地应力及其确定方法综述.doc

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1、地应力及其确定方法综述【摘要】通过对比通过地应力测量方法、计算方法的分析和对比，为以后利用常规测井资料和成像测井资料计算地应力的多种方法奠定基础，进而从不同的角度对地应力进行了研究，不仅有助于提高地应力的计算准确率，而且可以多角度对地应力的形成过程进行因素分析。【关键词】地应力；测量；水力压裂；凯瑟效应实验1.地应力地应力主要由垂力应力、构造应力、孔隙压力等组合而成。在油田应力场研究中，孔隙压力对地应力的影响是非常重要的，实际上，由于地层岩石力学性质的非线性特征，地应力的各种成因分量间不是独立的，人们只是从其成因和研究分析问题的方便才对地应力进

2、行分类的。构造应力与上覆岩层压力构成了地应力，它作用于整个地质体上。对于某一特定的地质体来说，将作用于其单位表面上的法向地应力定义为主应力。在主应力方向上剪切应力为零，这样就可以把复杂的地应力归结为三个相互垂直的主应力，即三轴向应力（图1）。通常其中一个基本上是垂直的，叫做垂向应力（Sv）；另外两个主应力基本上是水平的，称为最大、最小水平应力（SH、Sh）。垂向应力由重力应力（上覆岩层压力）所构成，水平应力则主要由构造应力所构成。在三个主应力中，垂向应力是比较容易确定的，其大小可由密度测井曲线确定，其方向是垂直的。对于水平应力的方向，现在有许多

3、方法，在油田中广泛采用井壁崩落法确定水平应力的方向，取得了良好的效果，测量水平应力大小的方法有水力压裂法、凯瑟效应实验、差应变法等。1.地应力测量方法2.1水力压裂法用水力压裂法确定最小水平应力是目前进行深部绝对应力测量最精确的方法，在国内外都有着广泛的应用。1989年3月30日测井公司在川西南界石场界19井进行了地应力测量试验，整个工艺是成功的，井口密封装置可以在68MPa高压下正常工作，仪器系统工作正常，记录到了类似于标准地应力曲线形状的压力曲线，但由于水泥环窜漏及施工时开压太快，未能反映出地层破裂压力，这口井的试验为今后进行地应力测试提供

4、了宝贵的经验。图1三轴向地应力2.2凯瑟效应实验（声发射法）另一种常用的测量地应力的方法是凯瑟效应实验（声发射法）。凯瑟（Kaiser）效应实验可以测量岩石在野外曾经承受过的最大压应力。地下岩层因遭受地质历史中的构造应力场作用，普遍发育有微观或隐蔽的格里菲斯微裂纹（GriffithMicrofracture）0在进行声发射实验时，实验样品在模拟古应力场的加载过程中，当应力值达到或大于微裂纹形成时的应力强度后，微裂纹就会失稳扩展而形成不可逆的声发射效应，即所谓“Kaiser"效应，其中微裂纹初始扩展点的应力值可代表其形成时的古应力强度，即所谓Ka

5、iser效应对古应力场强度的记忆。如连续施加载荷力，不同期次的微裂纹就会相继扩展而形成多个Kaiser效应点，并由Kaiser效应点的个数和应力分量反映岩石所经历过的应力场期次和强度。必须指出的是，岩石如果遭受某一期次的应力场强度高于该期之前的应力，那么不仅形成新的微裂纹，同时前期的应力记忆随微裂纹扩展会被抹掉。因此Kaiser效应点只能有限地记忆某个最高应力场强度及其之后的各应力场期次。又由于Kaiser效应点对古应力强度由高到低的期次的更好的记忆力，实验是在载荷逐渐加大的过程中进行，因而在实验曲线（AE曲线）上相继出现的Kaiser效应点，

6、与其所代表的应力场期次在顺序上恰好相反。Kaiser效应点具有方向上的独立性，最高声发射次数（或频率）和应力分量值应出现在最大古应力方位上。因此，只须测出某点3个或3个以上方位的同期应力分量值，即可利用应力计算公式求得该点在三维空间上的最大古应力方位及强度，这一具方位概念的实验，样品必须取自定向岩芯或露头，无方位概念的样品，仅反映应力场期次及应力强度的相对髙低和变化范围。1.地应力的测量方法与计算方法比较地应力测试是获取地应力数据较为直接和有效的手段。理论上讲，它应该比其它方法具有更高的精度，但是它存在以下几点不足：(1)测量数据有限(如在四川

7、进行的地应力测量就不多),不能得到连续的地应力剖面，对没有进行地应力实测的地层，只能大致估计其地应力范围；(2)地应力测试成本高；(3)并非所有地层均可进行地应力实测，如对特薄层不能用水力压裂方法测得其精确的地应力值，特别是对产层以上的覆盖层，油井生产常常不允许将其击穿，而井较深时，由于设备和管路的耐压等条件限制，可能不会将其压出裂缝。另一种获取地应力数据的手段是通过计算得出。岩层在几百万年的沉积过程中，受到压实、胶结、冷热以及地层构造变形、剥蚀等多种作用的影响，在如此复杂的环境下，用简单的模型来描述地下复杂的应力状态是困难的。地应力计算比地应

8、力测量有着不可比拟的方便性和经济性，其光明的前景吸引着人们去不断探索。进行少量的地应力测量，用地应力实测数据去检验，标定地应力计算结果，并得到沿井深连