[发明专利]钻井局部壁面应力全解除法

说明书

技术背景：本发明涉及的是一种应力全解除法，特别是一种钻井局部壁面应力全解除法，属于岩土工程领域。

背景技术：地应力测量是重大建设工程中十分重要的一个问题，以地下工程为例，正确测定岩体的地应力，是正确和合理计算地下工程开挖荷载的依据，因此地应力测量十分重要。经对现有技术的检索发现：作者刘允芳等著的“岩体地应力与工程建设”，湖北科学技术出版社，2000年9月第一版，P47-P175，该书对目前国内外在钻井中直接测定地应力的方法归纳为：1、在钻孔孔底采用套钻技术的应力解除法；2、在钻孔某一孔段施加高压液体的水压致裂法。第一种方法是在钻孔孔底沿钻孔轴线钻一小孔(尺度约数十厘米)，把测量装置下入小孔中(有许多不同类型的装置)，然后继续向下沿钻孔进行套芯钻，通过卸除孔底岩芯围限应力，根据测量设备的测量记录和岩芯变形模量可以算出二维和三维地应力的主应力值和方向。该方法存在不足，如：钻孔较深时断芯问题难予解决，只能在不深的钻孔中应用。水压致裂法的原理是在钻孔的某区段内封隔一段钻孔，然后泵入高压液体对这段钻孔施压把孔壁岩石压裂。根据压力过程线上的各种特征值算出地应力。此方法也有缺陷，分析方法基于一个基本假定—即地应力的某主应力方向平行钻孔轴线，当钻孔为垂直孔时该主应力的量值等于γh(γ-岩石容量，h-上覆岩层厚度)，这一基于有缺陷的假定严重影响了测定结果的合理性。

发明内容和具体实施方式：为了改进在钻井中测定地应力的方法，克服前述的两类方法的不足与缺陷，本发明提出一种钻井局部壁面应力全解除法，该方法既可以用在较浅的钻孔中，也可用在很深的钻孔中，还可以应用于竖井及斜井的地应力测定。

地壳不同部位的岩体都含有地应力场信息，钻井壁壁面也同样存在着地应力场信息。在同一钻井中的很小区段内对井壁的几个局部壁面进行测量，把这些局部壁面的应力状态测量出来就可推断出围岩地应力的三个主应力的量值和方向。

对井壁壁面记录下解除负荷前、后的壁面应变状态，对岩石的卸载作为一个弹性过程，通过岩石的弹性模量可得出地应力三个主应力量值和三个方向，必须对井壁上邻近的几个局部壁面进行应力全解除。邻近的几个局部壁面为相互间距在井壁局部表面直径的5倍左右的距离，而且方位各异，将测读出的这几个局部壁面的应变量的变化情况组合在一起，获得地应力的量值。

以下进一步对本发明具体描述：在井壁局部表面，向井壁岩体深部切割一个环绕井壁局部表面的环形槽，切槽深度为局部表面直径的1.5倍左右。这样该井壁局部表面上的各项应变通过环形槽的切割将逐步减少到零，因此井壁的局部壁面上应力将全部解除。如果在井壁局部表面上粘贴有传感器，设由三个不同方向的电阻应变片组成的电阻应变片花，那么只要有三个不同方位的邻近的局部井壁壁面应力全解除的结果就可以通过矛盾方程组求解获得。建立井壁围岩的应力集中问题和钻孔座标系与地应力场座标系的关系，就可推导出钻井在该区段围岩的地应力场的三个主应力的方向和量值。

本发明具有实质特点和显著进步，首先是不需要套钻，不受钻井深度的限制，完全避免了套钻应力解除法的断芯问题，再则不需要作某一主应力方向和量值的假定，从根本上克服了水压致裂法中的重大弊病。本发明可应用在浅钻孔和深钻孔，还可应用于竖井和斜井。