4章 地应力计算

第4章油田地应力测量和计算本章内容提要14.1地应力成因4.2

原地应力状态与应力张量4.4地应力分布规律324.3

地应力测量技术与测量方法44.5地应力计算模式与参数的确定5一、地应力的概念原地应力：地层岩石未经人工开挖或扰动以前的天然应力。构造应力：地壳中长期存在着一种促使构造运动发生和发展的内在力，我们称其为构造应力。重力应力：地壳上部各种岩体由于受地心引力的作用所引起的应力称为重力应力或上覆岩层压力。构造应力原始构造应力残余构造应力现代构造应力4.1

地应力成因4.1

地应力成因二、地应力的主要成因主要成因

大陆板块边界受挤压引起的应力场地幔热对流引起的应力场地心引力引起的应力场岩浆侵入引起的应力场地温梯度引起的应力场地表剥蚀引起的应力场二、地应力分类

总分类依据分类定义地质年代古地应力泛指燕山运动前，或某一地质时期以前的地应力现地应力目前变化或正在变化的应力成因原地应力重力上覆岩层重力引起的地应力分量（或产生）的应力构造应力由构造运动产生的变形形成的各种构造行迹等热应力由温度变化在岩体内部引起的内应力增量扰动应力由于地表地下开采引起原地应力改变所产生的应力应力方向垂向主应力由重力应力构成、基本上呈垂直向的主应力水平主应力由地壳中岩石侧向应力和水平构造应力构成、基本上呈水平向的主应力4.1

地应力成因4.2

原地应力应力状态及应力张量一、原地应力的基本构成

上覆岩层压力

构造应力温度产生的附加应力

二、地下岩石某点的应力状态和应力张量的分解应力状态矢量表达形式1、地下岩体某点处的应力状态4.2

原地应力应力状态及应力张量二、地下岩石某点的应力状态和应力张量的分解2、应力空间斜截面上的应力状态和主应力

4.2

原地应力应力状态及应力张量4.3地应力测量技术一、水力压裂

1.基本的假设条件水压致裂法地应力测量是以弹性力学为基础，以测量地点为依托，一般有以下三个假设条件为前提：（1）岩石是线性、均匀、各向同性的弹性体；（2）岩石是完整的、非渗透性的，岩石为多孔介质时，注入的流体符合达西定律；（3）岩石中有一个主应力是垂直的，其大小等于上覆围岩的压力，其他2个主应力是水平的。在上述理论和假设前提下，水压致裂的力学模型可简化为一个平面应变问题，如下图所示4.3地应力测量技术2.水力压裂试验曲线4.3地应力测量技术

Hr

r

r

h

Hri

h

HPp

v

h图4-8b井壁岩石应状态受力图P图4-8a井壁力学模型极坐标下的井眼围岩应力方程

3.井眼围岩力学方程

4.3地应力测量技术4.水力压裂试验地应力确定

从水力压裂曲线图上读出相应压力值后，用下式反算地应力优点：设备简单操作方便测值直观适应性强受到重视和推广缺陷：主应力方向不准5.水力压裂特点

4.3地应力测量技术4.4地应力分布规律和我国的分区特点一、地壳浅部地应力分布的主要规律1.地应力是一个具有相对稳定性的非稳定应力场，它是时间和空间的函数。2.垂直应力随深度的变化规律垂直应力随深度线性增加。平均密度约为27KN/m34.4地应力分布规律和我国的分区特点3.水平应力普遍大于垂直应力4.平均水平应力与垂直应力之比随深度增加而减小，且趋近于15.最大水平主应力与最小水平主应力随深度增加线性增长6.最大水平主应力与最小水平主应力之差随深度增加而增大4.4地应力分布规律和我国的分区特点7.地形、地表剥蚀对地应力影响+++++++++++++++++地形起伏a.水平应力向负地形集中，向正地形释放b.在斜坡附近，应力方向发生偏转（1）地形起伏4.4地应力分布规律和我国的分区特点(2)地表剥蚀原地面现地面··剥蚀4.4地应力分布规律和我国的分区特点二、我国地应力分布规律1、分区性以东经100～105o为界分东西两区。强度上：西强东弱（西高东低）方向上：西：NNE-SSW为主，东：近E-W。4.4地应力分布规律和我国的分区特点西南：印度板块向NNE挤压（5mm/a）东：太平洋板块向W俯冲（1cm/a）南：菲律宾板块向N俯冲北：西伯利亚板块阻挡

1迹线：N-NE-SSE2.中国板块处在四大板块环绕中，它们碰撞挤压，形成了中国大陆岩体中的天然应力。4.4地应力分布规律和我国的分区特点4.5地应力计算模式1.以单轴应变为