[發明專利]一種修正的原生裂隙水壓致裂原地應力測量方法

有效

• 申請號: 201511009810.4
• 申請日: 2015-12-30
• 公開（公告）號: CN105716780B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 王成虎
• 申請（專利權）人: 中國地震局地殼應力研究所
• 主分類號: G01L11/00
• 分類號: G01L11/00;G01N3/12
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司11279
• 代理人: 蔣常雪

技術領域

本發明屬于地質結構勘探測量技術領域，具體涉及一種修正的原生裂隙水壓致裂原地應力測量方法。

背景技術

水壓致裂(Hydraulic Fracturing，可簡寫為HF)原地應力測量方法是目前重要的地應力測量技術之一^[1-2]。該方法是1987年和2003年國際巖石力學學會測試方法委員會頒布的確定巖石應力建議方法中所推薦的方法之一^[3]。雖然水壓致裂原地應力測量方法有眾多優點^[1-2]，但是這種方法還是有一些無法避免的局限性。例如：測試段巖體的抗拉強度確定問題^[4-5]；破裂壓力可能與誘發裂縫的起裂并不對應^[6]；水壓致裂誘發裂縫與最小水平主應力并不垂直，而這可由鉆孔方位或者巖體的不均勻性和各向異性所導致^[7-8]。

為了解決水壓致裂原地應力測量方法存在的上述問題，Cornet和Valette在1984年提出了利用原生裂隙的注水測試來確定原地應力的方法^[9-11]。在第一屆國際巖石應力研討會上，Cornet正式將他所提出的這種方法命名為HTPF法(國內翻譯為原生裂隙水壓致裂法)^[12]。隨后，多位科學家開展了HTPF法現場推廣應用以及與經典水壓致裂原地應力測量方法的對比研究，但是應用效果各有不同^[13-14]。后來，Mosnier和Cornet聯合研發了能同時進行井壁電阻率圖像錄井和水壓致裂測試的專用設備，大大提高了HTPF法測試的可靠性^[15]。1992年，Cornet和Burlet對HTPF法在法國8個不同測試地點的應用效果進行了全面總結，給出了推廣應用HTPF法時所應該注意的要點和建議，以及應該采取的應對措施，為其它科學家開展類似測試提供了很好的參考實例，但是在理論方面并沒有任何變化^[16]。隨后，Cornet等在1997年為了解決一個山區中深埋隧道節理化巖體和斜孔中應力測量的問題，在HTPF法基礎上，重新優化了應力場反演的算法，提出聯合使用遺傳算法和蒙特卡洛方法來反演應力場，利用不同深度上的原生裂隙HTPF法測試的結果反演得到了鉆孔900m深度處的應力狀態，并與鉆孔崩落得到的應力場方向進行了對比，實踐證明應用效果較好^[17]。與此同時，Hayashi等1997年在地下礦山中利用兩個水平孔中所揭露的原生裂隙，結合水壓致裂誘發裂縫反演確定了原地應力狀態，所依據的原理及采用的測試設備和流程與HTPF法類似，但是算法是針對這個特定的工程而設定的，所以與HTPF法略有不同^[18]。2003年，Cornet等人研發了全新的HTPF法測試設備，這種設備可以實時記錄水壓致裂測地應力測試過程中的井壁電阻率圖像，為評價測試過程中的裂縫水力學響應提供了可能；同時他們還提出了聯合使用HF法和HTPF法測試結果來確定區域應力場的方法^[19]。同年，Haimson和Cornet聯合撰文將HF法和HTPF法納入國際巖石力學學會所推薦的主要巖石應力測試方法^[3]，這標志著HTPF法已作為一種成熟的方法被國際同行所認可。

在國內，一般稱HTPF法為單孔三維水壓致裂法(也稱之為原生裂隙水壓致裂法)，陳群策、安美建和劉允芳等人推導了利用原生節理面進行原地應力測量的力學公式，文獻^[22]中提出利用最小二乘法來進行應力狀態反演，并在國內的幾個水利工程中進行了成功應用^[21-22]。2001年尹健民等提出聯合使用原生裂隙和經典水壓致裂原地應力測量方法來確定原地應力場的方法，并在宣恩洞坪水利水電樞紐工程中進行了應用^[23]，并且與三孔交匯的三維水壓致裂原地應力測量法進行了對比分析。2006年劉允芳等人在深圳抽水蓄能電站開展了類似水壓致裂法三維地應力測量和分析工作^[24]。這一階段國內學者的工作主要停留在原生裂隙水壓致裂法的推廣應用上，對方法本身和測試過程中應注意的主要技術細節介紹并不多。

2007年至2009年，劉亞群和景鋒等人針對應力梯度對測量結果的影響進行了系統研究，提出使用原生裂隙水壓致裂法時，當原生裂隙間垂直距離超過50m時，需要考慮應力梯度的影響^[25-26]。