地应力测定方法

地应力测量方法

目前，我所地应力测量主要采用四种方法进行，分别为基于钻孔的深孔套芯解除法、深孔水压致裂法和基于岩芯的差应变法、滞弹性恢复法。其中套芯法测试精度最高，水压致裂法次之，但套芯法测试周期长，建议根据项目需求选择合适地段进行测试。几种测试方法可以联合使用，综合比对各种方法的测试结果，最终确定测试钻孔的地应力状态及规律。

一、实验参数

① 深孔套芯解除法

应变、弹性模量

② 深孔水压致裂法

应力

③ 岩芯的差应变法

声波波速、应力

④ 岩芯的滞弹性恢复法

应变、时间

二、实验仪器设备及技术参数

① 深孔套芯解除法

2006型-深孔套芯地应力测量仪是中国地质科学院地质力学研究所研制的深孔专用地应力测量仪（实物见图2和图3），包括井下专用空心包体探头和井下应变记录仪，另外还有配套的井下专用安装工具，在青藏铁路沿线、南水北调西线和西气东输等国家重大工程中得到应用。

图2 中国地质科学院地质力学研究所2006型-深孔套芯地应力测量仪

a b

c

图3 井下应变记录仪（深孔型外壳为无磁不锈钢）

a.井下应变记录仪操作面板；b.36Ф全应力测量探头;c. 井下应变记录仪分解图

KB-2006-J型井下专用空心包体探头，是我所获地质部科技成果一等奖的KX－81型空心包体全应力计的基础上改进发展的全应力测量探头，12个120Ω箔式应变片（三组90°、0°、±45°应变花，呈径向120°排列），一次测量即可获得该点的三维应力。水下胶为丙烯酸树脂或可水下低温固化的双组份环氧树脂两种，下井前配好，适应期2小时。

KB-12-J型深孔应变仪是超小型智能化数字仪器，是我所研制的钻孔专用定时记录式微型应变仪，采用目前最先进的msc1200微处理器芯片和Flash存贮器及独立知识产权的电子开关技术研制开发的技术先进、方便实用的智能数字应变仪。主要特点是：①外壳采用高强度不锈钢和高强度钢化玻璃视窗，端面密封圈防水结构耐静水压40MPa；②独立微功耗电子定时器，可按事先设定的时间定时启动主机，一次充电可在井下定时待机数月，连续采集工作时间＞20小时；③1秒～12小时采集控制时间间隔；④RS232C接口可以实现事后通讯，事后回访主机为PC机或笔记本电脑，简明快捷的人机对话窗口，利用主机或PC双向设置控制；⑤理想实用的PC处理软件--多点曲线实时显示同时生成数据文件，σ-ε曲线自动生成。除此之外为满足不同用户需要还设计了功能丰富的隐含菜单。

第19卷第3期重庆科技学院学报（自然科学版)2017年6月

盐穴储气库地应力测试新方法

闰凤林翁小红李祥杨海军李建君王晓刚

(中国石油西气东输管道公司储气库项目部，江苏镇江212000)

摘要：阐述了水压致裂法测试地应力的原理及测试过程，并对测试数据进行了分析。该方法具有测试过程简单、

用时少、经济性好等优点，并且能够准确可靠地获得盐岩层水平最小主应力，为盐穴储气库计算库容规模、工作气量

以及安全运行提供了关键的地质参数。

关键词:水压致裂；最小水平主应力；盐穴储气库；测试方法中图分类号:TE972 文献标识码:A

水平最小主应力是盐穴储气库建设过程中的重

要参数，其值的大小决定储气库运行的上限压力，进

而决定储气库工作气量和库容。目前，在盐穴储气

库中广泛应用的地应力测试方法是破裂压力法，认

为破裂压力即为测试层位的水平最小主应力，但地

层的破裂压力受到近井筒周围的应力集中、地层破

坏、注水速率、流体黏度等因素的影响，通常会大于

水平最小主应力。基于目前测试方法无法获得准确

的地层水平最小主应力，研究采用水压致裂法进行

地应力测试，认为破裂闭合压力是地层真实的水平

最小主应力。

1水压致裂法测量地应力的原理

水压致裂法测量地应力具有许多独特的优点，

在岩体工程、石油钻探以及地震研究等领域应用广

泛[1]，该方法被认为是目前最有效、最可靠的深层

地应力测试方法。其测试原理是:在竖直钻孔内封

隔一段，通过小体积、高压流体注入，在测试层位产

生一条张性裂缝并将该裂缝扩展到远离井筒影响范

围的原始地层中，然后停止流体注入，裂缝将随压力

下降而闭合;通过地质力学与瞬态渗流的理论方法

分析压降曲线，计算破裂闭合压力，该压力通常等效

于地层的最小主应力。测试过程中特征压力曲线示

意图如图1所示。

2测试仪器与设备

水压致裂法测试地应力需要地表压力系统、地文章编号：1673 -1980(2017)03 -0063 -03

表压裂控制系统、地表数据采集系统和井下封隔器

地应力与地应力测量方法简介

地应力，又称原岩应力，也称岩体初始应力或绝对应力，是在漫长的地质年代里，由于地质构造运动等原因产生的。在一定时间和一定地区内，地壳中的应力状态是各种起源应力的总和。主要由重力应力、构造应力、孔隙压力、热应力和残余应力等耦合而成,重力应力和构造应力是地应力的主要来源。地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其他物理化学变化等也可引起相应的应力场。而重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因，其中尤以水平方向的构造运动对地应力的形成影响最大。

地应力测量，就是确定拟开挖岩体及其周围区域的未受扰动的三维应力状态，这种测量通常是通过多个点的量测来完成的。地应力测量是确定工程岩体力学属性、进行围岩稳定性分析、实现岩土工程开挖设计和决策科学化的前提。地应力对矿山开采、地下工程和能源开发等生产实践均起着至关重要的作用，所以地应力研究是当前国际采矿界上的一个前沿性课题，近几十年来，世界上许多国家均开展了地应力的测量及应用研究工作,取得了众多的成果。

随着矿区开采现代化进程的不断提高和开采深度的不断增加，对矿区所处的地质条件和应力环境提出了更进一步的要求。查明矿区深部煤炭资源的开采地质条件和应力环境，为深部矿井的设计、建设和生产提供更加精细可靠的地质资料和数据，以便采取有效技术手段和措施，避免和减少灾害的发生，是实现矿井安全高效生产的重要保障。

地应力是引起采矿工程围岩、支架变形和破坏、产生矿井动力现象的根本作用力，在诸多的影响采矿工程稳定性因素中，地应力是最重要和最根本的因素之一。准确的地应力资料是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析和计算，矿井动力现象区域预测，实现采矿决策和设计科学化的必要前提条件。

采矿规模的不断扩大和开采深度的纵深发展，地应力的影响越加严重，不考虑地应力的影响进行设计和施工往往造成露天边坡的失稳、地下巷道和采场的坍塌破坏、冲击地压等矿井动力现象的发生，致使矿井生产无法进行，并经常引起

地应力平衡方法：

第一步：建立模型，材料，分析步（GEOSTATIC）

第二步：施加荷载，LOAD，选择施加重力GRAVITY，在你想施加重力的方向输入数值9.8SimWe

第三步：在命令行中输入mdb.models['模型名字'].setValues(noPartsInputFile=ON) (请严格按照这个格式，注意大小写的字母)仿

第四步：提交J0B，完成后

第五步：按以下步骤,[Module]Visualization-Report---Report Field Output---下拉菜单里面选择

centriod，然后依次把s11、s22、s33、s12、s13、s23点选上，setup页面选择报告文件的名字---***.txt---Write中选择Field Output-------------ok!!!

第六步：

先打开excel，在excel中打开***.txt，选择“分隔符号”—选择“导入的起始行”---点下一步-----在出来的界面上点“完成”------保存为CSV逗号分隔文件***.csv（文件内容格式如下）

单元号 S11 S22 S33 S12 S13 S23 （请注意，在保存内容中没有这一行的）

1 , . , . , . , . , . ,

2 , . , . , . , . , . ,

. , . , . , . , . , . ,

. , . , . , . , . , . ,

这个结果文件是最重要的，在所保存的文件中只有数值部分，没有英文字母，没有上面那个“单元号”这一行，而且单元号前面也没有什么PART名字什么的，就是1，2........这些这些数字这些数字。在CSV文件中，数字本身是用逗号隔开的，不需要另加逗号。