4章 地應力計算

第4章油田地應力測量和計算本章內(nèi)容提要14.1地應力成因4.2

原地應力狀態(tài)與應力張量4.4地應力分布規(guī)律324.3

地應力測量技術(shù)與測量方法44.5地應力計算模式與參數(shù)的確定5一、地應力的概念原地應力：地層巖石未經(jīng)人工開挖或擾動以前的天然應力。構(gòu)造應力：地殼中長期存在著一種促使構(gòu)造運動發(fā)生和發(fā)展的內(nèi)在力，我們稱其為構(gòu)造應力。重力應力：地殼上部各種巖體由于受地心引力的作用所引起的應力稱為重力應力或上覆巖層壓力。構(gòu)造應力原始構(gòu)造應力殘余構(gòu)造應力現(xiàn)代構(gòu)造應力4.1

地應力成因4.1

地應力成因二、地應力的主要成因主要成因

大陸板塊邊界受擠壓引起的應力場地幔熱對流引起的應力場地心引力引起的應力場巖漿侵入引起的應力場地溫梯度引起的應力場地表剝蝕引起的應力場二、地應力分類

總分類依據(jù)分類定義地質(zhì)年代古地應力泛指燕山運動前，或某一地質(zhì)時期以前的地應力現(xiàn)地應力目前變化或正在變化的應力成因原地應力重力上覆巖層重力引起的地應力分量（或產(chǎn)生）的應力構(gòu)造應力由構(gòu)造運動產(chǎn)生的變形形成的各種構(gòu)造行跡等熱應力由溫度變化在巖體內(nèi)部引起的內(nèi)應力增量擾動應力由于地表地下開采引起原地應力改變所產(chǎn)生的應力應力方向垂向主應力由重力應力構(gòu)成、基本上呈垂直向的主應力水平主應力由地殼中巖石側(cè)向應力和水平構(gòu)造應力構(gòu)成、基本上呈水平向的主應力4.1

地應力成因4.2

原地應力應力狀態(tài)及應力張量一、原地應力的基本構(gòu)成

上覆巖層壓力

構(gòu)造應力溫度產(chǎn)生的附加應力

二、地下巖石某點的應力狀態(tài)和應力張量的分解應力狀態(tài)矢量表達形式1、地下巖體某點處的應力狀態(tài)4.2

原地應力應力狀態(tài)及應力張量二、地下巖石某點的應力狀態(tài)和應力張量的分解2、應力空間斜截面上的應力狀態(tài)和主應力

4.2

原地應力應力狀態(tài)及應力張量4.3地應力測量技術(shù)一、水力壓裂

1.基本的假設條件水壓致裂法地應力測量是以彈性力學為基礎，以測量地點為依托，一般有以下三個假設條件為前提：（1）巖石是線性、均勻、各向同性的彈性體；（2）巖石是完整的、非滲透性的，巖石為多孔介質(zhì)時，注入的流體符合達西定律；（3）巖石中有一個主應力是垂直的，其大小等于上覆圍巖的壓力，其他2個主應力是水平的。在上述理論和假設前提下，水壓致裂的力學模型可簡化為一個平面應變問題，如下圖所示4.3地應力測量技術(shù)2.水力壓裂試驗曲線4.3地應力測量技術(shù)

Hr

r

r

h

Hri

h

HPp

v

h圖4-8b井壁巖石應狀態(tài)受力圖P圖4-8a井壁力學模型極坐標下的井眼圍巖應力方程

3.井眼圍巖力學方程

4.3地應力測量技術(shù)4.水力壓裂試驗地應力確定

從水力壓裂曲線圖上讀出相應壓力值后，用下式反算地應力優(yōu)點：設備簡單操作方便測值直觀適應性強受到重視和推廣缺陷：主應力方向不準5.水力壓裂特點

4.3地應力測量技術(shù)4.4地應力分布規(guī)律和我國的分區(qū)特點一、地殼淺部地應力分布的主要規(guī)律1.地應力是一個具有相對穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應力場，它是時間和空間的函數(shù)。2.垂直應力隨深度的變化規(guī)律垂直應力隨深度線性增加。平均密度約為27KN/m34.4地應力分布規(guī)律和我國的分區(qū)特點3.水平應力普遍大于垂直應力4.平均水平應力與垂直應力之比隨深度增加而減小，且趨近于15.最大水平主應力與最小水平主應力隨深度增加線性增長6.最大水平主應力與最小水平主應力之差隨深度增加而增大4.4地應力分布規(guī)律和我國的分區(qū)特點7.地形、地表剝蝕對地應力影響+++++++++++++++++地形起伏a.水平應力向負地形集中，向正地形釋放b.在斜坡附近，應力方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)（1）地形起伏4.4地應力分布規(guī)律和我國的分區(qū)特點(2)地表剝蝕原地面現(xiàn)地面··剝蝕4.4地應力分布規(guī)律和我國的分區(qū)特點二、我國地應力分布規(guī)律1、分區(qū)性以東經(jīng)100～105o為界分東西兩區(qū)。強度上：西強東弱（西高東低）方向上：西：NNE-SSW為主，東：近E-W。4.4地應力分布規(guī)律和我國的分區(qū)特點西南：印度板塊向NNE擠壓（5mm/a）東：太平洋板塊向W俯沖（1cm/a）南：菲律賓板塊向N俯沖北：西伯利亞板塊阻擋

1跡線：N-NE-SSE2.中國板塊處在四大板塊環(huán)繞中，它們碰撞擠壓，形成了中國大陸巖體中的天然應力。4.4地應力分布規(guī)律和我國的分區(qū)特點4.5地應力計算模式1.以單軸應變?yōu)?/p>