4章 地應(yīng)力計算

第4章油田地應(yīng)力測量和計算本章內(nèi)容提要14.1地應(yīng)力成因4.2

原地應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)力張量4.4地應(yīng)力分布規(guī)律324.3

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

地應(yīng)力成因4.1

地應(yīng)力成因二、地應(yīng)力的主要成因主要成因

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

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

地應(yīng)力成因4.2

原地應(yīng)力應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力張量一、原地應(yīng)力的基本構(gòu)成

上覆巖層壓力

構(gòu)造應(yīng)力溫度產(chǎn)生的附加應(yīng)力

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

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

4.2

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

1.基本的假設(shè)條件水壓致裂法地應(yīng)力測量是以彈性力學(xué)為基礎(chǔ)，以測量地點(diǎn)為依托，一般有以下三個假設(shè)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(dá)西定律；（3）巖石中有一個主應(yīng)力是垂直的，其大小等于上覆圍巖的壓力，其他2個主應(yīng)力是水平的。在上述理論和假設(shè)前提下，水壓致裂的力學(xué)模型可簡化為一個平面應(yīng)變問題，如下圖所示4.3地應(yīng)力測量技術(shù)2.水力壓裂試驗(yàn)曲線4.3地應(yīng)力測量技術(shù)

Hr

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

3.井眼圍巖力學(xué)方程

4.3地應(yīng)力測量技術(shù)4.水力壓裂試驗(yàn)地應(yīng)力確定

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

4.3地應(yīng)力測量技術(shù)4.4地應(yīng)力分布規(guī)律和我國的分區(qū)特點(diǎn)一、地殼淺部地應(yīng)力分布的主要規(guī)律1.地應(yīng)力是一個具有相對穩(wěn)定性的非穩(wěn)定應(yīng)力場，它是時間和空間的函數(shù)。2.垂直應(yīng)力隨深度的變化規(guī)律垂直應(yīng)力隨深度線性增加。平均密度約為27KN/m34.4地應(yīng)力分布規(guī)律和我國的分區(qū)特點(diǎn)3.水平應(yīng)力普遍大于垂直應(yīng)力4.平均水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力之比隨深度增加而減小，且趨近于15.最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力隨深度增加線性增長6.最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力之差隨深度增加而增大4.4地應(yīng)力分布規(guī)律和我國的分區(qū)特點(diǎn)7.地形、地表剝蝕對地應(yīng)力影響+++++++++++++++++地形起伏a.水平應(yīng)力向負(fù)地形集中，向正地形釋放b.在斜坡附近，應(yīng)力方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)（1）地形起伏4.4地應(yīng)力分布規(guī)律和我國的分區(qū)特點(diǎn)(2)地表剝蝕原地面現(xiàn)地面··剝蝕4.4地應(yīng)力分布規(guī)律和我國的分區(qū)特點(diǎn)二、我國地應(yīng)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(qiáng)度上：西強(qiáng)東弱（西高東低）方向上：西：NNE-SSW為主，東：近E-W。4.4地應(yīng)力分布規(guī)律和我國的分區(qū)特點(diǎn)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(yīng)力。4.4地應(yīng)力分布規(guī)律和我國的分區(qū)特點(diǎn)4.5地應(yīng)力計算模式1.以單軸應(yīng)變?yōu)?/p>