地應(yīng)力測(cè)量及有效應(yīng)用

1、地應(yīng)力測(cè)量及有效應(yīng)用地應(yīng)力測(cè)量及有效應(yīng)用一、概述一、概述二、原地應(yīng)力分布的基本規(guī)律二、原地應(yīng)力分布的基本規(guī)律三、原地應(yīng)力的測(cè)量及計(jì)算三、原地應(yīng)力的測(cè)量及計(jì)算四、地應(yīng)力研究在油田開發(fā)中的應(yīng)用四、地應(yīng)力研究在油田開發(fā)中的應(yīng)用基本概念基本概念天然應(yīng)力：在天然狀態(tài)下，巖體內(nèi)部存在的應(yīng)力，又稱初始地應(yīng)力、原天然應(yīng)力：在天然狀態(tài)下，巖體內(nèi)部存在的應(yīng)力，又稱初始地應(yīng)力、原地應(yīng)力。地應(yīng)力。次生應(yīng)力：人類進(jìn)行工程建設(shè)將會(huì)在一定范圍內(nèi)引起巖體初始應(yīng)力的改次生應(yīng)力：人類進(jìn)行工程建設(shè)將會(huì)在一定范圍內(nèi)引起巖體初始應(yīng)力的改變，變，工程建設(shè)擾動(dòng)后的巖體應(yīng)力稱為次生應(yīng)力、二次分布應(yīng)力。工程建設(shè)擾動(dòng)后的巖體應(yīng)力稱為次生應(yīng)力、二

2、次分布應(yīng)力。古地應(yīng)力：指某一地質(zhì)時(shí)期或某一重要地質(zhì)事件之前的地應(yīng)力。古地應(yīng)力：指某一地質(zhì)時(shí)期或某一重要地質(zhì)事件之前的地應(yīng)力?，F(xiàn)今地應(yīng)力：指目前存著的、正在活動(dòng)的地應(yīng)力?，F(xiàn)今地應(yīng)力：指目前存著的、正在活動(dòng)的地應(yīng)力。 分析構(gòu)造形態(tài)形成機(jī)理主要涉及古地應(yīng)力。石油工程主要關(guān)心現(xiàn)今分析構(gòu)造形態(tài)形成機(jī)理主要涉及古地應(yīng)力。石油工程主要關(guān)心現(xiàn)今地應(yīng)力。地應(yīng)力。 總分類依據(jù)總分類依據(jù)分類分類定義定義地質(zhì)年代地質(zhì)年代古地應(yīng)力泛指燕山運(yùn)動(dòng)前，或某一地質(zhì)時(shí)期以前的地應(yīng)力現(xiàn)地應(yīng)力目前變化或正在變化的應(yīng)力成成因因原地應(yīng)力重力上覆巖層重力引起的地應(yīng)力分量（或產(chǎn)生）的應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的變形形成的各種構(gòu)造行跡等熱應(yīng)力

3、由溫度變化在巖體內(nèi)部引起的內(nèi)應(yīng)力增量擾動(dòng)應(yīng)力由于地表地下開采引起原地應(yīng)力改變所產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)力方向方向垂向主應(yīng)力由重力應(yīng)力構(gòu)成、基本上呈垂直向的主應(yīng)力水平主應(yīng)力由地殼中巖石側(cè)向應(yīng)力和水平構(gòu)造應(yīng)力構(gòu)成、基本上呈水平向的主應(yīng)力地應(yīng)力分類地應(yīng)力分類地應(yīng)力分類地應(yīng)力分類原地應(yīng)力的來(lái)源原地應(yīng)力的來(lái)源上覆巖體的自重壓力上覆巖體的自重壓力地層構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力地層構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力地層中的孔隙流體壓力地層中的孔隙流體壓力地溫梯度引起的地溫應(yīng)力地溫梯度引起的地溫應(yīng)力一、概述一、概述二、原地應(yīng)力分布的基本規(guī)律二、原地應(yīng)力分布的基本規(guī)律三、原地應(yīng)力的測(cè)量及計(jì)算三、原地應(yīng)力的測(cè)量及計(jì)算四、地應(yīng)力研究在油田

4、開發(fā)中的應(yīng)用四、地應(yīng)力研究在油田開發(fā)中的應(yīng)用原地應(yīng)力的分布基本規(guī)律原地應(yīng)力的分布基本規(guī)律中國(guó)原地應(yīng)力的分區(qū)性中國(guó)原地應(yīng)力的分區(qū)性 西南面受印度洋板塊向西南面受印度洋板塊向NNENNE擠壓擠壓 東面受太平洋板塊向東面受太平洋板塊向WW俯沖俯沖 南面受菲律賓板塊向南面受菲律賓板塊向N N俯沖俯沖 北面受西伯利亞板塊阻擋北面受西伯利亞板塊阻擋一、概述一、概述二、原地應(yīng)力分布的基本規(guī)律二、原地應(yīng)力分布的基本規(guī)律三、原地應(yīng)力的測(cè)量及計(jì)算三、原地應(yīng)力的測(cè)量及計(jì)算四、地應(yīng)力研究在油田開發(fā)中的應(yīng)用四、地應(yīng)力研究在油田開發(fā)中的應(yīng)用原地應(yīng)力的測(cè)量及計(jì)算原地應(yīng)力的測(cè)量及計(jì)算原地應(yīng)力的確定原地應(yīng)力的確定水力壓裂法水力

5、壓裂法shprpstpfhHpppSpp33rftppS地應(yīng)力方向的測(cè)井研究地應(yīng)力方向的測(cè)井研究 利用地層傾角雙井徑測(cè)井資料利用地層傾角雙井徑測(cè)井資料 利用成像測(cè)井資料利用成像測(cè)井資料 利用偶極聲波測(cè)井資料利用偶極聲波測(cè)井資料井壁崩落法井壁崩落法在不同地質(zhì)時(shí)期形成的各種巖石，都具有一定的強(qiáng)度，根據(jù)脆性破裂理在不同地質(zhì)時(shí)期形成的各種巖石，都具有一定的強(qiáng)度，根據(jù)脆性破裂理論，當(dāng)作用應(yīng)力差超過(guò)該處巖石的破裂強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生井壁崩落現(xiàn)象，形成論，當(dāng)作用應(yīng)力差超過(guò)該處巖石的破裂強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生井壁崩落現(xiàn)象，形成井壁崩落橢圓，其長(zhǎng)軸方向與最小水平主應(yīng)力平行。井壁崩落橢圓，其長(zhǎng)軸方向與最小水平主應(yīng)力平行。確

6、定井壁崩落的基本準(zhǔn)則：確定井壁崩落的基本準(zhǔn)則：a）井眼崩落井段必須超過(guò)一定長(zhǎng)度；）井眼崩落井段必須超過(guò)一定長(zhǎng)度；b）兩條井徑中，其中較小的井徑數(shù)值必須接近鉆井的鉆頭尺寸；）兩條井徑中，其中較小的井徑數(shù)值必須接近鉆井的鉆頭尺寸；C）當(dāng)井斜時(shí)，擴(kuò)徑的長(zhǎng)軸方向不能與井眼的高邊方位一致。）當(dāng)井斜時(shí)，擴(kuò)徑的長(zhǎng)軸方向不能與井眼的高邊方位一致。面面14-12-斜斜35地層傾角資料地應(yīng)力分析地層傾角資料地應(yīng)力分析井段井段788-806788-806米，橢圓井眼長(zhǎng)米，橢圓井眼長(zhǎng)軸方向軸方向170-350170-350，最小水平主，最小水平主應(yīng)力方向應(yīng)力方向170-350170-350。井段井段826-83982

7、6-839米，橢圓井眼長(zhǎng)米，橢圓井眼長(zhǎng)軸方向軸方向15-19515-195，最小水平主，最小水平主應(yīng)力方向應(yīng)力方向15-19515-195。利用成像測(cè)井資料地應(yīng)力分析利用成像測(cè)井資料地應(yīng)力分析鉆井井壁誘導(dǎo)縫法（應(yīng)力釋放縫）鉆井井壁誘導(dǎo)縫法（應(yīng)力釋放縫） 鉆井誘導(dǎo)縫系鉆井過(guò)程中地層應(yīng)力釋放而產(chǎn)生的裂縫。誘導(dǎo)縫的最鉆井誘導(dǎo)縫系鉆井過(guò)程中地層應(yīng)力釋放而產(chǎn)生的裂縫。誘導(dǎo)縫的最大特點(diǎn)是沿井壁的對(duì)稱方向出現(xiàn)，呈羽狀或雁列狀。大特點(diǎn)是沿井壁的對(duì)稱方向出現(xiàn)，呈羽狀或雁列狀。 鉆井誘導(dǎo)縫在成像圖上為一組平行且呈鉆井誘導(dǎo)縫在成像圖上為一組平行且呈180180 對(duì)稱的高角度裂縫。這對(duì)稱的高角度裂縫。這組裂縫的走向即

8、為現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力的方向。組裂縫的走向即為現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力的方向。面古面古3 3井鉆井誘導(dǎo)縫發(fā)育特征圖（井鉆井誘導(dǎo)縫發(fā)育特征圖（2544-25502544-2550 ） 井段井段2544-2550m2544-2550m：鉆井：鉆井誘導(dǎo)縫主要傾向誘導(dǎo)縫主要傾向5 5，走向，走向?yàn)闉?595-275-275。最大水平主。最大水平主應(yīng)力方向應(yīng)力方向9595-275-275。面古面古3 3井鉆井誘導(dǎo)縫發(fā)育特征圖（井鉆井誘導(dǎo)縫發(fā)育特征圖（2630-26332630-2633 ） 井段井段2630-2633m2630-2633m：鉆井：鉆井誘導(dǎo)縫主要傾向誘導(dǎo)縫主要傾向34345 5 ，走，走向?yàn)橄驗(yàn)?

9、575- -25255 5。最大水平。最大水平主應(yīng)力方向主應(yīng)力方向7 75 5- -25255 5 。XXXXXX井鉆井誘導(dǎo)縫發(fā)育特征圖井鉆井誘導(dǎo)縫發(fā)育特征圖利用偶極聲波測(cè)井資料的各向異性判斷地應(yīng)力利用偶極聲波測(cè)井資料的各向異性判斷地應(yīng)力 地層構(gòu)造應(yīng)力的不均衡使橫波發(fā)生分離現(xiàn)地層構(gòu)造應(yīng)力的不均衡使橫波發(fā)生分離現(xiàn)象，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的各向異性。在成像測(cè)井圖象，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的各向異性。在成像測(cè)井圖上出現(xiàn)明顯的誘導(dǎo)裂縫或井壁崩落現(xiàn)象。這時(shí)上出現(xiàn)明顯的誘導(dǎo)裂縫或井壁崩落現(xiàn)象。這時(shí)，橫波在傳播過(guò)程中通常會(huì)分離成快橫波、慢，橫波在傳播過(guò)程中通常會(huì)分離成快橫波、慢橫波。質(zhì)點(diǎn)平行于裂縫走向振動(dòng)的速度較快為橫波。質(zhì)

10、點(diǎn)平行于裂縫走向振動(dòng)的速度較快為快橫波，質(zhì)點(diǎn)垂直于裂縫走向振動(dòng)的速度較慢快橫波，質(zhì)點(diǎn)垂直于裂縫走向振動(dòng)的速度較慢為慢橫波。因此，可以用快橫波的方向確定最為慢橫波。因此，可以用快橫波的方向確定最大水平主應(yīng)力的方向。大水平主應(yīng)力的方向。地應(yīng)力大小的測(cè)井研究地應(yīng)力大小的測(cè)井研究地應(yīng)力計(jì)算數(shù)學(xué)模型：地應(yīng)力計(jì)算數(shù)學(xué)模型：ppvHHppvhhHvPPEKPPEKgdhh1111)(0式中：式中：v v、h h 、H H 垂直應(yīng)力、最小水平應(yīng)力、最大水平應(yīng)力，垂直應(yīng)力、最小水平應(yīng)力、最大水平應(yīng)力，MPaMPa； 地層巖石密度，地層巖石密度，g/cmg/cm3 3 ；g g重力加速度，重力加速度，m/sm/s

11、2 2；h h深度變量，深度變量，m m； 地層巖石的泊松比；地層巖石的泊松比；E E地層巖石的楊氏模量，地層巖石的楊氏模量，MpaMpa； 地層孔隙壓力貢獻(xiàn)系數(shù)；地層孔隙壓力貢獻(xiàn)系數(shù)；P Pp p計(jì)算深度處的地層孔隙壓力，計(jì)算深度處的地層孔隙壓力，MpaMpa； K Kh h最小水平應(yīng)力方向的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)；最小水平應(yīng)力方向的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)； K KH H最大水平應(yīng)力方向的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)；最大水平應(yīng)力方向的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)；地應(yīng)力大小的測(cè)井研究地應(yīng)力大小的測(cè)井研究巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算：巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算：DTCDTSa/)143(222aaDTSE134002DTCBULK橫縱比：橫縱比：泊松比：泊松比：巖

12、石橫向相對(duì)壓縮與縱向相對(duì)伸長(zhǎng)之比巖石橫向相對(duì)壓縮與縱向相對(duì)伸長(zhǎng)之比楊氏模量：楊氏模量：)21 ( 3EK) 1(2) 2(22aa巖石的拉伸應(yīng)力與拉伸應(yīng)變之比，代表巖石的抗拉伸能巖石的拉伸應(yīng)力與拉伸應(yīng)變之比，代表巖石的抗拉伸能力，力，MPaMPa體積模量：體積模量：壓力與體積相對(duì)變化之比，代表巖石的抗壓能力，壓力與體積相對(duì)變化之比，代表巖石的抗壓能力，MPaMPa剪切模量：剪切模量：)1 ( 2EG剪切應(yīng)力與剪切位移相對(duì)變化量之比，代表巖石的抗剪切剪切應(yīng)力與剪切位移相對(duì)變化量之比，代表巖石的抗剪切能力，能力，MPaMPa出砂指數(shù)：出砂指數(shù)：GKR代表巖石的強(qiáng)度，值越大，巖石越穩(wěn)定，越不易出砂。

13、砂泥代表巖石的強(qiáng)度，值越大，巖石越穩(wěn)定，越不易出砂。砂泥巖地層，巖地層，BULK3,BULK3,正常壓力下生產(chǎn)不會(huì)出砂，正常壓力下生產(chǎn)不會(huì)出砂，2BULK32BULK3，少量，少量出砂，出砂，BULK2BULKy yz z或或 y yx xz z ，壓裂產(chǎn)生水平裂縫。，壓裂產(chǎn)生水平裂縫。2 2、當(dāng)、當(dāng)z zx xy y，壓裂產(chǎn)生垂直裂縫、主延展方向?yàn)榇瓜颉?，壓裂產(chǎn)生垂直裂縫、主延展方向?yàn)榇瓜颉? 3、當(dāng)、當(dāng)x xz zy y，壓裂產(chǎn)生垂直裂縫、主延展方向?yàn)樽畲笏綉?yīng)力方向。，壓裂產(chǎn)生垂直裂縫、主延展方向?yàn)樽畲笏綉?yīng)力方向。4 4、當(dāng)、當(dāng)xyzxyz，壓裂時(shí)，可能產(chǎn)生水平裂縫或垂直裂縫。，壓裂時(shí)

14、，可能產(chǎn)生水平裂縫或垂直裂縫。八面河油田地應(yīng)力測(cè)井分析應(yīng)用八面河油田地應(yīng)力測(cè)井分析應(yīng)用序號(hào)序號(hào)井名井名測(cè)井項(xiàng)目測(cè)井項(xiàng)目測(cè)量井段測(cè)量井段m m橢圓井眼長(zhǎng)橢圓井眼長(zhǎng)軸方向軸方向最小水平主應(yīng)最小水平主應(yīng)力方向力方向備注備注1面古3電成像1994279325-20525-2052面古5電成像550-119430210302103面137-斜9地層傾角890-144045-22545-2254角斜30地層傾角1560-2596110-290110-2905面14-12-斜35地層傾角800-1340170-350170-3506面4-15地層傾角1200-15395-1855-185橢圓井眼不明顯另有：

15、面古另有：面古5 5、面、面138-19138-19、面、面120-6120-6進(jìn)行了交叉偶極測(cè)井，做了巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算。進(jìn)行了交叉偶極測(cè)井，做了巖石力學(xué)參數(shù)計(jì)算。面面14-12-斜斜35地層傾角資料地應(yīng)力分析地層傾角資料地應(yīng)力分析井段井段788-806788-806米，橢圓井眼長(zhǎng)米，橢圓井眼長(zhǎng)軸方向軸方向170-350170-350，最小水平主，最小水平主應(yīng)力方向應(yīng)力方向170-350170-350。井段井段826-839826-839米，橢圓井眼長(zhǎng)米，橢圓井眼長(zhǎng)軸方向軸方向15-19515-195，最小水平主，最小水平主應(yīng)力方向應(yīng)力方向15-19515-195。面面14-12-斜斜35地層

16、傾角資料地應(yīng)力分析地層傾角資料地應(yīng)力分析井段井段911-1024911-1024米，橢圓井眼米，橢圓井眼長(zhǎng)軸方向長(zhǎng)軸方向160-340160-340，最小，最小水平主應(yīng)力方向水平主應(yīng)力方向160-340160-340。面面14-12-斜斜35地層傾角資料地應(yīng)力分析地層傾角資料地應(yīng)力分析井段井段1052-11561052-1156米，橢圓井米，橢圓井眼長(zhǎng)軸方向眼長(zhǎng)軸方向170-350170-350，最，最小水平主應(yīng)力方向小水平主應(yīng)力方向170-170-350350。面古面古3井電成像測(cè)井資料井眼崩落法地應(yīng)力分析井電成像測(cè)井資料井眼崩落法地應(yīng)力分析井段井段2080-21902080-2190米，橢

17、圓井眼米，橢圓井眼長(zhǎng)軸方向長(zhǎng)軸方向25-20525-205，最小水，最小水平主應(yīng)力方向平主應(yīng)力方向25-20525-205。面古面古3 3井鉆井誘導(dǎo)縫發(fā)育特征圖（井鉆井誘導(dǎo)縫發(fā)育特征圖（2544-25502544-2550 ） 井段井段2544-2550m2544-2550m：鉆井：鉆井誘導(dǎo)縫主要傾向誘導(dǎo)縫主要傾向5 5，走向，走向?yàn)闉?595-275-275。最大水平主。最大水平主應(yīng)力方向應(yīng)力方向9595-275-275。面古面古5井電成像測(cè)井資料井眼崩落法地應(yīng)力分析井電成像測(cè)井資料井眼崩落法地應(yīng)力分析井段井段850-946850-946米、米、980-1018980-1018米，橢圓井米，

18、橢圓井眼長(zhǎng)軸方向眼長(zhǎng)軸方向30-21030-210，最小水平主應(yīng)力方，最小水平主應(yīng)力方向向30-21030-210。井段井段1020-10821020-1082米米，橢圓井眼長(zhǎng)軸方，橢圓井眼長(zhǎng)軸方向向45-22545-225，最小，最小水平主應(yīng)力方向水平主應(yīng)力方向45-22545-225。面面4-15井地層傾角資料地應(yīng)力分析井地層傾角資料地應(yīng)力分析井段井段1210-12601210-1260米橢米橢圓井眼長(zhǎng)軸方向圓井眼長(zhǎng)軸方向135-135-315315，最小水平主，最小水平主應(yīng)力方向應(yīng)力方向135-315135-315。井段井段1260-13021260-1302米米，橢圓井眼長(zhǎng)軸方，橢圓井眼長(zhǎng)軸方向向5-1855-185，最小，最小水平主應(yīng)力方向水平主應(yīng)力方向8-8-185185。面面4-15井地層傾角資料地應(yīng)力分析井地層傾角資料地