 冯庆善，男，汉族，1974年10月出生，高级工程师，中国石油管道公司管道完整性管理中心主任。

长期从事管道完整性管理技术研究，负责ISO管道完整性管理标准编写和工作组召集，担任美国（国际）腐蚀工程师协会NACE TM0125-2015《防腐层耐划伤测试方法》标准编写委员会主席、ISO/TC67/SC2/WG21工作组召集人、ISO19345《管道完整性管理》项目负责人、GB32167-2015《油气输送管道完整性管理规范》第一编写人。

获国家科技进步一等奖1项，省部级科技奖励一等奖3项，发明专利19项、实用新型专利10项，出版著作5部，发表论文30余篇。