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第五章-地应力

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第五 应力
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地应力测量技术及分布规律有关地应力的内容 地应力的概念 地应力的来源 地应力的测量方法 地应力区域分布规律的数值模拟 地应力纵向分布规律 地应力:地下某深度处岩石受到的周围岩体对它的挤压力 。 一般在深度 一个为垂直向主地应力;另二个为相互垂直的二个水平主地应力 。 大多数情况下三个主地应力值是不相等的 。 不同构造区域 、 不同性质地层地应力大小不同 。地应力的概念 :v上覆岩体的自重;地质构造运动产生的构造应力;地温梯度的不均匀性和地层中的水压梯度 。820136442:1960:2240170060°倾角 :18200角 :19800°倾角 :22400°倾角 :239030285848402角 55 ゜,倾向南偏东 5゜0020398837876角 54↘4 ゜,倾向南偏东 5 ゜1676角 56,倾向南偏东 4 ゜1900角 56 ゜,倾向南2350角 18,倾向南偏东 45 ゜2444角 40 ゜,南偏东 25 ゜2500角 6,南偏东 25 ゜断点位置: 1632m、 2350m、 2444490米以上测量段,地层倾角因井眼等影响因素造成 540段 ,基本为空白点, 370角 60度 /南倾 180度),且可信度很低。200062508120671280南倾21700゜,南偏北22000南倾24400南倾24700南倾5062南倾360182612127500582管理上旋转导向垂直钻井 – 150 31803500用构造地质力学方法研究地应力的相对大小及大致方位应用成像测井确定地应力的方位应用水力压裂资料确定地应力大小应试验测定地应力大小根据断层特点及走向确定地应力的大小及方向hv最大水平主地应力方向平行断层延伸方向上覆地层压力 v >最大水平主地应力 H> 最小水平主地应力 椭圆形井眼的长轴方向即为最小水平主地应力方向最小水平主地应力方向最大水平主地应力方向成像测井测定地应力方向σ Hσ σ 上覆岩层压力由密度测井曲线经积分求出。 水平主地应力测定方法主要有:1、现场水力压裂试验法;2、室内凯塞尔效应法3、岩芯差应变试验法;典型的水力压裂试验曲线出现剪切裂缝破裂漏失停泵裂缝闭合裂缝重张时间井口压力利用水力压裂试验数据计算地应力:H F C i n  H H p f Sm a x m   3S P Pt f r 地层破裂压力 ( : 地层破裂产生流体漏失时的井底压力裂缝延伸压力 ( : 使一个已存在的裂缝延伸扩展时的井底压力裂缝闭合压力 ( : 使一个存在的裂缝保持张开时的最小井底压力 ,它等于作用在岩体上垂直裂缝面的法向应力 , 即最小水平主地应力 。瞬时停泵压力 ( : 关泵瞬间的裂缝中的压力 。 它一般大于 两者之间的差别一般在 7 它取决压裂工艺及岩石性质 。在低渗透性地层 , 两者近似相等 。水力压裂法测定地应力 裂缝闭合点 ( 确定方法:利用裂缝闭合前后压力降低速度不同来确定 。 主要确定方法为:作出曲线的切线 ,其交点即为裂缝的开始闭合点 。 此外还有其它方法 。如:( 1)最大曲率点法( 2) t)图( 3) P) t)图凯塞尔效应法测定地应力的原理图声发射数压应力凯塞尔效应点凯塞尔效应测定地应力取芯方法45 度 45 度岩样尺寸2550 o c A T 声发射仪 伺服增压器 控制器 液压源压 力微 机供 液反 馈排 量伺服控制声发射探头6井 m)2Ⅳ2Ⅵ4121753039 例油 层 水 层 干 层 可能油层?(21128187涠洲 12井 ~2Ⅵ967552722?0 500 1000 25井 ~5井油藏剖面图m)井2Ⅴ3Ⅲ2Ⅵ2Ⅴ4 822112818732843166油 层 水 层 干 层( 294少量0 500 m 250正断层涠洲 1280000 282000 284000 286000108° 56′108° 52′ 108° 53′ 108° 54′ 108° 55′20°51′20°49′20°50′230400023060002308000230200023030002305000230700020°51′20°49′20°50′2304000230600023080002302000230300023050002307000108° 52′ 108° 53′ 108° 54′ 108° 56′278000 280000 282000 284000 286000108° 55′井区南 块中块 4井区100hv1北油田地应力方向分析非均匀地应力作用下井壁坍塌将形成椭圆形井眼,椭圆井眼长轴为最小水平主地应力方向双井径测井数据 :眼段 (380~ 2980m)井眼椭圆长轴方位 2钻头直径 大水平主地应力 H> 最小水平主地应力 力正断层力正断层hH地质力学方法研究结果地应力相对大小:最大水平地应力大致方位:  6570测量深度 最大水平地应力方位 1 - 2 2013 - 2042 00E 1 - 5 1575 - 1659 1 - 3 1800 - 2470 1 - 1 1495 - 3100 2 - 1968 - 3180 2 - 1789 - 1911 2 1815 6 1305 100E 渤海北 1000 - 2000 00E 测量深度 VHh来源 1 3390 - 4 4 0 0 渤南井稳研究报告 2969 王家祥 Q H D 3 2 - 6 1350 Q H D 3 2 - 6 研究报告 2 1850 刘畅 渤海湾 3488 刘建中 渤海湾 3211 刘建中 渤海湾 2792 刘建中 渤海湾 3349 刘建中 1 2450 根据破裂压力 落深度 (m )崩落段长度 (m )崩落长轴方向(°)最大主应力方向 (°)1 276 0- 283 9 79 64. 12 154 . 122 284 0- 290 8 68 94. 50 184 . 503 298 5- 306 4 79 1 15. 13 205 . 134 31 10- 318 0 70 125 . 86 215 . 865 320 0- 327 3 73 124 . 99 214 . 99井眼形状法确定南缘地区主地应力方向第三系底最大地应力方位分布声发射 当量泥浆密度 )井 号井 深(米)孔隙压力( g/上覆地层压力 水平最大 水平最小呼 002 井 3740 1. 2 2. 303 2. 430 1. 704呼 002 井 3615 1. 2 2. 480 2. 556 1. 880呼 001 井 2515 1. 0 ── 1 . 965 1. 345呼 001 井 3590 1. 2 2. 318 2. 596 1. 697准噶尔盆地南缘地应力大小测定结果 准噶尔盆地南缘地应力值为:最大水平主地应力: 地 层 压力: 应力分布规律:最大水平主地应力 >上覆地层压力 >最小水平主地应力区域地应力场横向分布规律计算图 1 背 斜 油 气 藏 剖 面 示 意 图油气水 2h / 2图 2板壳法计算地应力场:板受力 —> 弯曲变形 —>曲率变化 —> 地层受力 —>地应力板壳法计算地应力场计算公式:       x x yx yy y xy r r   1 11 11 11 12 1 112 22 2板壳法预测地应力场横向分布计算实例板壳法研究区域板壳法预测地应力场横向分布计算实例图 4 最大地应力方位分布等值线图板壳法下第三系底最大地应力分布板壳法下第三系底最大地应力方位分布地应力纵向分布规律计算 不同深度,不同性质的地层其地应力大小及非均匀性不同,即地应力不是随井深增加而线性增大,对不同地层要分层计算地应力。 地应力主要来自于上覆岩层的自重及地质构造运动产生的构造应力,用公式表示为:     H H H T 地应力纵向分布规律计算由上覆地层产生的水平地应力 , 可根据弹性变形力学理论 , 假设在水平方向的变形受到限制 , 即 ( ε x) V=( ε y) V =0,由此可得到:           H v h v v p      1该部分地应力在水平方向相同,为均匀分布的地应力纵向分布规律计算模式由构造运动产生的地应力 , 由于构造运动的方向性 , 使得在水平方向产生的地应力不同 。 假设构造运动可分解为沿相互垂直的两个主方向 ( 的向前平推运动 , 在两个方向的构造运动变形量分别为 ε H、ε h;并假设在构造运动过程中各地层保持连续 ( 不产生相互错动 ) , 根据广义虎克定律有:  H T H h E E1 11 1地应力纵向分布规律计算模式 H、 ε h— 表示构造运动激烈程度的构造应力系数 , 由实测地应力值反算 。μ 、 σ h——— 分别为最大 、 最小水平主地应力          h V P P H E E       1 1 1          H V P P H E E       1 1 1地应力纵向分布规律计算实例ºººººº°ººººººº×é ººººººººº÷600 2800 3000 3200¾® Éî £¨Ã×£©µØÓ¦Á¦Ìݶȣ¨G/£©
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