[发明专利]基于井下定向长钻孔水力压裂法的原岩应力测定方法

说明书

本发明公开了一种基于井下定向长钻孔水力压裂法的原岩应力测定方法，该方法借助于高分辨率的孔内摄像技术能够精准确定水力裂缝在孔壁产生的方向，还借助高性能的孔径地质雷达能够精准确定水力裂缝网在孔壁内侧扩展规模和方向，融合以上两者数据综合确定原岩地应力的方向。本发明在距离开挖区域(巷道)100m以上的地点开展三向地应力测试，能够完全避开开挖扰动应力对原岩应力的影响。

技术领域

本发明属于矿山工程/原岩应力测试技术领域，涉及一种基于井下定向长钻孔水力压裂法的原岩应力测定方法。

背景技术

现有水力压裂法地应力测试技术中地应力方向的确定方法，主要依据水力压裂诱导裂缝网产生和扩展的主方向与最大主应力方向平行来确定原位地应力的方向。而在实际操作过程中，大部分技术方法仅采用孔内摄像或者印模法来获得水力压裂在孔壁产生的裂缝所处的方向，并以此来确定地应力的方向。但是孔壁处产生的裂缝极有可能是由于靠近孔壁存在的微裂隙或压裂施工过程中的某种操作导致孔壁某处出现应力集中而产生了水力压裂裂缝。由于最大主应力诱导裂缝扩展的作用，裂缝网在孔壁内侧的扩展会逐渐偏向于最大主应力方向，但是采用传统的孔内摄像/窥视或印模法只能采集到孔壁上的裂缝分布，而无法精准获得主裂缝在孔壁内侧的扩展方向，从而造成了该项技术在地应力方向判断上的误差。

当前井下采用水力压裂法开展地应力测试多采用线性短钻孔(测试地点深度小于80m)，该项技术的不足之处是因测试地点距离开挖巷道较近(通常为30～50m)，该测试点的地应力有可能受到开挖扰动应力的影响，测得的原岩应力也已经发生改变，而导致测得的结果精准度欠佳。基于此，本发明专利提出了一种基于井下定向长钻孔水力压裂法的原岩应力测定方法。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于井下定向长钻孔水力压裂法的原岩应力测定方法，解决现有技术中水力裂缝网扩展方向的确定不够精准以及测试地点的原岩应力易受开挖扰动影响等问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种基于井下定向长钻孔水力压裂法的原岩应力测定方法，包括以下步骤：

步骤1：首先确定待测原岩应力区域，然后施工3个方向的定向长钻孔至待测原岩应力区域，确保每个方向的钻孔穿过待测原岩应力区域时的钻孔方位与待测地应力方向平行或垂直；

步骤2：分别使用高精度孔内摄像/窥视仪和孔径地质雷达设备在待测原岩应力区域的钻孔内采集钻孔壁面和内侧的裂缝网分布信息，然后选择钻孔壁面和内侧裂缝较少的区域作为原岩应力待测区域开展水力压裂原岩地应力测试；

步骤3：采用水力压裂钻杆把水力压裂工具串中的封隔器和引鞋工具推送到步骤2中选定的原岩应力待测区域，借助于水力压裂泵组开展水力压裂测试，开展一段时间之后停泵，待水压表下降至完全不再下降，然后开始重新起压，待压力恢复到之前峰值，然后停泵，以此循环至少3次，获得水压参数曲线，最后从钻孔中撤回水力压裂工具串；

步骤4：借助于串联的钢杆把高精度孔内摄像/窥视仪送入定向长钻孔内选定的原岩应力待测区域，重新采集钻孔壁面的裂缝分布；然后撤回高精度孔内摄像/窥视仪，再次借助钢杆把孔径地质雷达设备送入选定的原岩应力待测区域，重新采集孔壁内侧的裂缝网分布形态；

步骤5：根据两次高精度孔内摄像/窥视仪采集的结果进行对比，确定钻孔壁面因为水力压裂产生的裂缝网分布方位M；根据两次孔径地质雷达设备采集结果对比，确定孔壁内侧因水力压裂产生的裂缝网分布方位N；对方位M和方位N进行对比，若二者相同，则确定为主应力方向，若二者不同，则以方位N为主要依据；

步骤6：分析获得的钻孔内的水压参数曲线，确定该钻孔内水力压裂区域地应力的大小，且该钻孔作为钻孔A；

步骤7：重复步骤2～步骤5，开展测试定向钻孔B和C，最终获得钻孔B和C孔中的地应力大小和方向，至此完成该待测区域内的三向地应力测试；