Упругость, прочность на сжатие и разрыв, пластичность — наиболее важные механические свойства горных пород, влияющие на ряд процессов, происходящих в пласте в период разработки и эксплуатации месторождений. По скорости перераспределения давления при известных упругих свойствах пород и жидкости можно судить о проницаемости и других параметрах пласта.

В процессе эксплуатации месторождения весьма важно знать также и прочность пород на сжатие и разрыв. Эти данные наряду с модулем упругости необходимы при изучении процессов искусственного воздействия на породы призабойной зоны скважин (например, таких как гидравлический разрыв пласта, гидропескоструйная перфорация), широко применяемых в нефтепромысловом деле для увеличения притока. При рассмотрении физических свойств горных пород следует учитывать, что в зависимости от условий залегания механические свойства породы могут резко изменяться.

Горные породы, залегая друг над другом, находятся в определенном напряженном состоянии, вызванном собственным весом и определяющимся глубиной залегания и характером самих пород. До нарушения условий залегания пород скважиной внешнее давление от собственного веса вышележащих пород и возникающие в породе ответные напряжения находятся в условиях равновесия.

Составляющие этого нормального поля напряжений имеют следующие значения.

где

σ_z — вертикальная составляющая напряжений, Па;

ρ_породы — плотность породы, кг/м³;

g — ускорение силы тяжести, м/с²;

Н — глубина залегания пласта, м.

По горизонтали (в простейшем случае)

где

п — коэффициент бокового распора.

Для продуктивных пластов в нормальных условиях, не осложненных тектонически, коэффициент бокового распора обычно меньше единицы.

Относительная деформация, которую это тело получило бы, например, вдоль оси х при сжатии его тремя взаимно перпендикулярными, равномерно распределенными силами, выраженными главными напряжениями, была равна:

где

σ_z — вертикальная составляющая напряжений, Па;

σ_y и σ_x — горизонтальные составляющие напряжений, Па;

Е — модуль Юнга;

ν — коэффициент поперечной деформации — коэффициент Пуассона.

Если принять, что сжатие горных пород происходит только в вертикальном направлении, а вертикальном деформации не происходит, то

Тогда, исходя из уравнения относительной деформации породы, получим:

Данная формула выведена для условий, когда справедливо предположение об отсутствии деформаций пласта в горизонтальном направлении и когда не учитывается пластичность горных пород.