深层地应力测量新方法

实验研究了深部地层岩芯的声波速度各向异性及在恢复加载条件下的声发射Kaiser效应，提出了一种简便的深部地层地应力测量新方法。全尺寸岩芯被钻取后，其应力卸载的各向异性导致声波速度各向异性，利用这一原理可确定水平最大、最小地应力的相对位置，对上述位置岩芯进行取样，进行围压下的声发射Kaiser实验，就可测量出水平主地应力大小。该方法一则解决了一直困扰Kaiser实验的对岩芯完整性高标准要求的问题，二则完善了超深井地层的地应力测试方法，同时，为超深井水力压裂设计和维持井壁稳定的安全泥浆密度确定提供了最重要的参数。     

含气页岩的动态力学性质分析及压裂可行性预测

泥页岩地层中黏土矿物含量高,塑性强,储层应力敏感性强而稳定性差,容易受到钻采的影响发生坍塌、破裂、卡钻或井漏等现象,严重制约页岩中油气资源的开发利用进程。为了提高泥页岩地层钻采工程的安全性和效率,促进快速的钻进和井眼的形成,降低一系列的成本支出,以岩石物理学、测井学、地质学等学科理论为指导,充分发挥测井资料分辨率高、连续性强、准确可靠等优势,对泥页岩地层的岩石力学参数、地应力、井壁稳定性和可压性展开预测与评价分析,并给出应用实例。     

盐膏岩DRA-Kaiser地应力测试方法初探

 目前的地应力测量方法均不适合盐膏岩地应力测量,而现场需要盐膏层的地应力数据进行钻井设计,保证盐膏层钻井安全。为了解决该难题,首次采用DRA-Kaiser效应法测量盐膏岩地应力。结果表明,用DRA-Kaiser法相结合的方法,可以测量盐膏岩的地应力并提高试验结果的可靠性;当应力–应变差曲线上有拐点,且应力–声发射强度曲线上有明显增大的点,这时对应的轴压即为岩石所受的应力,避免了先前只用Kaiser效应法进行试验时出现多个Kaiser点的问题。     

基于岩芯非弹性应变恢复量测定的深孔三维地应力测试方法

 虽然存在各种地应力测试方法,但并没有一个比较完善的方法测量较大深度条件下主应力的大小和方向。所以,在以科学研究为目的的钻井工程中,最好能够结合钻孔法和岩芯法得到三维地应力的大小和方向。叙述一个新颖而且有效的岩芯地应力测试法——非弹性应变恢复量测定法的基本原理、实验技术和基本操作程序;并给出其在科学钻探工程中的一个具体应用实例。测试结果表明,非弹性应变恢复量测定法对于测试三维地应力的主方向和估测主应力的大小有较大的实用价值。特别是在某些较大深度钻井的条件下,如在应力释放法及水压致裂法都无法实施,或者需要一些其他测试方法来补充一些不足或来增添其测试结果的可信度的时候,此方法的应用价值更高。     

深层地应力地理方位确定的新方法

 地应力地理方位是合理井网布置、水力压裂设计、复杂结构井定向方位优选及安全钻井液密度窗口确定的重要基础参数。针对室内地应力测试方法对非定向岩芯无法确定水平地应力地理方位的难题,利用深部地层岩芯的黏滞剩磁分量标定岩芯的地理方位;同时对标定岩芯开展围压下的声发射Kaiser试验,测量出水平地应力大小和相对方位;最终确定出最大、最小地应力的地理方位。该方法解决Kaiser试验地应力地理方位无法确定的难题,完善深层地应力测试方法,可为钻井工程和油田增产措施优化设计提供基础的数据。     

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。     

泥页岩井壁应力的力学-化学耦合计算模式及数值求解方法

泥页岩井壁稳定问题在世界许多油田都存在,至今一直没有能够得到很好地解决.为此,在假定泥页岩为线弹性体的条件下,建立了均匀地应力作用下泥页岩水化后井眼周围应力分布的计算模型.对该模型利用差分方法进行了求解,并编制了Windows应用程序,该程序可计算出泥页岩水化后井眼周围岩石的含水量分布、井眼周围的应力分布及保持井壁稳定所需的坍塌压力.该研究方法及所得结论,对于解决泥页岩地层的井壁失稳问题具有较大的指导意义.     

岩芯饼化的应力分析

作者应用光弹、电测和电算方法,对地质钻探过程中岩芯地应力的释放进行了研究,找出了地应力释放后,岩芯中剩余应力的波及范围和分布规律。在此基础上,应用能量原理,推导出了一维和二维地应力的计算公式。同时,还用试验方法建立了一个一维地应力的计算公式。应用这些公式,根据岩芯饼化的特征参数;岩饼直径D、厚度t和长短轴差△D,可以计算出地应力的大小,从而大大简化了现有的地应力的测量工作。本文对几种地应力计算公式进行了分析比较,并用二维计算公式,对二滩电站实测岩饼资料进行了计算,得出二滩电站岩芯饼化地层的地应力为700kg/cm~2左右,中国科学院武汉岩体土力学研究所实测结果为650kg/cm~2,二者接近。     

新场气田须家河组地层水回注可行性研究

新场气田开发过程中的地层水产出问题日益凸显， 处理后达到外排标准的成本高。文章从气藏地质特征、采出水水质分析、 与地层水的配伍性分析、回注层储集能力等方面研究了新场气田须五段产出地层水回注的可行性， 并在室内开展了回注水对储层岩心的伤害试验。结果表明：须五段巨厚的泥页岩砂岩互层及层内水平缝发育特征，有着较大的储水能力；采出水成分复杂， 但经预处理后与地层水的配伍性好；对岩心的伤害小，回注后储层渗透率 仅下降1.23％； 储层中的砂岩层具有中等偏强水敏、弱碱敏特征，泥页岩层具有中等偏弱水敏、弱碱敏特征。     

岩芯成饼单元安全度三维数值试验及地应力反馈分析

岩芯饼化是深部及高应力地质环境特有的现象,通过岩芯饼化来推测地应力有重要的理论和工程意义。首先模拟不同应力对岩芯饼化厚度的影响,并综合三维弹性数值模拟和带拉伸的莫尔-库仑强度准则,提出岩芯饼化"潜在破坏面"单元安全度的计算方法,研究不同地应力对岩芯潜在破坏面的影响。模拟结果表明,在水平应力一定的条件下,随着竖向地应力的变化,竖直岩芯潜在破坏面单元安全度、剪切破坏和拉伸破坏模式都发生变化。单元安全度方法能够直观显示岩芯潜在破坏面安全度的分布,并量化地反映地应力与岩芯破坏模式之间的对应关系。采用单元安全度方法,对美国Williston盆地Bakken页岩储层的前期勘测地应力和观测岩芯分析,取得相一致的计算结果,说明利用该方法分析与识别地应力是可行的。     

基于非线性反演的井壁稳定随钻预测方法

常规井壁稳定预测方法计算量大、操作繁琐、适用范围有限,严重影响其实钻应用效果。通过考察声波速度、地震记录及井壁稳定参数之间的定量关系,建立起利用地震资料直接反演孔隙压力、地应力、岩石强度的模型。根据反演模型的非线性特征,结合井壁稳定参数的地质统计特性,运用随机地震反演方法预测待钻地层的孔隙压力、地应力、岩石强度,并根据反演结果进一步预测井壁稳定性。在实钻过程中,利用录井资料的实时分析和井壁稳定参数的分层地质统计模型,对钻头前方地层的井壁稳定性进行随钻预测。在川东北元坝气田的应用情况表明,本方法的综合性能相比常规方法有明显提高,具有较强的随钻预测能力。     

利用套管变形测井资料反演储层应力场

利用套管变形资料估算测点地应力和反演储层应力场。首先,根据API标准确定套管挤毁压力,并根据地应力和挤毁压力的关系确定测点的均匀地应力或平均地应力。通过对套管和地层系统进行弹性分析,给出柔度比、位移比和应力比的关系;由套管变形资料给出位移比,而柔度比是由系统本身决定的,由此确定应力比;再结合平均地应力,估算测点的非均匀地应力。其次,以得到的测点地应力作为基础资料,利用有限元和最小二乘法外推储层区域应力场。最后,利用大庆葡北储层二断块的套管变形资料研究该区域的三维应力场,为分析该区域套管损坏提供判断依据。该方法为缺乏实测地应力资料的区域提供反演储层应力场的新途径。     

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。     

循环加载高应力对大理岩Kaiser效应影响的试验研究

声发射法(AE)广泛用于地应力测量。当单次加载Kaiser效应不明显时,可采用循环加载方式。通常各循环峰值加载应力大于岩石在地壳中所受最大应力?m,将大于?m的加载应力称为高应力。为研究高应力对岩石Kaiser效应的影响,对取自铜绿山矿的垂直钻孔岩芯进行循环加载试验,根据声发射特征曲线变化趋势及变形率分析法(DRA)地应力测量结果,对比水压致裂法所测地应力量值,确定不同加载阶段Kaiser效应点位置。研究结果表明:当循环加载峰值应力大于?m时,高应力将削弱与?m对应声发射事件的能量,使后续加载循环Kaiser效应不明显,同时会改变岩石之前记忆的应力值,使AE法地应力测量结果产生偏差;多次循环加载可导致岩石内部微结构面的破坏,其产生的大量声发射事件会混淆Kaiser效应点的辨识;因岩石差异性,高应力可能会取代岩石之前所受最大应力,成为岩石记忆的新应力。鉴于此,采用循环加载方式时,首次加载峰值应力A?应不超过?m,同时应使岩石跨过压密阶段进入线弹性阶段。铜绿山矿所取岩样循环加载试验结果表明,A?较合适的取值范围为岩石单轴抗压强度的6%~28%。此外,还给出声发射法和DRA法联合用于地应力测量的合理加载方式。     

现场泥水劈裂试验及应用研究

采用泥水平衡盾构进行过江越海隧道施工时,重要的技术难点就是特殊小覆土区间盾构掘进保证开挖面稳定以及防止泥水劈裂的发生。对于泥水劈裂现象的室内试验研究,有一定的基础资料。但是,由于尺寸和边界条件限制,使其研究成果不能直接应用到工程中去。在理论分析的基础上,研制了现场泥水劈裂仪,确定了劈裂试验的具体实施步骤和劈裂压力的断定方法。并在南京某在建过江隧道工程中进行了现场劈裂试验。（1）试验结果表明：由于劈裂过程为突变过程,采用总应力法时,地层劈裂模型能很好的预测地层劈裂压力,也更符合实际工况;由理论分析得出,掘进模式模型的地层劈裂压力更小,几乎与地层静止侧向土压力相当;增加泥水黏度能够增加地层劈裂压力,但增加量有限。（2）运用现场劈裂试验结果给出了防止泥水劈裂的泥水压力设定上限值,并运用盾构机在始发不远处进行了原位泥水劈裂试验,在一定程度上验证了预测模型的准确性。     

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。     

利用测井资料预测岩石II型断裂韧性 的方法研究

 根据直缝巴西圆盘(SNBD)试验获取应力强度因子的计算原理,设计组建一套岩石II型断裂韧性测试系统,测定20块取自WG油田岩石试样的II型断裂韧性。基于试验数据,分析II型断裂韧性和围压、抗拉强度的关系,建立利用测井资料预测断裂韧性的模型。利用H341井声波测井、密度测井和伽马测井资料预测水平地应力和抗拉强度,结合建立的断裂韧性模型成功预测II型断裂韧性连续值,并在压裂实践中得到验证。该方法解决了现场压裂作业缺少断裂韧性全井筒连续数据的难题。     

Identification of weathered troughs in granites for tunneling at Daya Bay reactor-neutrino experiment site

Weathered troughs are frequently encountered in granites.They can cause problems to tunneling in the rocks and have to be properly addressed.The structures or spatial shapes of weathered troughs were seldom clarified in the past.In this paper,four weathered troughs are identified by means of geophysical exploration,core drilling,logging,and in-situ stress measurement at Daya Bay reactor-neutrino experiment site in Shenzhen,China.The weathered troughs are exposed on the ground or partially covered by grass and soils,which will threaten the safety of horizontal tunneling at a shallow depth.High electrical resistivity(HER) method is adopted for its feasibility and practicality,in combination with field geological observation,ultrasonic televiewer in boreholes and in-situ stress measurement.By comparing the HER values of completely decomposed to fresh rocks,it is indicated that the HER values of weathered troughs in natural state are 0.4-100 ·m,and the in-situ stress is abnormally lower than those at upper and lower layers.Field investigations show that the depths of the four weathered troughs are 30-182 m,with bottom elevation over 10 m.The volume of each weathered trough is mostly over 1×10 6 m 3 in inverted conic form.The weathered troughs often occur in various kinds of landforms,such as ridges,gullies or gently dipping dish-like depression areas.Faults and boundaries of different granitic plutons as well as joints govern the formation,locations and strikes of these troughs under development.     

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.