巖石力學性質是指巖石在受力情況下的變形特征，其表征參數有抗壓強度、楊氏模量、泊松比、彈性模量、內聚力和內摩擦系數等。在油田開發過程中，這些參數對于油氣井鉆探設計、儲層改造措施和方案設計、井壁穩定性評價等非常重要，因此對這些參數進行測定有著極其重要的意義。本文以致密砂巖為研究對象，利用美國GCTS公司研制的RTR-1000型靜(動)三軸巖石力學測試系統，對川中某氣田和蘇里格氣田儲層致密砂巖進行模擬地層條件的巖石力學性質測試。

    1.測試樣品和測試條件

    通過鑄體薄片鑒定、掃描電鏡觀察分析表明，研究區儲集空間類型均以殘余粒間孔、粒內孔溶為主，多為中-小孔，面孔率中等，連通率差，膠結物成分主要為伊利石、高嶺石以及伊/蒙混層，少量環邊綠泥石和自生石英。

    因此所選樣品，均是致密砂巖特低孔特低滲儲層的代表樣，實驗結果對研究同類儲層具有一定的指導作用。

    試驗中對致密砂巖儲層代表樣，在模擬地層條件下的巖石靜力學性質進行了測試，求取彈性模量、泊松比、抗壓強度、內聚力和內摩擦角等巖石力學參數，以及不同孔壓下的巖石力學參數，并繪制出應力-應變曲線。

    2.試驗結果分析

    由試驗曲線可以看出，川中地區沙溪廟組砂巖的應力-應變曲線形態屬于塑-彈性變形；蘇里格砂巖的應力-應變曲線形態可分為3種類型：塑-彈性變形，彈性變形和彈-塑性變形，其中以第一種變形為主。應力-應變曲線開始時顯示微向上凹的特征，這主要是巖石內微裂隙和孔隙應變的閉合和壓縮造成，之后呈近似直線直至破壞，塑性變形階段很小或幾乎沒有，屈服應力與極限強度近于重合。樣品在相應地層條件下均表現為脆性。

    研究區均發現隨著巖石滲透率和孔隙度的增加、圍壓的增大，抗張、抗壓強度均呈現減小的規律。通過對比發現，川中地區致密砂巖的膠結程度較蘇里格低，且發育有微裂縫。在外力作用下，砂巖中發育的微裂隙極易擴展、延伸貫通，造成巖石結構強度的下降。隨著孔隙度的增加，彈性模量和泊松比均呈現減小的趨勢。應力-應變關系曲線為塑-彈性變形，樣品在破壞前的總軸向應變不超過2%，在沙溪廟組儲層條件下表現為脆性。

    3.影響巖石力學性質的主要因素分析

    影響巖石力學性質的因素很多，如巖石類型、圍壓、溫度、孔隙壓力和孔隙介質、應變率、應力狀態等。

    （1）巖石礦物成分及含量

    巖石中巖石礦物成分對其力學性質具有明顯的影響。就同一層位而言，巖石中巖石礦物成分含量的差別也會影響其力學參數，隨著砂巖中石英含量的增加和泥質含量的減少，巖石抗壓強度和楊氏模量均增加，而泊松比則顯示增加的趨勢。

    （2）顆粒的接觸關系

    一般來說，點接觸為不穩定接觸，在外力作用下容易發生變形；而線接觸、凹凸按觸和縫合接觸均為穩定接觸，很難發生變形

    （3）膠結作用

    膠結物的成分是影響單元體連接強度的重要因素，一般認為硅質膠結物的連接強度最高，鈣質膠結物次之，泥質膠結物最差；從含量上來說，膠結物越多，膠結程度就越高，巖石的抗拉伸和抗剪切的能力也就越大，因此也越不容易發生變形；從膠結類型看，基底膠結的膠結程度最高，孔隙膠結次之，鑲嵌膠結和接觸膠結最差。

    （4）孔隙度

    一般情況下，隨著巖石孔隙度的增加，巖石抗壓強度、楊氏模量和泊松比均不同程度地降低，而且當巖石為水飽和時，降低幅度明顯增大。

    （5）孔隙流體類型

    巖石在儲層條件下都不同程度地被具有不同的體積彈性模量的油、氣、水所飽和，這些流體必然會參與巖石的受力與變形過程，從而對巖石的變形和力學參數產生一定的影響。特別是孔隙空間中水的存在，水對巖石(或礦物)是一種弱化作用，其影響程度主要取決于水對巖石的應力腐蝕以及對巖石組分的物理腐蝕。因此，孔隙水的存在會降低巖石的強度和楊氏模量。當含水量達到一定程度后，含水飽和度的增加對巖石力學性質就不再有明顯的影響。

    （6）巖石組構

    巖石作為一種天然材料，其內部總是存在各種成因的薄弱面。這些薄弱面可以是先期裂縫、層面或層理面、成分界面等，它們會顯著地減弱巖石抵抗外力作用的能力，即降低巖石的抗壓強度和楊氏模量。

    （7）層理

    平行層理方向樣品的抗壓強度和楊氏模量大于垂直層理方向的樣品，而泊松比洽好相反；同一樣品在不同方向上的力學參數也存在較大差異。從巖石的微觀結構方面來分析，造成巖石力學參數各向異性的主要原因，是層狀沉積巖在這兩個方向上結構和構造差異、礦物顆粒的取向性差異以及巖石中孔隙和裂縫的數量及分布的非均勻性。

    （8）溫壓

    隨溫度升高，巖石的強度和楊氏模量均降低；隨圍壓增加，巖石強度、楊氏模量和泊松比都相應提高。

    4.結論

    （1）類似特低孔低滲氣藏致密砂巖儲集空間類型以殘余粒間孔、粒內溶孔為主，多為中-小孔，發育微裂縫，面孔率中等，連通性差。膠結物多以高嶺石和伊利石為主。

    （2）研究區巖石在地層條件下的變形以塑-彈性變形為主；抗張及抗壓強度、彈性模量和泊松比均有隨著巖石滲透率、孔隙度和圍壓的增加而增大的趨勢；砂巖中發育的微裂隙是造成巖石結構強度降低的主要原因。

    （3）通過砂巖微觀分析能定性判斷砂巖力學性質的強弱，再和砂巖力學測試數據相結合，能全面真實地反映砂巖的力學性質，從而為石油工程設計和災害地質預防提供可靠依據。

    由于初次嘗試這方面的研究，方法不夠完善和成熟，但將微觀結構特征分析和宏觀力學測試結合起來的研究，考慮多因素影響的巖石力學性質模型的建立，將是今后的主要研究方向。