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出版者:石油工业出版社

作者:陈勉

出品人:

页数:251

译者:

出版时间:2006-4

价格:40.0

装帧:平装

isbn号码:9787502154691

丛书系列:

图书标签:

• 岩石力学
• 石油工程
• 油气井
• 地质力学
• 钻井工程
• 储层力学
• 岩石物理
• 破裂力学
• 应力分析
• 数值模拟

岩石力学在石油工程中的应用 本书深入探讨了岩石力学原理如何赋能现代石油工程的各个关键环节，从勘探开发到生产优化，提供了一套全面而实用的理论框架与技术指导。 第一部分：岩石力学基础 岩石物理性质与力学行为： 本章详细阐述了岩石的弹性、塑性、黏弹性和黏塑性等基本力学特性，分析了孔隙度、渗透率、饱和度、密度、波速等物理参数如何影响岩石的力学表现。重点介绍了不同岩性（如砂岩、页岩、碳酸盐岩）在不同应力、温度和流体环境下的变形与破坏机制。 应力与应变分析： 引入了三维应力、应变状态的概念，讲解了 Mohr-Coulomb、Drucker-Prager 等经典的岩石强度准则，并探讨了如何通过数值模拟（如有限元法）来分析井筒、储层和地层中的应力分布与变化。 岩石的损伤与破坏： 深入研究了岩石在加载过程中的损伤累积机制，包括微裂纹的萌生、扩展和贯通。详细介绍了岩石破坏的模式，如剪切破坏、拉伸破坏、压溃破坏等，并分析了影响岩石破坏强度的关键因素，如围压、孔隙压力、温度、岩石成分和结构。 第二部分：岩石力学在勘探开发中的应用 储层应力分析与评估： 详细介绍了如何利用地震资料、测井数据和钻井过程中获得的岩心样品，结合数值模拟技术，精确评估储层的地应力状态。重点分析了水平应力、垂直应力、孔隙压力之间的关系，以及它们对储层评价和钻井设计的影响。 钻井工程中的岩石力学： 井壁失稳分析与预防： 重点分析了钻井过程中井壁失稳的各种原因，包括地层压力变化、钻井液密度不当、井壁岩石力学性质差异等。介绍了评价井壁稳定性的关键指标，如安全钻井窗口，并提供了相应的预防措施，如优化钻井液密度、选择合适的井身结构和钻井轨迹。 钻井液设计与优化： 探讨了钻井液密度、黏度和化学性质如何影响井壁稳定性和岩石力学响应。讲解了如何根据地层岩石的力学特性和地应力状态，设计出能够保证井壁稳定的钻井液体系。 钻头磨损与钻井效率： 分析了钻头与岩石相互作用产生的力学效应，以及岩石的硬度和强度对钻头磨损速度的影响。介绍了如何通过岩石力学参数来预测钻井效率，并优化钻井参数以提高生产力。 压裂增产技术中的岩石力学： 水力压裂设计与模拟： 详细阐述了水力压裂过程中裂缝的产生、扩展和闭合机理。重点介绍了如何利用岩石力学参数来预测裂缝的形态、长度和宽度，以及如何优化压裂液的性质、注入速度和排量，以最大化储层改造效果。 微地震监测与裂缝表征： 讲解了如何利用微地震事件来监测水力压裂过程中裂缝的扩展路径和范围，并结合岩石力学模型进行反演分析，以获得更精细的裂缝几何特征和连通性信息。 压裂液-岩石相互作用： 研究了压裂液与岩石之间的化学反应和物理作用，如岩石溶蚀、固相沉淀、页岩水化等，以及这些作用如何影响裂缝的导流能力和长期稳定性。 注水/注气采油中的岩石力学： 注入压力与储层变形： 分析了注入流体导致的储层压力变化，进而引起的储层围压变化和岩石变形。重点探讨了储层骨架的压缩和孔隙结构的改变对渗透率和孔隙体积的影响，以及这些影响如何影响最终采油量。 注入诱发的次生裂缝： 研究了在高注液压力下，储层可能产生新的裂缝，分析了这些裂缝的成因、扩展和对注水/注气效果的影响。 第三部分：岩石力学在油气生产优化中的应用 人工举升与井筒完整性： 抽油杆/螺杆泵井的井筒应力分析： 探讨了在抽油杆或螺杆泵往复运动过程中，对井筒产生的动态应力，以及这些应力对井筒管材寿命的影响。 气举与电潜泵的井筒载荷： 分析了气举或电潜泵运行过程中，流体流动和压力变化对井筒产生的载荷，以及这些载荷如何影响井筒的稳定性和完整性。 生产诱发的储层变形与地表沉降： 油气开采与地应力调整： 详细研究了大量油气开采后，储层压力降低导致的有效应力增加，进而引起的储层孔隙度减小、渗透率下降，以及可能引发的地层下沉。 地表沉降监测与预测： 介绍了监测和预测生产诱发地表沉降的方法，分析了地表沉降对地面设施和环境的影响，并提出相应的缓解和防治措施。 二氧化碳封存（CCS）与地质储存中的岩石力学： CO2注入对储层岩石力学性质的影响： 研究了CO2注入对储层岩石的化学反应、矿物溶蚀/沉淀以及孔隙结构变化的影响，以及这些变化如何改变储层的力学强度和变形特性。 封存层与盖层的完整性： 重点关注封存层岩石的力学稳定性以及上覆盖层的密封能力，分析了CO2注入可能引起的应力变化对盖层完整性的影响，以及是否存在CO2泄漏的风险。 第四部分：岩石力学数值模拟方法 岩石力学数值模拟软件与技术： 介绍了常用的岩石力学数值模拟软件（如FLAC, ABAQUS, COMSOL等），并详细讲解了它们在石油工程问题中的应用。 模型建立与参数选取： 强调了建立准确岩石力学模型的重要性，包括如何根据实际地质条件和岩石试验结果选取合适的本构模型和材料参数。 结果解释与应用： 指导读者如何正确解读数值模拟结果，并将模拟结果应用于实际的工程决策和优化。 本书内容聚焦于岩石力学在石油工程中的实际应用，通过深入的理论分析和丰富的工程案例，为石油工程师、地球科学家以及相关领域的科研人员提供宝贵的参考价值。

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总体而言，这本书在构建“岩石力学”与“石油工程”之间的桥梁方面，展现出了一定的努力，但其在方法论上的更新速度和对实际工程复杂度的包容性上，与我作为一线工程技术人员的期望存在明显差距。特别是关于“不确定性量化”这一点，在现代工程决策中至关重要，但本书似乎未能充分体现。无论是岩石参数的随机性，还是地应力场估计的误差，都应该通过蒙特卡洛模拟或贝叶斯方法进行量化分析，从而为设计提供置信区间。这本书的论述方式，仍然偏向于传统的“点估计”方法，即给出一个确定的力学强度值，并基于此进行计算。这种确定性的视角，在面对地质构造的固有复杂性和测量误差时，显得过于理想化，无法为安全系数的设定提供坚实的概率基础。因此，它更像是一部回顾性的、侧重理论基础的教材，而非一本面向未来、解决高难度非常规工程问题的参考指南。

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这本书，坦白讲，当我翻开它的时候，内心是充满了期待的，毕竟“岩石力学”这个领域本身就带着一种厚重的、与地球深处打交道的神秘感，而将其与“石油工程”紧密结合，无疑指向了油气勘探和开采中最核心的技术挑战之一。我原本期望能看到一套系统、深入的论述，如何将实验室中测定的岩石力学参数，精准地应用于地层应力场分析、钻井过程中的井壁稳定性预测，以及非常规油气开发中的水力压裂设计。比如，书中是否能详尽地解析非线性粘塑性模型在页岩储层改造中的具体应用，或者面对高温高压（HPHT）环境，如何修正常规的Mohr-Coulomb准则，从而更准确地预测围岩的变形和破坏模式。我特别留意了关于地应力反演方法的章节，期待它能提供一些前沿的、超越传统方法的数值模拟技术，例如结合离散元法（DEM）或有限元法（FEM）对复杂裂缝网络扩展的模拟过程，而不仅仅停留在理论公式的罗列上。如果能提供更多源自实际油田案例的参数校准与验证过程，那将是极大的加分项，能让我清晰地看到理论是如何落地生根，解决实际工程难题的，而不是仅仅停留在教科书式的阐述层面。

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我注意到书中花了相当大的篇幅来介绍岩石的蠕变和时间依赖性行为，这在长期储油设施的稳定性分析中确实是重要的理论基础。但是，这种理论深入的展示与实际石油工程项目周期性的特点似乎有些脱节。石油工程的决策周期往往以月或季度为单位，对岩石力学模型的诉求更多是中短期内的稳定性和可预测性，而不是数十年乃至上百年的长期地质演化。我更希望看到的是，如何利用这些蠕变数据来优化套管的设计寿命，如何将粘弹性模型引入到地层压力的动态监测中，以提前预警潜在的地面沉降或井下位移。书中对这些时间尺度上的工程对策的描述非常模糊，更多的是停留在物理现象的描述上，而对如何将这些现象转化为可操作的工程指标和安全裕度计算缺乏具体指导。这让这本书的价值，在追求高效率、高周转率的现代油气开发领域，大打折扣。

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这本书在对基础概念的阐述上还算扎实，但一旦深入到工程应用的核心环节，其深度和广度就明显不足，留下了许多“意犹未尽”的空白。举个例子，在探讨钻井环空稳定性时，我期待看到关于膨润土泥浆密度与岩石破裂压力之间的非线性关系图谱，以及不同钻井轨迹（如大位移井）如何改变局部应力集中点的详细分析。然而，书中对于这些关键的工程参数的讨论往往一笔带过，提供的公式似乎是通用化的，缺乏针对特定岩性（如盐岩、碳酸盐岩）的修正系数或经验法则的讨论。再者，对于如何处理钻井过程中因冲刷、侵蚀导致的岩体损伤机制，这本书的论述也显得过于理想化，没有充分考虑现实钻井现场中泥浆固相、井眼清扫效率、以及随钻测井（LWD）工具实时反馈对地质力学模型迭代修正的重要性。这使得这本书更偏向于一个入门级的理论框架构建，而非能直接指导复杂现场作业的实用工具书。

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阅读体验上，这本书给我的感觉更像是一本早期的工程手册的翻版，内容组织结构显得有些陈旧，缺乏现代工程学科对跨学科知识整合的灵活性和前瞻性。例如，在讨论地层力学特性时，现代石油工程早已高度依赖于高精度地震解释数据来约束岩石力学的初始条件，但这本书似乎对如何将地震波速、阻抗等地球物理信息无缝嵌入力学模型中探讨得不够深入。我希望能看到更现代的数值方法介绍，比如如何利用光滑粒子流体动力学（SPH）或近期兴起的机器学习算法来辅助岩石力学参数的快速评估，这对于快速部署的钻井项目至关重要。此外，对于非常规油气开发中越来越突出的“地层反应”问题——即压裂过程中流体与岩石的耦合作用，比如化学侵蚀、渗透率的动态变化——这本书的篇幅显得捉襟见肘，给出的解决方案似乎还停留在相对静态的力学平衡分析阶段，对于这种动态、耦合的复杂系统，这种处理方式显得力不从心，未能跟上行业对复杂储层理解的步伐。

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