●李传亮
多孔介质不同于普通固体材料,它的受力状态十分复杂,它通常同时受到外应力和内应力(孔隙压力)的共同作用。研究多孔介质的力学行为必须采用有效应力。有效应力是为了
工程计算方便而虚拟的应力概念,它是多孔介质力学的基础概念。1923年,K.Terzaghi提出了第一个多孔介质的有效应力概念,后人称之为Terzaghi有效应力,
石油科学中通常称之为有效上覆压力,实验研究中通常称之为净围压。Terzaghi有效应力为介质外应力与内应力的简单差值,它的提出为土力学的诞生奠定了基础。
但是,Terzaghi有效应力是针对极其疏松的土介质提出的,它并不适用于致密的岩石介质,后人曾提出多种形式的有效应力试图对其进行修正,但都没有获得真正意义上的成功。
根据笔者的研究,多孔介质存在结构变形和本体变形两种基本的变形模式,多孔介质的实际变形是这两种基本变形的复杂组合。在多孔介质变形机制的基础上,笔者又建立了多孔介质的双重有效应力:本体有效应力和结构有效应力。本体有效应力决定介质的本体变形,而结构有效应力则决定介质的结构变形。双重有效应力通过孔隙度把普通固体材料与多孔介质统一了起来。双重有效应力反映了多孔介质的物质结构特征,而Terzaghi有效应力则忽视了多孔介质的物质结构,把内、外应力同等对待,显然是不够科学的。双重有效应力的联合使用,可以解决多孔介质的所有力学行为。然而,过去人们仅采用一个有效应力(Terzaghi有效应力)研究多孔介质的所有力学行为,研究结果错误百出。
多孔介质的双重有效应力是笔者在中国科技大学攻读博士学位期间建立的一套新理论,该理论提出之后,在多孔介质的许多领域得到了广泛应用,并取得了一系列的研究成果:地层岩石的压深关系曲线由两线图变成了三线图;岩石强度条件的极端
判断方法变成了中间判断方法;岩石压缩系数的逻辑反转得到了彻底纠正,岩石压缩系数不再随孔隙度的增大而减小,而是随孔隙度的增大而增大;岩石由强应力敏感变为弱应力敏感,为油气藏衰竭式开采奠定了理论基础;争议多年的岩石破裂压力计算公式得到了统一;油气藏
开发过程中的单轴压缩变为三轴压缩;多孔介质的流变学
模型得到了改进……
K.Terzaghi因提出了Terzaghi有效应力而推开了多孔介质力学的大门。在Terzaghi有效应力的旗帜下,诞生了土力学和岩石力学二门重要的自然科学学科。Terzaghi因此为人类做出了巨大的贡献。双重有效应力的提出,又为多孔介质力学的发展起到了积极的推动作用,许多奇妙的新理论都已在双重有效应力的支撑下浮出了水面。凡是有多孔介质的地方,就有双重有效应力的用武之地。
详细内容,请参阅相关的若干篇
论文(可在“第一作者论文名单”中下载)和《油藏工程原理》的相关章节以及我的博士论文。