[發明專利]一種水平應力測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201710047302.8
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106768580B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 孫東生;陳群策;李阿偉
• 申請（專利權）人: 孫東生
• 主分類號: G01L5/16
• 分類號: G01L5/16;G01N33/24
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 呂靜

1.一種水平應力測量方法，其特征在于，所述方法包括：

分別采集各個預設的監測位置在多個預設時刻對應的應變值；

統計每個監測位置對應的應變值在多個預設時刻出現的次數；

將出現次數最多的所述應變值確定為所述監測位置對應的滯彈性恢復應變值；

以及獲取待測量巖芯所在鉆井的鉆井參數，所述鉆井參數包括泥漿壓力、孔隙壓力和巖石力學參數；

以所述待測量巖芯的底面的中點作為原點，以過所述中點的兩條垂直線作為橫軸和縱軸，以過所述中點且垂直于所述橫軸和所述縱軸的軸線作為豎軸，建立坐標系；

確定各個所述監測位置與所述待測量巖芯的底面平行的切線相對于所述坐標系的橫軸和縱軸的方向余弦；

根據所述方向余弦確定所述滯彈性恢復應變值與所述待測量巖芯的水平應變分量之間的比例關系；

在每個監測位置上均設置一個應變計，通過每個監測位置上的應變計確定出每個監測位置對應的滯彈性恢復應變值，根據確定的所述滯彈性恢復應變值和所述比例關系，確定所述待測量巖芯的水平應變分量；

根據所述水平應變分量，通過公式(1)得到未知參數λ的兩個根λ₁和λ₂，將λ₁和λ₂中較大的一個根確定為待測量巖芯的水平最大應變值，將λ₁和λ₂中較小的一個根確定為待測量巖芯的水平最小應變值；

(ε'_x-λ)(ε'_y-λ)-ε'_xyε'_yx＝0 (1)

其中，ε′_x為X軸方向的應變分量，ε′_y為Y軸方向的應變分量，ε′_xy和ε′_yx均為剪應變，且ε′_xy和ε′_yx大小相等，但是正負號不一樣；

根據所述水平最大應變值和所述水平最小應變值，確定所述待測量巖芯的水平最大應力值與水平最小應力值的比值；

根據垂向應力和孔隙壓力，確定待測量巖芯的水平應力的第一范圍；

根據所述巖石力學參數、所述孔隙壓力、所述泥漿壓力和所述比值，確定待測量巖芯的水平應力的第二范圍；

確定所述水平應力的第一范圍與水平應力的第二范圍的交集；

將所述交集確定為待測量巖芯的水平應力的范圍。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述鉆井參數還包括：彈性模量、泊松比和熱膨脹系數；

所述巖石力學參數包括巖石的單軸抗壓強度或巖石的單軸抗拉強度。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述垂向應力和所述孔隙壓力，確定所述待測量巖芯的水平應力的第一范圍，包括：

根據所述垂向應力和所述孔隙壓力，通過公式(2)、(3)和(4)確定所述水平應力的第一范圍；

其中，在公式(2)、公式(3)和公式(4)中，S_V為所述待測量巖芯的在巖石中所處深度的垂向應力，P_P為所述待測量巖芯的孔隙壓力，σ_Hmax為所述待測量巖芯的水平最大應力，σ_hmin為所述待測量巖芯的水平最小應力，μ為摩擦系數。

4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據所述巖石力學參數、所述孔隙壓力、所述泥漿壓力和所述比值，確定所述待測量巖芯的水平應力的第二范圍，包括：

根據所述巖石的單軸抗拉強度或所述巖石的單軸抗壓強度，確定所述待測量巖芯的鉆孔周向應力的取值范圍；

根據所述鉆孔周向應力的取值范圍和所述比值，通過公式(5)和公式(6)確定所述待測量巖芯的水平應力的第二范圍；

其中，在公式(5)和公式(6)中，為所述鉆孔周向應力的最小值，為所述鉆孔周向應力的最大值，P_m為泥漿壓力，α_T為熱膨脹系數，ΔT為鉆井泥漿與鉆井的孔壁巖石的溫度差，E為彈性模量，ν為泊松比。