屯1井差应变分析法地应力测量.pdf

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1、地质力学学报V01．19NO．2第19卷第2期2013年6月JOURNALOFGEOMECHANICSJun．2013文章编号：1006-6616(2013)02-0117-08屯1井差应变分析法地应力测量白金朋，彭华，郑哲夏，刘崇，马秀敏，姜景捷，李振，(1．中国地质科学院地质力学研究所，北京100081；2．国土资源部新构造运动与地质灾害重点实验室，北京100081；3．中国地质科学院地应力测量与监测重点实验室，北京100081；4．中国地质大学能源学院，北京100083；5．中国石化河南油田分公司工程技术研究院，南阳473132)摘要：

2、介绍了差应变分析法(DSA)原地应力测量技术原理，并采用此法对河南省洛阳一伊川盆地屯1井岩样进行了测试，结果显示该井1153．4～1167．8m处最大水平主应力为北西向(141。一157。)，与钻孔崩落椭圆长轴方位统计得到的最大水平主应力方向一致；最大水平应力数值小于铅直应力，属于正断层应力状态；主应力随深度线性增大。对该区域注采井网布局给出了建议，即本区注采井网布设应避免与141。一157。方向平行。关键词：地应力测量；差应变分析法；屯1井；注采井网布局中图分类号：TU459．4文献标识码：A0引言地应力是控制油气富集区分布、水力压裂裂缝扩

3、展、储集层裂缝分布、油井套管破坏等重要因素之一，是油气田开发方案的制定及油井工程设计必不可缺的基础数据¨。因此地应力研究在油气勘探开发中有着十分重要的意义。油气资源多赋存于深部岩层，因此需要开展深部地应力测量。获取深部地应力状态的方法不多，岩心差应变分析(DSA)是比较经济又有效的方法之一，该方法通过在实验室内对30mmX30mmX30mm(正方体)或4,25mmX30mm(圆柱体)定向试验样品进行围压加载试验及应力张量计算，即可得出测试岩样所处位置的三维地应力状态，有一定的优势。屯1井在构造上属于河南省中西部的洛阳一伊川盆地，该盆地面积约3

4、000km，前期地球物理勘探显示该盆地三叠系油气储藏量巨大。屯1井钻进过程中在635～1882m井段均有不同程度油气显示，该井实施压裂作业后日产天然气稳定在6600～7200m。本文采用DSA收稿日期：2013-01—23基金项目：国家海洋地质保障工程项目(GZH201200504)作者简介：白金朋(1987-)，男，硕士研究生。E—mail：baiji“pe“g1987@yeah．net导师简介：彭华(1964一)，男，研究员，主要从事地应力测量及相关测量仪器研制、地壳稳定性调查与评价、地质灾害、岩石稳定性和岩石力学与工程施工等方面的研究工

5、作。E—mail：ph68486797@aliyun．tom118地质力学学报技术进行了地应力测试，了解该地区构造应力状态与油气藏岩石裂缝的空间展布，指导油气开发方案的制定和压裂改造的实施。1差应变分析(DSA)法1．1基本原理岩心在地下深处受地应力作用处于压缩状态，本身含有的天然裂隙也处于闭合状态；当其从地下深处被取出后，应力解除，各方向微裂隙张开，致使岩心体积发生膨胀。微裂隙的空间分布与原岩应力方向有关，微裂隙的数量和发育强度与原岩应力大小成正比。对岩心加压进行不同方向的差应变分析，可以得到最大及最小主应力的方向，这种方法称为差应变分析(

6、DSA)法。DSA法有以下4点假设：①地应力释放将在岩心内产生微小裂隙；②这些裂隙的排列受原地应力场影响；③裂隙的体积与所受的原地应力大小成比例；④卸压膨胀后的试件在施加围压后，任一方向上的压缩量与该方向的膨胀应变量有关“。在试验时，对岩样施加围压过程中，岩心的变形主要来自于应力释放而产生的微裂隙闭合变形以及岩石固体变形。图1是岩样加载后的应变与压力关系曲线，曲线分为两部分，第一部分(曲线OA)是由于微裂隙闭合和岩石固体变形引起的应变；第二部分(曲线AB)为岩石固体变形引起，两部分斜率之差反映了单独由微裂隙闭合而引起的应变。在岩样上粘贴应变片

7、测量不同方向上的压力一应变曲线，通过张量分析计算，可求出最大主应变(及最大主应力)的方向。岩石的压缩可看作应力释放时岩石膨胀的逆过程，当岩石的力学性质为各向同性，且知道一主应力值时，则可利用主应变的比值关系确定地应力的大小。O图1岩石静水压力一应变曲线Fig．1Straincurveofrockhydrostaticpressures1．2测试步骤①从油田现场选取柱状岩心(直径100mm)，要求岩心完整且无裂隙发育，记录该岩心相应的位置和深度。②在岩心柱面绘一条平行于岩心轴线并标有方向的标志线，这条线是差应变分析法和古地磁法岩心定向测量共同的

8、参考线。③将岩心加工制成边长为30mm的正方体，并确保正方体岩样侧面上基线与岩心标志线平行且位于一个平面内(不发生旋转与错位)，依据基线选定坐标系，在正方体的3个相