岩心分析过程存在塑性变形吗？ - 海洋地质岩心分析

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当进行储层岩石的应力敏感分析时，经常观察到的实验现象是，加载过程岩心的渗透率不断降低，而卸载过程渗透率则有所恢复，但却恢复不到加载之初的渗透率水平，渗透率受到了永久性的损失。人们把这一现象，归因于加载过程中岩石出现的塑性变形所致。其实，这是对岩石力学的一种误解，岩心分析过程中不存在塑性变形，只存在可以恢复的弹性变形。

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按照固体力学的理论，若材料的受力在弹性极限范围内，材料只产生弹性变形，即材料产生的变形是可以完全恢复的。若材料的受力超过了弹性极限，材料就会产生塑性变形，即产生不可恢复的永久性变形。但是，材料的卸载过程只产生弹性变形，而不产生塑性变形。若卸载后再加载，只要加载应力没有超过前期受到的最大应力，材料也不会出现塑性变形，而只会产生弹性变形。

储层岩石在地下受到了巨大的地应力作用，把岩心取到地面，实际上是岩心的卸载过程，在室内进行应力敏感分析的过程，实际上是岩心的再加载过程。由于室内岩心的加载应力，远小于岩心在地下时受到的地应力，因此，不应该出现所谓的塑性变形。

但是，室内实验为何观察到了卸载过程的渗透率没有恢复到加载之初的渗透率水平呢？这就是岩心的表皮效应。在进行应力敏感分析时，是把岩心放入塑料封套之中的。不论如何打磨岩心，其表面都存在一些凸凹不平之处，放入岩心封套之后，岩心与封套之间就形成一些微间隙。当对岩心加载时，微间隙就会产生较大的变形（包括一部分塑性变形），而卸载时，微间隙的变形却不能完全恢复。因此，实验观察到的所谓塑性变形，实际上是岩心封套的，而不是岩石本身的，岩石本身不存在塑性变形。岩心封套的塑性变形，让人们误认为是岩石本身产生了塑性变形，这样就会误导油藏的生产实践。