考虑温度和围压效应的升尺度理论岩石力学特性预测模型及验证

摘要

针对深地工程中普遍存在的取芯成功率低、岩心易破裂及成本高昂等技术难题，提出一种考虑温度与围压效应的升尺度岩石力学特性预测模型。该方法通过建立岩石矿物组成、矿物力学参数、孔隙度及裂缝发育情况与宏观力学行为之间的关联机制，利用钻井碎屑和井壁掉块等易获取样本的微观测试数据，实现对深部地层宏观力学性能的快速准确预测。以白云岩和灰岩两类典型超深层岩石为研究对象，通过与岩心三轴试验数据对比验证模型的有效性。结果表明：灰岩弹性模量预测平均误差为3.35%,白云岩为9.30%;灰岩强度预测平均误差为7.57%,白云岩为6.63%,证实了模型的有效性。与传统力学模型相比，所提出的模型一方面考虑了温度与围压对岩石孔隙度的影响，显著提升了模型在深部高温高压环境下的预测精度；另一方面通过整合随钻岩屑/井壁掉块的矿物学分析(矿物组成及矿物力学参数)与测井获得的裂缝信息，实现了对深部地层力学特性的高效评估。该研究为超深层岩石力学参数获取提供了新方法，并为井壁稳定性评价与储层改造方案设计奠定了力学基础。

关键词

深地工程 / 岩石力学参数 / 升尺度模型 / 温度 / 围压

基金资助

中国石油天然气集团有限公司科学研究与技术开发项目(2022ZG06); 国家自然科学基金项目(52309147,42507261); 湖北省重点研发项目(2025BEB014)