一種測(cè)量地應(yīng)力的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于油氣田勘探開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種用于評(píng)價(jià)巖巧所處應(yīng)力狀態(tài) 的測(cè)量地應(yīng)力的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 地應(yīng)力是控制油氣富集區(qū)分布、水力壓裂裂縫擴(kuò)展、儲(chǔ)集層裂縫分布、油井套管破 壞等重要因素之一，是油氣田開發(fā)方案的制定及油井工程設(shè)計(jì)必不可缺的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因此 地應(yīng)力研究在油氣勘探開發(fā)中有著十分重要的意義。
[0003]評(píng)價(jià)巖巧應(yīng)力狀態(tài)最直接可靠的方法是地應(yīng)力測(cè)量。差應(yīng)變分析法是常見的室內(nèi) 巖巧測(cè)量方法，該法在國(guó)內(nèi)外眾多地應(yīng)力測(cè)量應(yīng)用中取得了良好的效果，是一種很有前途 的地應(yīng)力測(cè)量方法。
[0004]差應(yīng)變分析法的基本原理是；巖巧在地層深處由于地應(yīng)力的存在而處于壓縮狀 態(tài)，其含有的天然裂縫也處于閉合狀態(tài)。將巖巧取出至地面時(shí)，巖巧脫離地應(yīng)力作用環(huán)境產(chǎn) 生彈性應(yīng)力釋放。由于S向應(yīng)力的數(shù)值不等，伴隨地應(yīng)力的釋放，產(chǎn)生了與卸載程度成比例 的應(yīng)變，所述應(yīng)變和巖巧所處的地應(yīng)力場(chǎng)有關(guān)，是地下應(yīng)力場(chǎng)的反映。在=維圍壓的應(yīng)力條 件下，對(duì)鉆取出來的巖巧進(jìn)行恢復(fù)性的加載，不同方向的恢復(fù)應(yīng)變也不同，在原始應(yīng)力最大 的方向應(yīng)變值最大，在原始應(yīng)力最小的方向應(yīng)變值最小。通過測(cè)量得到模擬地層條件下巖 巧各方向的應(yīng)變，就可知道巖巧在地層中所受的應(yīng)力狀態(tài)。
[0005] 請(qǐng)參見圖1。對(duì)于常規(guī)差應(yīng)變分析法，所需實(shí)驗(yàn)巖巧至少要有3個(gè)彼此相交的平 面，每個(gè)平面上至少要粘貼3個(gè)應(yīng)變片，其中2個(gè)應(yīng)變片與實(shí)驗(yàn)巖巧的棱邊平行，第3個(gè)應(yīng) 變片位于前2個(gè)應(yīng)變片的角平分線上，與前2個(gè)應(yīng)變片的夾角均為45°。
[0006] 實(shí)驗(yàn)巖巧經(jīng)密封后，放入壓力艙中施加圍壓進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由應(yīng)變測(cè)量可W得到9個(gè) 應(yīng)變片的應(yīng)變值ei(i= 1，2, '''g)，根據(jù)得到的應(yīng)變值ei(i= 1，2, '''g)，利用公式（1)計(jì) 算，得到可W用于描述巖巧的應(yīng)變狀態(tài)的六個(gè)應(yīng)變分量：
[0007]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種測(cè)量地應(yīng)力的方法，其特征在于，包括如下步驟： 制備待測(cè)量的巖芯試樣，所述巖芯試樣具有至少三個(gè)互相相交的平面； 對(duì)所述巖芯試樣施加圍壓，使其發(fā)生變形； 采集巖芯試樣的應(yīng)變值，采集的應(yīng)變值包括三個(gè)平面上的正應(yīng)變，以及沿兩兩相交平 面的角平分線方向的應(yīng)變； 利用采集的應(yīng)變值，計(jì)算得到巖芯試樣的地應(yīng)力。
2. 如權(quán)利要求1所述的測(cè)量地應(yīng)力的方法，其特征在于：利用采集的應(yīng)變值，得到描述 巖芯試樣應(yīng)變狀態(tài)的應(yīng)變分量的步驟是： 分解沿兩相交平面的角平分線方向的應(yīng)變，分解的方向是兩相交平面的切向方向； 對(duì)至少三個(gè)互相相交平面的角平分線方向的應(yīng)變進(jìn)行分解，得到三個(gè)互相相交平面的 切應(yīng)變； 利用已經(jīng)采集到的該至少三個(gè)互相相交平面的正應(yīng)變，得到描述巖芯試樣應(yīng)變狀態(tài)的 應(yīng)變分量。
3. 如權(quán)利要求1所述的測(cè)量地應(yīng)力的方法，其特征在于：采集的沿兩相交平面的角平 分線方向的應(yīng)變包括：沿兩相交平面的夾角范圍內(nèi)的任一方向應(yīng)變。
4. 一種測(cè)量地應(yīng)力的系統(tǒng)，其特征在于，包括： 持樣模塊，所述持樣模塊包括用于放置待測(cè)量的巖芯試樣的底座，所述巖芯試樣具有 至少三個(gè)互相相交的第一平面，第二平面和第三平面，第一平面與第二平面、第三平面共有 的棱邊分別為第一棱邊和第二棱邊，第二平面與第三平面共有的棱邊為第三棱邊； 圍壓模塊，所述圍壓模塊能對(duì)所述巖芯試樣施加圍壓； 應(yīng)變采集模塊，所述應(yīng)變采集模塊包括： 第一位移傳感器、第二位移傳感器和第三位移傳感器，所述第一位移傳感器、第二位移 傳感器和第三位移傳感器的接觸端能分別與所述第一平面、第二平面和第三平面接觸； 第四位移傳感器、第五位移傳感器和第六位移傳感器，所述第四位移傳感器、第五位移 傳感器和第六位移傳感器的接觸端能分別與所述第一棱邊、第二棱邊和第三棱邊接觸； 應(yīng)變處理模塊，所述應(yīng)變處理模塊能對(duì)采集的應(yīng)變進(jìn)行處理。
5. 如權(quán)利要求4所述的地應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于包括固定模塊，所述固定模塊包 括： 固設(shè)于所述底座上的第一固定臂，所述第一位移傳感器、第二位移傳感器和第四位移 傳感器固設(shè)在所述第一固定臂上； 固設(shè)于所述底座上的第二固定臂，所述第三位移傳感器固設(shè)在所述第二固定臂上； 固設(shè)于所述底座上的第三固定臂，所述第五位移傳感器和第六位移傳感器固設(shè)在所述 第三固定臂上。
6. 如權(quán)利要求5所述的地應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述底座具有相互垂直的第一 方向和第二方向，以及與所述第一方向和第二方向之間均成45°角的第三方向，且這三個(gè) 方向在所述底座的同一個(gè)底座平面上； 所述第一固定臂沿第一方向固設(shè)于所述底座平面上，所述的第二固定臂沿第二方向固 設(shè)于所述底座平面上，所述的第三固定臂沿第三方向固設(shè)于所述底座平面上。
7. 如權(quán)利要求6所述的地應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于包括：沿第一方向固設(shè)于所述底 座平面上的第四固定臂，所述第四固定臂上能固設(shè)三個(gè)位移傳感器，所述第四固定臂上固 設(shè)的三個(gè)位移傳感器的其中兩個(gè)位移傳感器的接觸端能分別與所述巖芯試樣的兩個(gè)平面 接觸，且這兩個(gè)平面分別與所述第一平面和第二平面相對(duì)，所述的三個(gè)位移傳感器的另一 個(gè)的接觸端與這兩個(gè)平面之間共有的棱邊接觸，該共有的棱邊與所述第一棱邊相對(duì)。
8. 如權(quán)利要求7所述的地應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于包括：沿第二方向固設(shè)于所述底 座平面上的第五固定臂，所述第五固定臂上能固設(shè)一個(gè)位移傳感器，所述第五固定臂上固 設(shè)的一個(gè)位移傳感器的接觸端能與所述巖芯試樣的一個(gè)平面接觸，該平面與所述第三平面 相對(duì)。
9. 如權(quán)利要求7或8所述的地應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于包括：沿第三方向固設(shè)于所 述底座平面上的第六固定臂，所述第六固定臂上能固設(shè)兩個(gè)位移傳感器，所述第六固定臂 上固設(shè)的該兩個(gè)位移傳感器的接觸端能分別與所述巖芯試樣的兩條相交的棱邊接觸，所述 的兩條相交的棱邊所確定的平面與所述第三平面相對(duì)。
10. 如權(quán)利要求9所述的地應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述持樣模塊包括支撐臺(tái)，所 述支撐臺(tái)固設(shè)于所述底座平面，所述支撐臺(tái)用于放置并支撐所述巖芯試樣。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測(cè)量地應(yīng)力的方法，通過采集包括三個(gè)平面上的正應(yīng)變，以及沿兩兩相交平面的角平分線方向的應(yīng)變，根據(jù)切應(yīng)變互等定理，確定描述巖芯試樣應(yīng)變狀態(tài)的應(yīng)力分量。本發(fā)明還提供一種測(cè)量地應(yīng)力系統(tǒng)，通過與巖芯試樣的平面接觸的位移傳感器來測(cè)量得到該平面上的正應(yīng)變，與巖芯試樣的棱邊接觸的位移傳感器來測(cè)量得到共有該棱邊的兩個(gè)相交平面上的應(yīng)變，分解該應(yīng)變得到相交平面上的切應(yīng)變，從而方便地得到描述巖芯試樣的應(yīng)變狀態(tài)的六個(gè)應(yīng)變分量；且避免粘貼應(yīng)變片可能造成的角度偏差和應(yīng)變片與巖芯試樣之間的氣泡，因而大大的提高了測(cè)量的精度。
【IPC分類】G01L5-00, G01N19-00
【公開號(hào)】CN104864994
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510161863
【發(fā)明人】沈露禾, 劉建東
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油天然氣股份有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年4月7日