页岩储层水平最小主应力实测与分布规律

水平最小主应力是非常规油气储层压裂设计、压裂缝高控制和压裂后效果评价的重要基础数据。利用自主研发的深孔水压致裂原位地应力测试系统,对黔东南地区寒武系牛蹄塘组泥页岩储层进行地应力实测,获取深度1179~1188 m泥质粉砂岩层段水平最小主应力为24.9~25.3 MPa,1207~1208 m灰岩层段的水平最小主应力为21.4 MPa。结合公开报道的泥页岩储层地应力测量结果,定量评价泥页岩储层内水平最小地应力分布规律。结果表明:泥页岩储层内地应力明显受岩石的矿物含量控制,随着黏土等塑性矿物含量的增加,水平最小主应力明显增大;在区域构造应力场作用下,泥页岩层的水平最小主应力比砂岩或灰岩等脆性夹层高4~15 MPa;对于深层页岩气,应选择脆性矿物含量高的水平最小主应力低值区作为水平井穿行层段,不仅有利于压裂缝的起裂和扩展,且裂缝的闭合压力低,可有效避免支撑剂的破碎和嵌入,保持压裂缝的导流能力。

深埋泥岩地层的最小主应力测定方法探讨

结合理论分析与实际资料统计,根据泥岩地层在水力压裂垂直裂缝剖面中所占的比例大小和瞬时停泵压力的变化趋势,获得了鄂尔多斯盆地西峰地区长8层(2 100 m)和靖边地区盒8地层(3 000 m)的泥岩最小主应力,这可为油气钻采、压裂设计以及测井、地震资料解释提供参考依据。间接证据表明,利用该方法求取的泥岩地层地应力更符合实际情况。

最大主应力增加和最小主应力同时等量减小时岩石的声发射特征

使用真三轴压力机研究了E型、Am型应力途径下大理岩的声发射特征。其中E型实验,是从一定的应力状态开始,最大主应力增加,最小主应力同时等量减小使岩石破坏。这一过程中,声发射率的显著增加发生在极限应力状态处或其后的前兆应力降阶段。而在单独增加最大主应力使岩石产生破坏的Am型实验中,达到峰值差应力的90％左右时,声发射率就开始显著增加。结合前人的有关研究成果,我们认为:在复杂应力途径下,声发射率显著增加这一前兆的滞后出现是侧压减小的效应。

用Mohr-Coulomb破坏准则预测最小水平主应力的实验方法

通过岩石力学实验,测定岩样的内聚力、摩擦系数和单轴抗压强度等岩石力学参数,可以用常规的Mohr Coulomb破坏准则确定最小主应力。采用长庆油田、二连油田、吉林油田和四川盆地、塔里木盆地以及委内瑞拉将要进行水力压裂施工的砂岩地层的岩样,用该方法测定最小主应力,将测定结果与长源距声波测井和微压裂测定结果对比,误差一般为2～3MPa,证实这是一种经济可靠的方法。

各向异性快地层最小水平主应力测井计算方法

利用测井资料来准确计算5个独立的刚性系数(C_(11)、C_(33)、C_(44)、C_(66)和C_(13)),以解决横观各向同性快地层最小水平主应力的测井计算难题。通过声速各向异性及黏土含量实验测量,分析并建立了声波各向异性系数与黏土含量的函数关系及不同刚性系数之间的转换关系,在此基础上建立了一套利用测井资料计算各向异性快地层刚性系数及最小水平主应力的方法。实际应用表明,该方法与仅适用于慢地层的基于水平横波速度的计算方法互为补充,可用于评价致密油气储集层岩石力学参数,优选压裂试油层段。

基于能量原理与中间主应力效应的新岩石强度准则探讨

能量转化是物质物理过程的本质特征,分析岩石破坏过程中的能量变化规律及其与强度和整体破坏之间的联系,更有利于反映外荷载作用下岩石强度变化与整体破坏的本质特征。从能量耗散与能量释放的角度,基于前人研究成果及中间主应力效应,提出了岩石能量释放基于应力分配的一般形式,并结合最小主应力对能量强度准则进行了分析,提出了新的强度准则。研究表明:运用能量原理研究中间主应力效应是可行的;在最小主应力一定时,能量释放分配系数与岩石极限强度成线性关系,且随着能量释放分配系数的提高,岩石极限强度逐渐降低;新的能量强度准则可以充分考虑中间主应力的影响,从而可以弥补岩石常规破坏判据的不足。

用测井资料计算最大和最小水平应力剖面的新方法

提出了一种利用测井资料计算最小和最大水平应力剖面的新方法。新方法基于成像测井资料对井壁破坏形式的准确判别来约束反演地层应力大小,不仅可以得到最小水平应力剖面而且可以得到最大水平应力剖面,由此计算出地层破裂压力和坍塌压力剖面,有助于井眼稳定性分析和压裂设计。介绍了计算原理以及计算方法中的水平应力的计算模型、最大水平应力和最小水平应力值的确定。给出了应用实例的分析。

华北北部地区震源机制解及构造应力场特征分析

利用华北北部地区2002-01—2010-06月848个Ml≥2.0地震的震源机制解,根据区域构造活动特征将其划分为4个研究区,分析各研究区震源机制解特征,并采用1°×1°的网格,0.5°滑动分区的方法对华北北部地区各研究区和空间滑动进行应力场特征研究。结果表明,各研究区的最大主应力的方位为NEE向,最小主应力方位为NNW向,与华北地区区域构造应力场方向较一致。各研究区的应力结构均为走滑型,水平应力作用为华北北部地区构造应力场的主要特征,震源错动方式以水平走滑为主。

利用岩石声发射Kaiser效应测地应力的新方法

本文介绍一种利用声发射的凯塞效应在室内测定岩石在地层中三向应力分布的新方法,并用此方法对大庆喇嘛甸油田的喇7—261井876m深处的钻井岩心进行了测定。将得出的三向应力值用来计算水力压裂破裂梯度及判断裂缝形态,其结果与现场资料吻合较好。用此方法与水压致裂瞬时停泵法,浅层的地应力释放法进行比较,也吻合的较好。

高应力区应力与岩爆的关系

岩爆的位置对矿山岩石力学工程师来说是非常重要的,因为如果能预测到岩爆的位置,他们就可以控制,减缓或使它迁移 我们应用GDA软件(Geo techDataAnalysis即地质技术信息分析处理软件)对洞室围岩应力进行计算机模拟 在此基础上,分析了高应力区应力与围岩径向位移及静动态破坏之间的关系 结果表明:高应力区的应力差(σ1 σ3)与最高的最小主应力σ3或最小主应力σ3的最大增量共同作用抑制岩石的径向位移,使这一带岩石能量得以聚积,最终导致岩爆 换言之,是dσ3/(σ1-σ3)最高的部位导致岩爆 这一结果已为加拿大McCreedy矿山的洞顶右角经常发生的岩爆所验证。

钻孔水压致裂法测地应力的探讨

水压致裂法测量地应力具有测量深度很大的优点,在地质工程中应用广泛,为解决传统水压致裂法的不足,一些学者提出了三维地应力测量理论,采用最小主应力破坏准则进行水压致裂法三维地应力测量,对地质条件比较复杂的地区可以用该方法进行测量,但水压致裂三维地应力测量方法还需改进和完善。传统的水压致裂法理论和三维地应力测量理论各有优缺点。

用交叉偶极声波计算砂泥岩剖面地应力的初步研究

本文简要介绍用交叉偶极计算地应力的方法原则，并给出一段计算应力剖面的实例，通过计算表明用该方法计算的结果与过去计算的相比不同，在泥岩段水平最大与最小主应力基本相等或相差甚小，在砂岩段才呈较大差异，对地应力计算中存在的一些问题进行了探讨。

水压致裂法测量地应力

水压致裂法在地质工程中应用广泛,传统的水压致裂法理论是建立在弹性力学平面应变理论的基础之上的[1-10],但只能测量地质条件简单的情况下的二维地应力,一些学者为解决传统水压致裂法的不足,提出了三维地应力测量理论,采用最小主应力破坏准则进行水压致裂法三维地应力测量,对地质条件比较复杂的地区可以用该方法进行测量,但是还需要进一步的改进。传统的水压致裂法理论和三维地应力测量理论各有优缺点。

逆冲断层周围地应力分布数值模拟研究

采用FLAC3D数值模拟软件,以义马煤矿25110工作面为原型,对逆冲断层周围地应力分布进行数值模拟,分析了断层剖面、断层下盘剖面与煤层截面相交处、沿煤层倾向方向剖面的地应力分布,得出断层的存在使得上下盘的应力出现了不连续,岩层与煤层不同的物理力学性质在高应力下也表现出了不同的受力状态,最大主应力、最小主应力分布分别与z方向应力、水平x方向应力基本一致,为有冲击矿压危险的煤层进行防突优化设计提供了依据。

常规测井三向应力计算方法研究

大庆油田注水开发油藏套管损坏的主要原因是长期高压注水造成的区域或局域孔隙压力不平衡,导致地层滑动或地层应力集中释放的结果,套损预测的关键是有效地求取地层应力参数。首先以地层测试资料为标准,利用常规测井建立了水淹油藏孔隙压力计算方法,进而以交叉偶极子声波测井解释结果为相对标准,给出了水平主应力与孔隙压力关系,实现了常规测井计算水平主应力方法,为油水井地层应力求取提供技术保证。通过5口井交叉偶极子声波测井资料检验,平均相对误差5%,最大绝对误差1.1 MPa,基本满足工程要求。

致密砾岩储层岩石力学参数及地应力测井评价方法研究

储层岩石力学和地应力特征是井眼稳定性分析与压裂设计等的基础,为油气钻采工程提供依据。致密砾岩储层岩石非均质性较强、岩石物理响应较复杂,尚无成熟、有效的测井评价方法实现储层岩石力学和地应力的精准评价。通过岩石力学测试,揭示了致密砾岩储层岩石的动态弹性模量、静态弹性模量及岩石力学强度之间的关系。在此基础上将实验所得关系与测井数据相结合,建立砾岩储层岩石动静态弹性参数转换关系,将测试数据与压裂施工数据结合建立了水平地应力测井计算方法。最终形成了一套适用于致密砾岩储层的岩石力学和地应力测井评价方法,并通过实际应用验证了方法的有效性。

综采工作面应力场分布规律研究

为了确定某综采工作面在回采过程中巷道围岩的应力分布、“竖三带”、“横三带”的范围和形态,采用ANSYS数值模拟软件,对不同工作面推进距离下支承压力分布、最小主应力和最大主应力、不同测点上的支承压力分布规律进行了分析。研究为巷道支护参数的设计和瓦斯抽采合理层位的选择提了理论基础。

与加载和卸载期各向异性应力条件有关的声学各向异性

在人造砂石上的一组试验研究了应力随时间变化对声速的影响。以此了解材料的完整应力时间函数,应力时间函数试验的关键步骤是材料处于应力状态下的粘合,随后是各向异性应力条件下的卸载。试验表明,卸载期间各向异性应力产生声学各向异性——包括剪切波分裂——它在完全卸载以后被保留在材料之中.各向异性与应力对种性一致,并可与裂纹的开裂相连系.裂纹的初始取向垂直于最小主应力.

关于钻孔水压致裂法测地应力的商榷及新的设想

钻孔水压致裂法用于测地应力,因其测试方法简单测量深度大,又不涉及岩体弹性参数,因此广泛流行于国内外.但是,它所测得的地应力的大小和方向却是值得研究的,仅σ_1的方位具有一定程度的可取性.本文通过对地应力成因和此法目前所依据的计算理论及公式的分析,对这个问题做了一定程度的论证.并设想在地应力测量方面有所改进,现提出了用岩体磁场法测地应力这一有待探讨的设想.

枣泉煤矿地应力测试及其分布特征分析

介绍了水压致裂法进行地应力测试的原理,并应用此法对枣泉煤矿东、西翼采区进行了8个测站的地应力现场实测。结果表明:该区地应力以水平应力为主,实测最大水平主应力为8.6～13.37MPa,最大水平主应力方向大致为北偏西方向,没有大的偏斜,一致性较好。东翼采区最大水平主应力方向与试验巷道轴向夹角在50～68°之间,西翼采区最大水平主应力方向与试验巷道轴向夹角在4～70°之间,且随巷道向里夹角呈增大趋势;从应力的绝对值看,该区地应力场属中等偏低地应力区。最大与最小水平主应力值总体上有随巷道向里增大的趋势。