三、地应力的矿场获取方法
钻井诱导缝显示
¾该井段的压裂缝呈180°对称分 布，呈现出明显的钻井诱导裂 缝特征。
天然裂缝在各种成像图上的显示特征
三、地应力的矿场获取方法
钻井诱导缝显示
应力释放缝
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三、地应力的矿场获取方法
钻井诱导缝显示
重泥浆压裂缝
二、地应力的矿场获取方法
钻井诱导缝显示
重泥浆压裂缝
三、地应力的矿场获取方法
一、地应力
地应力组成 9 由岩体自重引起的自重应力 9 由岩体构造作用引起的岩体构造应力。 9 由流体作用引起的孔隙压力 9 其它(如地温引起的热应力、地球化学作用引起的化学 应力等)
通常，地应力场是一个三向不等压的空间应力场，主应力 大小和方向随空间与时间的变化而变化。
一、地应力
9 垂向应力（σv） 9 水平向两个主应力（σH1、σH2） 9 地层孔隙压力（PP）
等效深度法
9
三、有效应力 三、有效应力
三、有效应力 地层矿物颗粒对颗粒的作用力。 在多孔的连续介质中，颗粒与颗粒间的接触应力与
孔隙压力一起，支撑着外部总的应力（σ）。
σ σe Pp
本章小结
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三、地应力的矿场获取方法
小型水力压裂
在注水加压过程中，井壁的某些点切向和铅直 向的有效应力可能变成拉应力。
当此拉应力达到井壁岩体的抗拉强度时，井壁 岩石将发生破裂，此时的井眼内水压力为Pf， 称为开裂压力。
如果水不停地注入，则裂缝一旦形成就会继续 扩展。裂缝深度达到3～5倍井眼直径时，此处 已接近原岩应力状态。
第五章 地应力及测试方法
第一节 概述 第二节 地应力的确定方法 第三节 孔隙压力及有效应力 本章小结
第一节 概述
一、地应力 二、高地应力 三、影响地应力的因素 四、我国地应力的分区性 五、地应力研究的历史
一、地应力
地应力（天然应力、初始应力） 9 人类工程活动之前存在于岩体中的应力 9 存在于地壳岩体中的内应力 9 由地壳内部垂直运动和水平运动的力及其它因 素的力引起的岩体内部单位面积上的作用力
一、地应力
地层中地应力状态存在三种类型： 垂向应力为最大主应力，即:σv>σH1>σH2 垂向应力为最小主应力，即:σH1>σH2>σv 垂向应力为中间主应力，即:σH1>σv>σH2
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一、地应力
垂向应力主要来源于上覆岩层重量
水平向两个主应力主要来源于上覆岩层重量、构造运动，变
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波速各向异性
3
波速各向异性 9 岩心/井壁最小波速沿原最大水平主应力方向 9 岩心/井壁最大波速沿原最小水平应力方向 9 该方法受到岩石各向异性的干扰
三、地应力的矿场获取方法
理论基础
井壁岩石发生垮塌、破裂的方向与原地应力延伸方向密切 相关
井壁岩石发生垮塌、破裂的程度则与原地应力大小以及岩 石的强度密切相关。
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二、地应力的室内测试方法
岩石声发射测量法
9 高强度的脆性岩石有较为明显的声发射凯塞效应。 9 多孔隙低强度及塑性岩体的凯塞效应不明显，疏松软岩石
的应力不宜用声发射法测定。
二、地应力的室内测试方法
岩石声发射测量法
声发射监测系统框图
1、2上下压头；3、4为换能器；5、6为前置放大器；7，8为输入 鉴别单元；9为定区检测单元；
在岩体中，裂隙在与σ3垂直的 平面内扩展。
四、地应力其他预测方法
¾ Matthews & Kelly模型 ¾ Eaton模型 ¾ Anderson模型 ¾ Newberry模型
第四节 孔隙压力预测
一、概述 二、砂泥岩地层剖面孔隙压力预测方法 三、有效应力
一、概 述
地层孔隙压力/流体压力：地层孔隙中所含流体的压力 9孔隙压力分为正常孔隙压力和异常孔隙压力。 9正常孔隙压力：等于地层水静液柱压力，压力变化范围 1.0～1.07g/cm3 9异常低压：低于地层水静液柱压力 9异常高压：高于地层水静液柱压力
泥岩孔隙度：
二、砂泥岩地层剖面孔隙压力预测方法
方法基础
1－储层中的异常高压地层； 2－页岩；3－灰岩；4－砂岩；5－页岩 中的异常高压和异常低压地层
二、砂泥岩地层剖面孔隙压力预测方法
方法基础 1
Lf 1-Lf
二、砂泥岩地层剖面孔隙压力预测方法
方法基础
二、砂泥岩地层剖面孔隙压力预测方法
等效深度法
二、砂泥岩地层剖面孔隙压力预测方法
中国： 9 20世纪50年代末开始地应力测量
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第二节 地应力的确定方法
一、地应力确定方法概述 二、地应力的室内测试方法 三、地应力的矿场获取方法 四、地应力的其他预测方法
一、地应力确定方法概述
地应力方向及大小
地应力确定方法
岩心测试技术
地 质 资 料 分 析
非 弹 性 应 变 恢 复
波
古 地 磁
一、概 述
根据成因，可分为原始孔隙压力、后天形成压力 原始孔隙压力：地层沉积和构造形成过程中由地质作
用而形成的压力 后天形成压力：受到人类大规模生产活动引起变化后
的压力 地层孔隙压力成因不同，预测方法不同。
一、概 述
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二、砂泥岩地层剖面孔隙压力预测方法
方法基础 (1) 随着深度的增加，孔隙度按指数规律衰减 (2) 随着深度的增加，放射性强度增加 (3) 随着深度的增加，地层水矿化度按指数规律增加 (4) 随着深度的增加，地温按线性规律增加
地形起伏 地表剥蚀 岩体性质：硬岩往往可积累较高的应力，而软岩则相反 地下水：产生孔隙流体压力 地温：产生温度应力
四、我国地应力的分区性
我国处在四大板块环绕中 9 西南面受印度板块向NNE挤压 9 东面受太平洋板块向W俯冲 9 南面受菲律宾板块向N俯冲 9 北面受西伯利亚板块阻挡
三、地应力的矿场获取方法
当井眼内水压力为P时，井壁出现垂 直裂缝的条件时，A点上的拉应力等 于岩体的抗拉强度。
直井井壁产生垂直水力压裂缝的条件：
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三、地应力的矿场获取方法
只要压力保持大于与拉裂面垂直 的应力，则裂缝一旦形成就会继 续扩展。
停泵后，若裂缝中的水压力小于 这个裂隙上的正应力，裂隙就会 相应的闭合；若大于，裂隙就会 张开。
四、我国地应力的分区性
在四大板块的碰撞挤压下，形成了中国大陆的地 应力，大致可以东经100～105°为界分东西两区。
东西两区的地应力特征差别很大
9 地应力强度：西强东弱（西高东低） 9 最大水平应力方向：西区以 NNE-SSW为主，东区近
E-W方向
五、地应力的研究历史
全球范围： 9 1878年海姆提出地应力 9 l932年，在美国胡佛水坝下的隧道中，首次成功地测定了 岩体中的地应力 9 目前，地应力测点遍布全球，但大部分是浅部
二、地应力的室内测试方法
岩石声发射测量法
二、地应力的室内测试方法
岩石声发射测量法
二、地应力的室内测试方法
岩石声发射测量法
9 SH、Sh分别为最大、最小水平主应力； 9 S1、S2、S3分别为0°、45°、90°三个方向岩芯凯塞效应对应的应力值 9 α:系数 9 PP:地层孔隙压力
二、地应力的室内岩心测试技术
9 凯塞点：从很少产生声发射到大量产生声发射的转折点， 该点对应的应力即为材料先前受到的最大应力。
二、地应力的室内测试方法
岩石声发射测量法
根据岩石组成和构造特点，凯塞效应可分为4种类型： 9 群发型：以侵入的、矿物结晶良好、中粗粒的结晶岩为主， 以花岗岩为代表。组成这类岩石的矿物强度较高。 9 集发型：以浅层侵入及喷发岩为主，矿物结晶差异性大的玢 岩为代表。 9 突发型：以喷发岩为主，隐晶质结构，以致密玄武岩为代表。 9 散发型:以沉积成因为主的砂岩、砾岩等中等强度岩石为代表。
化规律复杂
σv 垂向应力
σΗ2 水平向最小主应力
σΗ1 水平向最 大主应力
二、高地应力
有些部位岩体地应力极高，对工程作业影响极大 高地应力标志主要有
9 地下工程活动，常产生岩爆、剥离、崩落 9 收敛变形大，使井眼等断面变小 9 软弱夹层内的物质被挤出，节理闭合 9 饼状岩心
三、影响天然应力的因素
差 应 变
凯 塞 效 应
速 各 向 异
性
现场获取技术
小 型 压 裂
井 壁 崩 落 法
井 璧 诱 导 缝
井点地应力状态:主应力方向和大小
二、地应力的室内岩心测试技术
岩石声发射测量法-凯塞效应
声发射：岩石受外载荷作用时，内部储存的应变能快速释 放并产生弹性波，发出声响的现象。
9 凯塞效应：1950年德国人凯塞发现多晶金属的应力从其 历史最高水平释放后，再重新加载，当应力未达到先前最 大应力值时，很少有声发射发生，而当应力达到和超过历 史最高水平后，则大量发生声发射的现象。
10、11为计数控制单元；12为压机油路压力传感器； 13为压力电信号转换仪器；14为函数记录仪
二、地应力的室内测试方法
岩石声发射测量法
二、地应力的室内测试方法
岩石声发射测量法
二、地应力的室内测试方法
岩石声发射测量法
二、地应力的室内测试方法
岩石声发射测量法
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二、地应力的室内测试方法
岩石声发缝
三、地应力的矿场获取方法
小型水力压裂
测定深部岩体应力，尤其最小水平主应力 的一种直接方法。
在需要测定应力的深度段用封隔器封闭隔 离，并用水压方法对被隔离井段井壁施加 压力，直至井壁岩石受拉破裂，最后根据 破裂压力、关井压力变化，确定岩体天然 主应力的大小。
封隔器
地面泵 裂缝
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三、地应力的矿场获取方法