地应力测量及计算ppt课件.ppt

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1、第6章地应力测量及计算岩石力学基础06.1概述地壳的构造运动常使岩层产生褶皱、断裂和错动，这些现象的出现都是岩层或岩体受力的结果。构造应力自重应力温度应力其他应力1一、基本概念原地应力(in-situstress)：指钻井（drilling）、油气开采（oilandgasproduction）等活动进行之前，地层中地应力的原始大小。研究的目的意义6.1概述2二、地应力的分类6.1概述36.1概述地层地应力状态存在三种类型：(1)、垂向应力为最大主应力，即：(2)、垂向应力为最小主应力，即：(3)、垂向应力为中间主应力，

2、即：4地应力的成因6.2地应力的成因及分布特点产生地应力的原因是十分复杂的，也是至今尚不十分清楚的问题。30多年来的实例和理论分析表明，地应力形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理化学变化等也可引起相应的应力场。其中，构造应力场和重力应力场是现今地应力场的主要组成部分。56.2地应力的成因及分布特点66.2地应力的成因及分布特点76.2地应力的成因及分布特点8地应力的成因6.2地应力

3、的成因及分布特点产生地应力的原因是十分复杂的，也是至今尚不十分清楚的问题。30多年来的实例和理论分析表明，地应力形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理化学变化等也可引起相应的应力场。其中，构造应力场和重力应力场是现今地应力场的主要组成部分。96.2地应力的成因及分布特点地应力的分布规律通过理论研究，地质调查和大量的地应力测量资料的分析研究，已初步认识到浅部地壳应力分布的一些基本规律：

4、1、地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是时间和空间的函数。2、实测垂直应力基本等于上覆岩层的重量。3、水平应力普遍大于垂直应力。4、平均水平应力与垂直应力的比值随深度增加而减小。5、最大水平主应力和最小水平主应力也随深度呈线性增长关系。6、最大水平主应力和最小水平主应力之值一般相差较大，显示出很强的方向性。106.2地应力的成因及分布特点地应力是在漫长的地质历史时期形成的，其影响因素较多，分布规律比较复杂。在我国，依据已积累的资料，对油田地应力的分布规律有以下认识。一）地质构造对地应力的影响二）断层对地应力的影

5、响断层的形成是地层在地应力作用下发生破裂和滑动的结果，在一定的应力场作用下，所形成的断层类型是基本固定的。假定：断层所在地点的主应力方向之一是垂直的；在断层形成之前，岩石是完整的，产生断层的岩石破裂过程遵循库伦准则，则可以由断层类型推断三向地应力的相对大小。116.2地应力的成因及分布特点1213由于确定原地应力状态是评价地下工程稳定与否的前提条件，所以，人们花费了大量精力研制应力测量设备并探讨应力测量的方法。地应力测量技术分岩心测试和矿场测试两种。岩心测试主要有：差应变分析(differentialstrainanal

6、ysis)、滞弹性应变分析、波速(acousticvelocity)各向异性(anisotropic)分析、声发射(Kaiser效应)等，其中，声发射(acousticemission)比较容易测试，应用的也比较广泛。6.3地应力的测量方法14矿场测试以水力压裂为主。近些年利用井壁崩落(boreholewallbreak-out)反演地应力呈现出良好的发展前景。对深层地应力的求测，水力压裂(hydraulicfracture)测定技术是公认的最准确的和有效的方法，井壁崩落可给出较可靠的地应力方位；其它技术多为间接测定方法

7、。须要说明的是：要采用多种方法对比使用，才能给出比较可靠地应力的数据。6.3地应力的测量方法15一、现场测量：对于现场测量方法，从测量方法的原理来看，可以分为截然不同的两种方法:（这两种方法都是适用于矿山测量）A采用钻孔来接近量测地点,确定钻孔壁的应变或钻孔其它变形；B在钻孔壁上的特定位置测定环向正应力分量。(一)、应变测试方法最常见的一组方法是确定钻孔壁的应变或钻孔其它变形，这些变形是由于套钻放置测量仪器的那部分钻孔而产生的。如果在这个应力解除过程中测得了足够多的应力和应变，那么，利用弹性理论的解法可以从实测数据直接求

8、出场应力张量的六个应力分量。6.3地应力的测量方法16（二）、应力测试方法以压力枕量测和水力压裂为代表，在钻孔壁上的特定位置测定环向正应力分量。在每个位置，法向应力分量通过施加在测槽上的压力得到，这个压力与作用在与测槽垂直方向上的局部法向应力分量相平衡。每个测量位置的环向应力可能直接与测试现场在钻孔之前的应力状态有关