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第44卷第4期岩力学Vol.44No.4

2023年4月RockandSoilMechanicsApr.2023

DO1:10.16285/j.rsm.2022.0742

基于毫米压痕测试获取致密砂岩弹性模量的研究

肖海斌4

罗宇杰1,2，张杨3，刘容妃1，胡大伟1,2，周辉1,2，肖

（1.中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，湖北武汉430071；2.中国科学院大学，北京100049；

3.中国石油集团工程技术研究院有限公司井下作业研究所，北京1022064.华能澜沧江水电股份有限公司，云南昆明650000）

摘要：深部岩石工程安全高效开发的前提是精确获取深部的岩石力学参数。针对钻井取芯困难、成本高，室内力学试验数

据少，离散性大的问题，提出了一种基于毫米压痕测试精确获取致密砂岩弹性模量的方法。采用5种常用的硬度计压头，控

制最大载荷和加/卸载速率作为试验变量，对塔里木油田致密砂岩进行了大量毫米压痕测试。结果表明，采用布氏球形压头，

基于Oliver-Pharr理论可以精确获取致密砂岩的弹性模量。进而，分析了布氏球形压头直径、加/卸载速率和最大载荷等试验

条件对测试结果的影响规律，明确了最优试验条件；并通过有限元计算分析了受力区域应力分布规律，讨论了不同试验条件

下代表性体积单元与Oliver-Pharr理论的适用性。与传统的微/纳米压痕测试相比，该方法具有测试速度快、制样方便和成本

低等优点，可应用于钻井现场返排的岩屑以及难以制作标准试样的岩芯样品，为深部资源的高效开发和深部岩石工程的安全

建设提供有力支撑。

关键词：毫米压痕测试；致密砂岩；弹性模量；布氏压头；Oliver-Pharr理论

中图分类号：TU452文献标识码：A文章编号：1000—7598(2023)04—1089—12

Studyofobtainingelasticmodulusoftightsandstonebasedon

mm-indentationtest

LUOYu-jiel,2,ZHANGYang,LIURong-feil,HUDa-weil,2,ZHOUHuil,2,XIAOHai-bin4

(1.StateKeyLaboratoryofGeomechanicsandGeotechnicalEngineering,InstituteofRockandSoilMechanics,ChineseAcademyofSciences,Wuhan,Hubei

430071,China;2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China;3.DownholeOperationResearchDepartment,CNPCEngineering

TechnologyRDCompanyLimited,Beijing102206,China;4.HuanengLancangRiverHydropowerInc.,Kunming,Yunnan650000,China)

Abstract:Thepreciseacquisitionofdeeprockmechanicalparametersisrequiredforthesafeandefficientdevelopmentofdeeprock

engineering.Inresponsetotheproblemsofdifficultandcostly