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根据井眼破裂迹线确定地层应力方向
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,.. 著谢葵译
摘要根据诱发的井筒玻裂迹线数据可以估算地下应力的方向。寿此,本文推出
一个数学模型, 并介绍几个应用蜜例。其中最重要的是确定诱发裂缝轴向
延伸与井轴成什幺南度。应用模型的主要结果是确定各个地下主应力的朝向。
与井眼呈某一角度起裂, 但被限制在一个锟窄
一
、引言
的范围内, 因而是沿井轴方向的一种不规则起
地下应力场可能是岩石力学研究中最重要裂。
的一个因素。认识地下应力场我们就能应用力井轴与破裂迹线间的夹角用日表示见图
学原理分析许多井下问题,如井塌、井漏、断,它与井眼相对于地下应力场的方向有关。
裂和出砂等。而且,地层压裂也需要了解地下因此,测量日, 可以得到地下应力场的真实方
应力场。
测量地下应力一直是一项非常困难的工
作。为此,许多石油公司使用了一些新兴技术,
如滞弹性应变恢复法, 小型压裂测试等等。最
近,提出一种根据井眼破裂数据来预
澳地下应力场大小的方法。等人曾提
出过一种确定最小地下应力大小和方向的有意
义的方法。他们是应用小型压裂澳试,求得最
小地下应力值, 然后,通过自井底定向取心,
了解裂缝的深度和方向。等人研究的
一个重要发现是页岩的最小地下应力并非象人
们通常认为的那样总是高于砂岩。
可能除等人的方法外,上述各
种方法都很难预测地下应力的实际方向。最常
见的做法是,假设有一个与上覆岩层应力相等
的垂直主应力和两个水平主应力。尽管这种假
设在浅地层可能是正确的, 但在深都地层就很
值得怀疑。相反, 由于深都地层受地质作用
如盐丘侵入或板块构造运葫的影响,可能
没有垂直主应力。
指出, 不管井眼方向如何, 裂缝
通常总是沿着井轴方向起裂, 如图所示,这圈裂冀形态与地下主应力的关纛
是由予钻井过程中引起的应力集中效应昕致。地下应力与井轴正交和一致
恒有时也会出现填斜, 如图所示。虽然裂缝地下应力与井轴不正交也不一致
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第期根据井眼破裂迹线确定地层应力方向
另一个与地理方向有关。这些坐标系见图。
在一个坐标系中任意选定了一个井筒方向,并
在其中任意选定轴朝北。地下应力场的坐标
系也用同样方式表示。
、水力破裂机理
钻井时,在井眼周围会产生应力集中现象。
除了剪应力外,在井壁上新的应力场可以用径
向、切向和轴向应力分量来表示。证实,
井眼周围应力场的性质, 将使诱发的水力裂缝
主要沿井轴方向延伸。本文将对此作重点论述。
图说明这种轴向裂缝,饨下主虚力场的
方向与井轴正交和平行。在这种情况下,井筒
压力、切向应力和轴向应力都成为作用于井壁
上的主应力。但如果地下应力场的方向不是
井轴正交或平行, 剪切作用将会使井眼主应
重新定向。此对切向应力就不再是主应力,
是偏移了一个小的角度。
这样的思路可用图进一步说明。井眼最
大主应力等于水力压裂时的井筒压力。由于
它是液体传输静液不传输剪应力,因而垂
直作用在井壁上。图相当于图的情况, 其
中最小主应力等于周向应力讶向应力。
在图中, 地下主应