在北海油田，白垩岩是一种主要的石油储集层。石油被开采之后，孔隙压力降低，导致储油层压缩。为了阻止沉降，将海水注入储油层恢复孔隙压力，但是这种方法反而使得海底沉降进一步加剧。通过室内试验发现，白垩岩的强度与饱和流体的性质有较大的关系，油饱和的白垩岩比水饱和的白垩岩强度高很多。目前最流行的做法是考虑毛细作用，将非饱和土的方法应用在白垩岩中。但是试验证明将油换成乙二醇和甲醇时，同样会增大白垩岩的强度，这两种流体均与水混溶，不存在毛细作用，所以毛细效应并不能完全解释这种行为。
中国科学院武汉岩土力学研究所土动力学组研究员韦昌富及其研究团队提出了一个考虑微观物理化学作用力的白垩岩的本构模型，充分解释了白垩岩的化学流体敏感性。该模型考虑了两种水弱化机理：毛细作用、白垩岩和饱和流体之间的物理化学作用。模型采用修正剑桥模型为基础，以粒间应力作为本构变量。该粒间应力是基于真实孔压的概念，考虑了微观的物理化学作用力，包括Donnan效应、毛细和吸附；从而可以将化学和力学加载采用同一个屈服面表示。为了考虑白垩岩和孔隙流体的相互作用，引入粒间压力作为额外的硬化变量来表示微观的物理化学作用力对前期屈服应力的硬化作用。通过对试验数据进行模拟，证明了该模型可以采用同一套参数来模拟不同流体饱和的白垩岩的化学-力学耦合特性。
上述工作发表在Géotechnique杂志上，得到国家自然科学基金青年基金（11502276）及面上项目（41572293）的资助。
图1 油饱和和水饱和白垩岩的屈服和破坏线
图2 不同压缩实验的压缩曲线
