ASR和DITF法综合确定塔里木盆地7km深部地应力状态

针对塔里木盆地致密气勘探开发中地应力测试需求,利用非弹性应变恢复(ASR)和钻井诱发裂缝(DITF)地应力测试方法,分析塔里木盆地7 km深部的地应力状态。研究表明:(1)SN-X井6 293~6 955 m深度范围内最大主应力近垂直,中间和最小主应力近水平,最大水平主应力方向在N E 51°~79°范围。(2)在区域挤压构造环境下,塔里木盆地内部存在与碰撞造山后应力松弛或构造旋转逃逸引起的正断层应力环境。(3)通过与DITF法地应力测量结果的对比分析,验证了ASR法用于7 km深部地应力测量的有效性,预期ASR法以其成本低、效率高且不受钻井深度和温度限制的优点,在深部科学钻探、非常规油气开发及地热资源开发等领域具有广阔的应用前景。     

深部岩盐矿地应力的确定及特征分析

针对深部岩盐矿溶腔稳定性分析及地应力场分析的要求和深部岩盐矿钻孔水溶开采的条件，结合长山岩盐矿深部地应力研究的实际情况，确定了矿区地应力测试方法、地应力测点和试样选择的一些要求：按照声发射Kaiser效应测地应力的基本原理，提出了沉积岩层非定向钻孔岩芯坐标方向建立的方法和多方向取样及地应力椭球回归分析的声发射Kaiser效应地应力测试方法。该方法根据三维空间多方向试样的Kaiser效应实验结果，采用多元非线性拟合方法确定测点地应力椭球的一般方法，再由二次正交变换确定测点地应力椭球的标准方程，以求得地应力的大小和方向。此方法能避免实验误差的较大影响。长山岩盐矿实验矿井深部地应力测试结果及分析表明，长山岩盐矿深部存在水平构造应力，最大主应力方向在离地表800m深左右由水平方向转为垂直方向；距离地表1000m左右深的岩盐层中，最大主应力一般为30MPa左右。     

塔河碳酸盐岩储层地应力实验研究

对常规差应变实验进行改进,结合波速各向异性和古地磁定向实验,形成一套针对小直径圆柱体岩芯的地应力实验方案。利用新实验方案对塔河油田碳酸盐岩储层进行地应力大小和方向测试,塔河碳酸盐岩储层水平最大主应力方向主要分布为NE45°～90°;垂向主应力梯度为0.025 MPa/m,水平最大主应力梯度为0.020 2 MPa/m,水平最小主应力梯度为0.015 2 MPa/m。室内实验结果与现场监测结果具有很好的一致性,间接印证了新实验方案的可靠性和实用性。     

利用岩石的Kaiser效应测定储层地应力

 用单轴压缩试验测试岩石Kaiser效应特征,进而确定岩体地应力状态的方法,在岩体工程实践中得到广泛的应用。长庆靖安油田长6储层属于低孔低渗储层,需要进行水力压裂后才能得到高效地开发,为此必须研究该储层的地应力。用岩石的Kaiser效应,结合岩芯古地磁定向来研究储层19口井的地应力。研究结果表明,岩石声发射得到的最小主应力与水压致裂瞬时停泵法进行比较,大小吻合较好,而用岩芯古地磁定向结合岩石的声发射测试,能准确测定出地层中主应力分布的方向,与地层倾角测井解释成果比较接近。     

三孔正交法地应力测试原理

文章较为详细的介绍了一种简单而实用的地应力测试原理,目的在于为我国煤矿井下地应力测试提供一种简便易行的测试手段,同时对现有的地应力测试方法进行补充与完善。文章依据弹性力学基本原理,以轴对称圆孔的孔边应力分布规律为研究出发点,依据三个相互正交测试孔获得的致裂方程和固体力学中的应力状态理论,计算获得测试点处主应力、最大与最小水平应力和构造应力的大小与方位。该原理经现场应用,效果很好。研究成果弥补了目前煤矿井下地应力测试精度难以把握的缺陷,对我国矿山地应力测试方法的研究与完善具有较大的参考价值。     

纯主应力旋转条件下饱和黏土累积变形的热力学模型分析

不同于岩土弹塑性模型和经验回归模型,提供了一个基于颗粒固体流体动力学的热力学本构模型。该模型通过对岩土颗粒固体的弹性弛豫和颗粒熵运动等耗散机制的定量描述,可以模拟土体的非线性硬化、软化等宏观力学行为,尤其适用于主应力旋转土体累积塑性应变的模拟。纯主应力旋转条件下杭州黏土的模拟结果表明:即使不改变土体的主应力大小,纯主应力方向的旋转依然会引起土体的非弹性变形的积累。在主应力旋转过程中,土体的应变方向与应力方向并不一致,存在明显的非共轴现象。并且应变峰值的出现明显落后于应力峰值,应力–应变关系曲线存在较大的滞回圈,表明纯主应力旋转过程中也存在能量耗散,并非完全弹性过程。模型分析结果符合现有的试验结论。     

官地水电站地下厂房区地应力测试与应用分析

为了确定雅砻江官地水电站地下厂房区初始地应力场,并为厂房及洞室系统的优化布置提供依据,在地下厂房区6个部位各布置了一个钻孔,采用空心包体式钻孔应变解除法进行了三维地应力测量。测试结果表明:最大主应力量值为20~22MPa,属中高应力区,最大水平主应力方向在NW~NNW之间。最大水平主应力与地下洞室初期布置方向夹角近90,°不利于洞室围岩的稳定性。为此,从综合考虑地应力和地质构造条件的角度,提出了调整地下厂房布置方向的优化建议。     

超声波钻孔电视在地应力测量研究中的应用

通过一个300m和一个800m典型钻孔的实际测试结果,揭示超声波钻孔电视在地应力测量研究领域中的几个应用实例,如:岩层裂缝的检测、地应力测试段的选定、岩芯定向,特别是对水压致裂法形成的诱发裂缝和孔壁崩落的测定及分析,在地应力测量研究中将可显示出较强的优势,尤其是最大水平主应力方向的获取,更优于其它方法。并将在两个钻孔中所得结果与常用的定向印模测试结果进行了对比,取得了较为一致的成果。关于超声波钻孔电视对水压致裂法诱发裂缝的测试还未曾见过报道。最后简述了地应力数值大小的推估研究与展望。     

岩石声发射Kaiser效应测试玄武岩地应力应用

在减少对岩体的影响因素后,运用岩石的Kaiser效应,以弹性力学理论推导了地应力公式,由该公式可知试样3个主应力的大小、方向,且主应力随深度有增加的趋势,以促进岩石地应力的研究。     

地应力弹性参数计算的应力区间分级方法研究

对套孔应力解除法地应力现场测量获得的套孔岩芯进行围压率定试验,是后期数据处理获取岩石弹性参数的重要手段,其结果直接影响地应力计算值的精度。目前,参与地应力计算的弹性参数由围压试验中的最高围压值与对应的应变计算获得,受试验条件、岩石的非线性影响,结果存在一定的误差。利用围压率定仪对多组套孔岩芯试样进行率定试验,研究不同岩性岩石围压率定试验曲线特征规律;基于多重误差因素分析,对试验应力应–变曲线进行合理修正。结合岩石的加卸载变形理论,考虑岩石非线性特征,提出一种将弹性参数划分成不同应力区间计算的方法。将该方法运用到平煤十矿(平顶山天安煤业股份有限公司十矿)实测地应力的计算中,修正后的主应力计算结果随深度呈现出更好的线性相关性,与实际情况符合较好,研究成果对提高套孔岩芯弹性参数及实测地应力的计算结果精度具有一定的参考意义。     

晋城矿区地应力场研究及应用

 随着矿井开采深度与强度的不断增加,地应力对围岩变形与破坏的影响更加突出,在煤矿矿区进行地应力测量,并分析地应力场分布特征具有重要意义。在晋城矿区,采用小孔径水压致裂地应力测量装置,进行10个煤矿、62个测点的二维与三维地应力测量。实测数据表明：晋城矿区原岩应力以水平应力为主,构造应力占绝对优势,属于典型的构造应力场类型;地应力值属于中等水平;矿区东部与西部水平主应力方向变化较大,主要原因是受晋获褶断带的影响。基于实测数据,绘制晋城矿区地应力分布图;采用回归方法分析地应力随埋藏深度的变化规律;论述水平主应力与垂直主应力的比值同埋藏深度的关系,并与霍克–布朗包线进行比较。选择典型矿井,将地应力测量结果应用于巷道布置与支护设计,根据地应力场分布特征提出合理的巷道轴线布置方向,并在井下应用中得到验证。井下地应力测量为晋城矿区提供了可靠的基础数据,对指导矿区井田开拓、巷道布置与支护设计、采煤方法的选择等工程实践具有重要参考价值。     

A combined Bayesian–wavelet–data fusion approach for borehole enlargement identification in carbonates

Petrophysical logs are usually acquired in most of the drilled wells and some of them have good correlations with mechanical properties of the rock. In this paper, a new multi-variable workflow is proposed in order to identify the location of borehole enlargements along the wellbore in correlation with some of the petrophysical logs acquired using wireline or logging while drilling tools in addition to mud weight and in-situ vertical stress data. This approach employs number of data processing techniques including Bayesian classification, wavelet de-noising, and data fusion to determine borehole intervals with maximum likelihood of enlargement. The application of the proposed method is to identify enlargement zones and does not provide information about stresses orientations and magnitudes. This paper explains the methodology and presents its results in five study wells in a carbonate field. The study confirms the applicability and the generalization capability of the method in carbonate formations with a significant accuracy.     

三维地应力BWSRM测量新方法及其测井机器人在重大工程中的应用

地壳上层岩体的应力状态是地壳最重要的性质之一,获取岩体应力状态最直接、可靠的手段是原位地应力测量.首先简要回顾地应力测量的研究历程及其发展现状,分析岩石力学与工程中常用的几种地应力测量方法和技术.重点介绍钻孔局部壁面应力解除法(BWSRM)这一新的三维地应力测量方法的原理,以及基于BWSRM的地应力测井机器人研制过程和...     

赵楼煤矿1 000 m深孔水压致裂地应力测量及其应力场研究

 赵楼煤矿是目前国内开采最深的非金属矿山之一,处于曹县-郓城活动断裂带上,区内地质构造较为复杂。为了掌握矿区原岩应力场分布规律,应用深孔水压致裂地应力测量技术开展地应力测量工作,获得该矿区2个钻孔中16个测段的应力状态。测量结果表明：矿区最大主应力随深度增加基本呈线性增大,且在800 m深度处应力值有所变化,最大水平主应力为28.45～45.75 MPa,方向NEE,反映出矿区地应力场以水平应力为主导的特点,测量结果可为矿山建设和开采设计提供科学依据。     

Determination of stress orientation and magnitude in deep wells

In this paper, we review a suite of techniques for determination of in situ stress orientation and magnitude in deep wells and boreholes. As these techniques can be utilized in both vertical and highly deviated wells, they have had extensive application in the petroleum industry where knowledge of stress orientation and magnitude at depth is important for addressing a wide range of problems. The techniques we have developed for estimation of the maximum horizontal principal stress, S_Hmax, make extensive use of observations of non-catastrophic failures of the wellbore wall—both compressive failures (breakouts) and tensile failures (drilling-induced tensile fractures) as well as the stress perturbations associated with slip on faults cutting through the wellbore. The widespread use of wellbore imaging in the petroleum industry has been a critical development that makes utilization of these techniques possible. In addition to reviewing the theoretical basis for these techniques, we present case studies derived from oil and gas fields in different parts of the world. These case studies document the facts that the techniques described here yield (i) consistent stress orientations and magnitudes over appreciable depth ranges within and between wells in a given field (thus indicating that the techniques are independent of formation properties), (ii) stress magnitudes that are consistent with absolute and relative stress magnitudes predicted by Anderson and Coulomb faulting theories, (iii) stress orientations and relative magnitudes that are consistent with regional stress indicators and tectonics observed with other techniques at much larger scales and (iv) sufficiently well-constrained estimates of the full stress tensor that are useful in application to engineering problems such as wellbore stability.     

应力解除法在某金矿地应力测量中的新进展

本文介绍了应力解除法在胶东某金矿地应力测量中的应用。在测量过程和结果计算中使用了改进型空心包体应变计,完全温度补偿技术,自动数据采集记录系统和双迭代法求解测点Ｋ系数、岩石弹性模量、泊松比和地应力的新方法,有效在保证了测量结果的精度。矿区地应力场实测结果和区域构造应力场显示了良好的一致性,有力地证明了实测结果的可靠性和正确性。     

二滩水电站地下厂房三维边界元分析及稳定性评价

我们用三维边界元法计算了二滩水电站地下厂房围岩的应力重分布和变形。不仅分析了厂房稳定性的应力条件,还考察了开挖引起的围岩能量变化对厂房稳定性的影响。 该厂房处于高应力区,由三个大洞室和许多与它们相连接的管道组成,所以厂房围岩的应力重分布和变形是一个典型而又复杂的空间问题。为此采用了特别适于处理空间问题的边界元法。在计算中又采用了笔者提出的“数值积分的非均匀精度法”有效地节省了计算机时。 分析结果表明,在主厂房与管道的连接处附近应力集中相当严重。同时也证实,就大型岩石工程的空间课题研究而言,无论在输入数据准备量、计算机时和结果的精确度方面,边界元法都显著优于有限元法。 我们认为,这分析结果对类似的水电站地下厂房的稳定性研究也有一定的参考价值。     

在地应力测量中准确求解最大、最小水平应力问题 的探讨

目前,在地应力测量和应用中,人们常常用近于水平的两个主应力或其在水平面上的投影来代替或估计最大和最小水平应力,这在一般情况下误差不大,但是当应力结构比较特殊时这种代替或近似将带来较大的误差,甚至给工程实践带来危害。以投影近似为例按 3 种三维应力状态分别讨论了方位误差随应力形因子 <> R 与主应力轴倾角的变化和量值误差随 <> R 、主应力轴倾角和最大、最小主应力量值之差的变化。并用原地应力测量资料求得了方位和量值误差。理论分析和实例都证明了用近于水平的两个主应力的投影代替两个水平应力的误差可能很大。建议在研究与水平应力相关的问题或与水平方向相关的物理参量时采用本文的计算方法求出准确值。     

深孔水压致裂地应力测量及应力场反演分析

 万福煤矿是一座拟建特大型矿井,上覆冲积层厚度高达700 m,主煤层平均埋深达1 004.12 m。选择7个勘探钻孔、37个试验段进行深孔水压致裂地应力测量。为保证超千米深孔地应力测量的成功,对传统水压致裂法的测试技术和设备进行改进,提高系统的耐压能力和测试精度。测孔最大水平主应力与垂直主应力的比值较大,平均为1.97,说明勘探区现今应力场以水平应力为主导。测得的21个印模中有18个点位于NEE-SWW向,3个点位于NW-SE向,符合本区震源机制解得出的挤压应力场方向,且与新构造活动所反映的区域构造应力场方向一致。结合实际的地质条件和地层参数,在实测地应力结果的基础上,提出基于有限元三维地应力拟合分析法反演勘探区现今地应力场,给出煤层顶板主应力分布曲线并分析井下可能出现的各类不良地质现象。