地应力与水力压裂力学.pptxVIP

地应力与水力压裂力学;主要参考书目;水力压裂概念;一地应力研究;1地应力概述;1地应力概述;有效应力与孔隙压力

有效应力：沉积岩石骨架所“承受”的地应力。

孔隙压力：流体所“承受”的力，也称为地层压力。

Tetzaghi:S=σ+Pb

Handin：S=σ+αPb

α——孔隙弹性系数；反映地层孔隙压力对骨架应力的影响程度。

Cb——地层体积压缩系数；Cm——骨架体积压缩系数

古地应力与现今地应力

古地应力是地质历史时期中某时间的应力状态。

现今地应力是指目前的地应力状态，是岩层再地质历史中经过多期变形、破裂后（应力集中、释放）到目前还“剩余”的应力。（工程研究主要应用现今应力）;垂直应力与水平应力;重力应力、构造应力与热应力;分层地应力与地应力场状态;地应力分类;表6-1地应力分类(据李志明，张金珠);地应力来源;由于周围岩石的围限作用:

;构造应力的作用效果高构造应力环境;油田断块处于板块内部，其应力场受到板块构造运动的控制，这种由区域构造运动产生和控制的应力场称之为区域构造应力场。区域构造运动具有较强的方向性，并以产生水平附加应力为主，它使大范围的应力场的方向趋于一致并增大两水平应力之间的差值。

构造运动越强烈，平面应力场的分布规律性越强，方向越稳定。同时，局部地质构造可对区域构造应力场产生较大的改造作用，局部地质构造的作用越强,局部应力场与区域应力场之间的差异越大，方向变化也越大;地层弯曲派生的应力;热应力;地应力计算模型;;2地应力在压裂施工中的应用;地应力的值与压裂施工压力和破裂压力

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地应力与支撑剂的选择

当地应力(尤其是最小主应力值)较高、地层较硬(即岩石杨氏模量高、泊松比小)时，人工裂缝中的支撑剂容易被压碎。当地应力较高，而地层较软(岩石杨氏模量小、泊松比大)时，人工裂缝中的支撑剂容易被嵌入地层。;施工排量Ｑ必须大于地层吸液速度Ｑ′，即最小极限排量;

最小水平主应力剖面与裂缝模拟;地应力剖面与地质剖面相结合选择合理射孔井段，确定隔层、遮挡层

最大水平主应力方向与射孔扎眼方位夹角对破裂???力的影响;最小水平主应力剖面对压裂增产效果的影响

最小水平主应力剖面对压裂施工规模的影响;地应力场与整体压裂方案;最小水平主应力剖面与压裂方式的选择;3地应力大小的确定;按获取原理分

直接法:地应力可以通过测量岩石的破裂压力直接测量。

间接法:通过测量岩石的变形和物性变化来反演地应力.;按研究方法分

矿场应力测量方法：水力压裂、井壁崩落、长源距声波、地面电位法、井下微地震波法和套心应力解除等。

可得到较准确的地应力测量结果，定量描述应力场。

利用地质和地震资料进行定性分析的方法：如火山颈、断层类型、油井井眼稳定情况、取心收获率、地形起伏、地质构造、震源机制等。

可定性给出大范围应力场的分布，很难进行精确的应力场描述。

岩心测量：差应变分析，波速各向异性测定，滞弹性应变分析，声发射（Kaiser效应）测定等。

该类方法只能给出地应力相对于岩心的方位，难以给出岩心在地下原位；

岩心测量时很难完全模拟井下条件，而且岩心采样深度也不太精确。

地应力计算：地应力场有限元数值模拟、地应力剖面解释、钻进参数反演和长源距声波测井自适应方法计算等。;水力压裂确定地应力

水力压裂法是目前最准确的地应力测试方法(主要是指最小水平主应力和地应力方向)，它的结果往往作为检验其他方法精度的标准。;破裂压力Pf：压力最高点，反映液柱压力克服地层的强度使其破裂，形成裂缝，压裂液向裂缝(crack)中充填，其后压力下降。

延伸压力Ppro：压力趋于稳定，使裂缝向远处延伸。

瞬时停泵压力Ps：当裂缝延伸到离开井壁应力集中区（6倍井眼半径）以外时进行瞬时停泵。记录下停泵时瞬时停泵压力Ps。由于此时裂缝仍张开，应与最小地应力值相平衡，即Ps=。

裂缝重张压力Pr：使闭合的裂缝重新张开的压力与破裂压力Pf相比不需要克服岩石抗拉强度，因此可以近似认为破裂层抗拉强度等于这两个压力的差。即：

地层存在大量微裂隙时，地层破裂压力并不比延伸压力有明显升高。;井壁崩落法确定地应力;井径测井曲线与井眼几何形态;根据井眼几何形态计算地应力大小;滞弹性应变恢复法

滞弹性应变恢复法是利用岩石的弹性后效，从现场取出岩心后，当岩心的恢复应变稳定后，测量岩心不同方位的应变释放量，这种应变增加可以延续几十个小时，被称为滞弹性应变恢复。

根据滞弹性应变恢复曲线，可