地应力相关知识及该研究工区的应力该如何取值？

yiwei2004

【地应力概念】地壳岩石中的内应力叫做地应力。它是由地壳内部的垂直运动和水平运动及其他因素而引起的介质内部单位面积上的作用力。其中岩层重力引起的应力和构造应力是两个主要组成部分。地壳中不同地区，不同深度地层中的地应力的大小和方向随空间和时间的变化而变化便构成地应力场。。

【地应力研究意义】地应力是研究和解决采矿工程、地下建筑施工、工程震预报等领域中一系列岩石力学问题的最基本参数之一，是油气资源评价、油藏模拟、油田开发、油气井工程设计和施工的重要基础资料之一。地应力场的研究对油气勘探、油田开发、矿山地下工程设计以及区域稳定性研究等具有重要的理论意义和实际意义。

【地应力研究沿革】

地应力的研究至今已有近百年的历史，简要说明其中几个里程碑

1、1905～1912年间，瑞士著名地质科学家海姆就提出了著名假说：岩体深处地应力的一个分量方向垂直，其大小与其上覆的岩体重量相等，而水平应力与垂直应力相等。这个假说曾长期处于统治地位，影响较大。

2、50年代初瑞典科学家哈斯特博士通过测量地应力发现：地下介质处于压应力状态，其

应力值随深度线性增加。

3、1975年，南非的N.C.Gay等人建立了临界深度的概念

4、1977年美国人Haimson在深5.1km处进行了水力压裂地应力测量，并对此作了大量理论和实验研究。至今水力压裂是公认的测量地应力最有效的矿场方法。

5、20世纪70年代，斯伦贝谢测井公司开始研究应用测井资料解释地层力学问题，这其中地应力是中间过程，在此基础上可用于解释石油工程中的地层破裂压力、地层坍塌压力及油层出砂等问题

6、20世纪40年代，李四光把地应力作为地质力学的一部分进行了研究，开始了国内地应力的研究。

7、20世纪60年代以来，开展了地应力对地震预报的研究，1966年在河北省隆尧县建立了我国第一个地应力观测台站，1980年国家地震局首次进行了水力压裂地应力测量，从而迈出了我国深部应力测量的第一步。

8、20世纪80年代以来，辽河油田、北京勘探开发研究院、吉林油田、胜利油田、大庆油田、华北油田等相继开展了地应力测量及应用研究工作。

9、1983年，中国石油大学(华东)黄荣樽教授进行地层破裂压力预测新方法研究时，提出了考虑构造应力影响的地应力预测模式，即黄荣樽模式

10、1993年以来，中国石油天然气总公司主持了“地应力测量及其在油气勘探开发中的应用”研究项目的全国性攻关。研究内容包括：多种地应力测量、计算、模拟、解释技术方法，储层裂缝的评价与预测，地应力演化与油气运移与富集，地应力状态与开发方案的选择，地应力场状态与油田改造方案选择和地应力在其它方面的应用等，对加快我国石油工业地应力研究及运用起到了很大推动作用。

【地应力研究方法】目前为止，国内外在地应力研究方面已做了大量工作，同时也形成了比较成熟的地应力研究方法。大体可以分为四大类

1、定性分析法

利用地质等资料进行定性分析的方法，如火山喷道、断层类型、油井井眼稳定情况、取心收获率、区域应力场、地形起伏、地质构造、震源机制等，这些资料可以定性地给出大范围应力场的分布情况与特点，很难进行精确的应力场研究。

2、矿场应力测量法

这些方法可以给出比较准确的地应力测量结果，精确地描述应力场特点，如水力压裂应力测量，井壁崩落法等。但是深部地应力测量，代价昂贵。

至今，国内为了地应力测量而钻的井其深度不超过1500m，大部分水力压裂地应力测量是结合油层水力压裂增产措施来进行。

井壁崩落法是用四壁地层倾角测井资料分析钻孔近场地应力方向的一种方法。该方法资料来源丰富，精度易受井壁不均匀和钻孔倾斜的影响，目前有较广泛的应用。井下电视，井周成像测井也可以测出井壁崩落，但比较昂贵。

3、岩心测量法

岩心测量可以在室内测定，不需要大量的现场设备和人员，已成为实验室地应力测量的主要方法，如：差应变分析法、波速各向异性法、滞弹性应变分析、声发射法等。

差应变分析法是用室内的等围压试验反推野外三维应力方向和应力比的方法。其理论是严谨可靠的，但要求同时测量6道以上的应变，应变仪不同道间要有较好的一致性，实验技术难度较大，因而在一定程度上限制了该方法的推广使用。

波速各向异性法是通过室内测得的岩心波速的各向异性来分析地应力方向的一种方法。该方法一般利用较方便的换能器进行波速测量，能在岩心的垂直方向和水平方向任意角度进行测量，较准确地测出岩心各方向的波速，从而简单快捷地确定出水平地应力方向。

滞弹性应变恢复法是在现场直接测量出新取出岩心的非弹性应变释放，进而判断应力比值和应力方向的一种方法，其结果易受失水、温度漂移等因素的影响。

声发射法是用室内单轴实验反推野外三向应力或平面应力的方法。该方法要求在岩心上指定的6个方向或3个方向上钻取小岩样。根据凯瑟效应，每一个小样的测量结果反5映该方向在历史上所承受的最大压应力。但是并不是所有岩心都可以进行声发射实验，如软弱疏松岩心。

【讨论问题】

地应力测量是一项综合性测试，岩心测量也不例外，往往需要几种方法结合起来对比使用来提高结果的可靠性。因此，结合实际条件，寻求一套简易可行的地应力测量方式组合是十分必要的。

如何才能求取一个工区较为准确的地应力方向，下图给出了某研究工区某油层段（地层厚度50m左右）的几种不同方式的应力测试结果，采油工程设计中对压裂进行优化设计，请大家讨论最大主应力方向应该取多少更合适?

hanyaozu

哈哈，好东西！谢谢斑竹~~~~

chenzhen_196687

多谢普及基础知识啊~~哈哈，来了解一下子

scs2000

谢谢楼主！

gqs908

值得讨论

mzlA513

     首先是一点地应力的定义问题需要深入研究。传统的定义三个主应力分别为：垂直主应力，水平最大主应力，和水平最小主应力。从力学对主应力的定义上来说，这种定义是存在严重问题的，所谓主应力方向，就是垂直该方向的截面上没有剪应力存在。而实际上，上述定义不符合这一要求。所以，现在现场开挖隧道进行这种地应力测量时，不同专家测量得到的三个主应力值差异很大。甚至是相反的结果。
     我个人认为首先应该摒弃传统地应力关于三个主应力的定义方法，回归到力学主应力的原始定义上来，在此基础上，再探讨对于不同地质结构如何方便、巧妙地测量主应力方向和大小。避免测量结果的歧意问题。

wangych

很高深的东西

cumtsj

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