钻孔崩落应力测量方法简介一．孔壁崩落的力学机制根据弹性理论，在单项水平应力σ作用下的一个无限大矩形平板中,其内部为一均匀应力场。
这时的应力分布状态为:式中，θ由σ方向逆时针量取，σ r 、σ θ 和τ rθ 分别为径向，切向和剪切应力。
当在矩形板中心钻了一个半径为α的圆孔后，势必扰动原来的应力场，寻致应力的重新分布。
这时，在圆孔附近的应力分布由基尔希方程给出：而当γ=α时，也就是说，孔壁上的应力分布为:由方程(3)可以看出,当时,即在与σ垂直的孔径的两个端点上,切向应力σ θ 有最大值3σ，当θ＝0和π时，即在平行于σ的孔径的两个端点上，切向应力仅有极小值为-σ。
由上述可见，应力的集中，仅仅是在与σ正交的直径的孔壁上，切向应力取得最大值。
而随着径向的延伸(即r逐渐增大)，在与σ垂直的方向(即)上，切向应力变化为：显然，切向应力σ θ 随着径向的延伸而迅速减小。
当半径(r)等于几个钻孔半径时，切向应力就近似地等于施加应力(σ)。
如当r＝1.3α时，σ θ ＝1.82lσ，而当r＝4α时，σ θ 就仅为1.0372σ。
地壳中的岩石，一般都是处在各向不等载荷的压应力作用下。
对于一个沿直铅孔来说，它的横载面往往都是处于两项水平主应力σ 1 和σ 2 (σ 1 >σ 2 )的压缩之下。
根据叠加原理，这时孔壁上(即r＝α处)的应力分布状态为：由上式可见，当时，即在与最小水平主应力平行的钻孔直径的两个端点(M和N)，切向应力σ θ 达到最大值(σ θ ＝3σ 1 -σ 2 )；而当θ＝0和π时，即在与最大水平主应力平行的直径的两个端点(P和Q)，切向应力σ θ 达到最小值(σ θ ＝3σ 2 -σ 1 图2)。
根据脆性破裂理论，当作用在M和N点处的切向应力，达到或超过该点处的破裂强度时，就会使孔壁岩石崩落，形成崩落椭圆孔段，其长轴方向与最小水平主应力方向平行。
二．钻孔崩落椭圆的形成条件在不同地质时期形成的各种岩石，都具有一定的强度，因而在地壳应力场的作用下，能够发生弹性变形，并可以在孔壁附近引起应力集中。
钻孔崩落椭圆的形成，必须满足一定的地应力场条件，即最大水平主应力与最小水平主应力不相等。
如果钻孔处于各项均匀的地应力场中(即σ 1 =σ 2 )，这时沿钻孔圆周的切向应力σ θ ≈2σ 1 ，假定岩石也是各项均匀的话，则不会产生优势方向的孔壁崩落现象。
大量的地壳应力测量资料表明，在地壳中各项应力都存在着明显差异，而且两项水平主应力值及其差值(σ 1 -σ 2 )，大都是随深度呈线性增加的。
因此，一般来说，形成钻孔孔壁崩落的地应力场条件是普遍存在的。
三、钻孔崩落椭圆的测量方法1．测量方法钻孔孔径的大小和方向是由四臂地层倾角井径测井仪直接测量的。
我国的许多油田，大都是使用斯仑贝谢测井公司的测量装置。
这种测量装置的四臂相交成90°，且I一III和II—IV测臂彼此正交。
其四臂均由液压驱动，使之与孔壁紧密接触。
当测井电缆由孔底以一定速率向上提升时，则井下装置总是以一定速率旋转。
当井下测量装置上升到崩落椭圆孔段时，其中一对测臂旋转到椭圆孔段的相对长轴方向，且自动伸开，与之正交的另一对测臂则处于接近钻孔直径的相对短轴方向。
这时，由于一对测臂嵌入到钻孔崩落的长轴孔径中，因而不再转动，随着测井电缆的不断提升，而连续地测量孔径的变化。
2．崩落椭圆长轴方位角的计算四臂地层倾角井径测井仪除直接测量两条相互正交的井径曲线(即C l-3 和C 2-4 井径外)，由于该仪器装有一套相应的磁定向装置，还同时记录有C 1 极板的相对方位角，井斜方位角以及井斜角。
它们之间的几何关系如图4所示。
{Ⅰ,Ⅱ,Ο,Α}为仪器坐标系，(Ο，E，N，V)为大地坐标系，仪器平面和水平面相交于直线FF'，平面M 过直线OA和OV，并和仪器平面，水平面分别相交于直线DD'、BB'。
显然，直线FF'⊥M，而且＜BOD 就等于井斜角，同时，OB和OB'分别为OD和OD'在水平面上的垂直投影，OB和磁北极N的夹角就是井斜方位角，在仪器平面上OI和OD的夹角为相对方位角，α为其在水面上的垂直投影角；OI'为OI在水平面上的垂直投影，它和磁北极N的夹角就是C l 极板的方位角。
由上述得到：PIAZ＝AZIM+α．(6)由于在四臂地层倾角测井曲线图上，并不记录α角，因此由图4，设为单位矢量，在仪器坐标系中它的坐标为＝(0，1，0)，设在坐标系(O，F，B，V)中的坐标为＝(I F ，I B ，I V )，则由图4可知：式中；PIAZ为C l 极板的方位角；AZIM为井斜方位角；DEVI为并斜角；RB为C l 极板相对方角位。
实际上，由于井斜角一般都很小(大多小于5°)：即cosDEVI值近似等于1，故(7)式可简化为：PIAZ≈AZIM十RB (8)如果C l-3 井径曲线是长轴井径，则崩落椭圆长轴方位角(o)就等于PIAZ。
即：α＝PIAZ．(9)当C 2-4 井径曲线为长轴井径时，其长轴方位角(α)则为：α＝AZIM十RB十90°．(10)在有些测井记录中，有时直接记录C 1 极板方位角(PIAZ)，这时，我们可以直接从图上读取其长轴方位角。
3．钻孔崩落椭圆的特征与识别根据形成钻孔崩落椭圆力学机制的分析，我们把崩落椭圆的特征归纳如下：1)钻孔横截面具有明显的长轴方向。
在四臂地层倾角井径测井记录图上，一条井径曲线比较平直，接近或等于钻头直径，而另一条井径曲线则比钻头直径大得多。
2)椭圆孔段在深度上具有一定的长度。
在同一个钻孔的不同深度上，这种崩落孔段有时较短，为几米或几十米，有时相当长，达几十米，甚至上百米，但其长轴方向基本不变，而且井径仪在崩落段的顶，底面均在旋转运动。
3)在钻孔横截面的两个正交方向上均有扩径现象，但一条井径曲线扩径幅度不大；而另外一条则大得多，仍保持有相当明显的长轴方向，而者扩径幅度截然不同。
四条电导率曲线均较稳定或同步变化。
对于由断层破碎带，高角度自然裂隙等所形成的椭圆孔段，由于在双井径曲线上它们形态相似，难于辨别真伪，需要借助于用来确定地层倾角的四条电导率曲线的分析，将该孔段划分出来，予以剔除。
对于由断层破碎带，高角度自然裂隙等所形成的椭圆孔段，由于在双井径曲线上它们形态相似，难于辨别真伪，需要借助于用来确定地层倾角的四条电导率曲线的分析，将该孔段划分出来，予以剔除。
空芯包体应力测量方法简介空芯包体应力测量方法，采用钻孔套芯应力解除法进行，使用KX一81型空芯包体式三轴应力计，它可在单孔中求得该点的三维应力状态，在实验室中测定的主应力误差为3％，方向误差为2°- 4°。
一、钻孔套芯应力解除套芯应力解除法的过程是：在需要测量应力的地方，打一个Φ130mm的钻孔，至一定深度时，将孔底磨平，再打一个喇叭孔(起导正作用)，在大孔中心钻一个Φ36mm的测量小孔，测量孔的深度约为36mm，然后在测孔中安装测量探头，探头引线与孔外测量仪器相接，测得初始值。
如果是进行相对值测量，设备安装工作就此结束，此后间隔一段时间再测探头的数值，就可测出应力随时间的变化情况。
绝对应力测量是在测量小孔外，再用Φ130mm口径的钻头同心钻进，开挖应力解除槽，在钻进过程中，导线从钻杆中心穿过，由水节头处引出与测量仪器相连，监视解除过程中的变化，随着应力解除槽的加深，岩芯逐渐与外界应力场相隔离，岩芯发生弹性恢复，仪器测值随着发生变化，直至仪器读数不再变化时，停止钻进，取出岩芯。
应力解除槽钻出前后仪器的读数差值即为解除读数值。
通常每钻进3cm深，仪器读数一次，求得仪器读数随解除深度的变化曲线，称为应力解除曲线。
此曲线的变化规律是判断原始资料可靠程度的重要依据之一。
取出带有测量探头的完整岩芯后，通常在现场进行围压率定试验。
它是将岩芯放进围压率定机中，然后在岩芯上施加围压，随着压力的变化，仪器读数也跟着变化，从而作出压力与仪器读数的关系曲线，称为率定曲线。
此曲线可判断孔中各探头是否处于正常工作状态，有利于我们综合判定原始资料的可靠性。
从率定结果可以求出岩石的弹性模量和泊松比。
为了取得更接近实际的真值，通常在单孔中进行多次测量，然后进行统计处理分析，尽量减少测量误差和人为误差。
根据现场取得的原始资料，在室内进行资料整理，利用最小二乘法进行数据处理，求出应力状态。
此过程的计算很繁杂，目前，我们已编制成电子计算机程序，处理就方便多了。
若是平面应力计算，可求出最大主应力大小及方向和最小主应力的大小；若是空间应力测量，可求出最大、中间、最小主应力的大小、方向和倾角。
二、KX一81型空芯包体式三轴应力计的结构应力计是由嵌入环氧树脂筒中的12个电阻应变片组成的。
将三枚应变花(每枚应变花有四个应变片)沿环氧树脂筒圆周相隔120°粘贴(图9)。
然后再用环氧树脂浇注外层，使电阻应变片嵌在筒壁内，外层厚度约为0.5mm，在应力计的顶部有一个补偿应变片。
环氧树脂圆筒有一个内腔，用来装粘结剂，另有一个环氧树脂柱塞，如图10所示。
使用时，将圆筒内腔7装满粘结剂，然后将柱塞10插入内腔约3cm深处，用固定销8将其固定。
柱塞的另一端有一导向定位头13，以便应力计顺利安装在小孔中所需要的位置上。
将应力计送入钻孔中预定位置后，用力推动安装杆1，可使固定销切断，继续推进可使粘接剂经柱塞小孔11流出，进入应力计和小孔孔壁之间的间隙里，经过一定的时间，粘接剂固化后，即可进行套芯解除。
图9应变花位置分布图（图中A、B、C为三组应变花）应力计的外径为35.5mm，工作长度为150mm，可安装在直径为36—38mm的小钻孔中。
应力计具有良好的绝缘防水性能。
使用EX数字式电阻应变仪进行读数，最小读数为一个微应变。
量程为±2000微应变。
图10 KX-81型空心包体三轴地应力计结构示意图1-安装杆；2-定向器导线；3-定向器；4-读数电缆；5-定向销；6-密封圈；7-环氧树脂筒；8-空腔，内装粘胶剂；9-固定销；10-应力计与孔壁之间的空隙；11-柱塞；12-岩石钻孔；13-出胶孔；14-密封圈；15-导向头；16-应变花压磁应力测量方法简介地应力测量系统包括YG-73型和YG-81型压磁应力计，DLD-数字应力仪，CW-250传感器，围压率定机以及定向装置。
实验证明该测量系统是可靠的。
在实验室条件下，最大主应力相对测量误差一般小于5％，方向误差小于3％(用标准棱柱检验其误差小于3％)。
完全满足地应力测量工作的需要。
测量精度一般超过其它类似的方法。
一、地应力测量过程在需要测量地应力的那一点上，钻一个直径约36mm的小孔，把应力计安装在小孔中的适当位置，定向，同时给应力计施加预应力，并把仪器的读数记录下来。