【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于地应力测量，具体属于一种水力压裂测地应力的计算方法。
技术介绍
1、水力压裂法(hydrofracturing method)又称水压致裂法。一种绝对地应力测量方法。测量时首先取一段基岩裸露的钻孔，用封隔器将上下两端密封起来；然后注入液体，加压直到孔壁破裂，并记录压力随时间的变化，并用印模器或井下电视观测破裂方位。根据记录的破裂压力、关泵压力和破裂方位，利用相应的公式算出原地主应力的大小和方向。
2、水力压裂法测地应力属于间接测量法，具有高精度和经济测量深部应力的优点，是目前地下工程和隧道工程地应力测试领域中的常用技术方法。但水力压裂法只能测量垂直钻孔平面内的最大和最小主应力，本质上属于二维应力测量方法。现有解决技术是采用三个钻孔，钻孔之间正交分布，进而测得整体的应力分量。这种方法存在两处不足：一是增大了工程量，降低了测量的效率；二是需要确保三个方向的钻孔均处于完整状态，对测试环境提出了进一步的要求。
技术实现思路
1、针对上述问题,本专利技术提供一种水力压裂测地应力的计算方法。
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种水力压裂测地应力的计算方法，包括以下步骤：
4、s1建立固定坐标系：选取z轴为大地垂直方向，x轴为大地水平面上的任一方向，并确定x轴方向与正北方向的夹角，根据z轴及x轴方向确定y轴方向；
5、s2建立钻孔坐标系：钻取任意孔，取开孔轴心方向为z′方向，通过z′轴做铅锤平面与大地水平面垂直；x
6、s3确定钻孔坐标系与固定坐标系的方向余弦，方向余弦的计算公式为：
7、
8、α为孔轴与铅垂线的夹角，β0为固定坐标系x轴与正北方向夹角，β1为相对坐标系x轴与正北方向夹角；
9、s4确定钻孔坐标系应力分量与固定坐标系应力分量关系：由固定坐标系确定的钻孔坐标系应力分量，应力分量的计算公式为：
10、
11、
12、τx′y′＝σxl1l2+σym1m2+σzn1n2+τxy(l1m2+l2m1)+τyz(m1n2+m2n1)+τxz(l1n2+l2n1)，
13、σx为固定坐标系x方向正应力，σy为固定坐标系y方向正应力，σz为固定坐标系z方向正应力，τxy为固定坐标系xy平面剪应力，τyz为固定坐标系yz平面剪应力，τxz为固定坐标系xz平面剪应力；
14、s5通过现场测试得到致裂参数：
15、pmax-3pmin+pγ＝0
16、pmax-3pmin+pb＝t，
17、pmin垂直于轴线平面内的最小主应力，pmax垂直于轴线平面内的最大主应力，pb为初始破裂应力，pr为破裂重张压力，t为原岩抗拉强度；
18、s6根据致裂参数得到钻孔坐标系应力分量，致裂参数与应力分量满足关系式为：
19、
20、
21、
22、γ为相对坐标系x轴与裂纹夹角；
23、s7应力分量计算：联合s4中的坐标转化方程及s6中的致裂方程，可以得到六个独立的应力分量方程，计算可得六个应力分量σx、σy、σz、τxy、τyz、τxz。
24、优选的，所述s2中钻孔孔深应超过预定最深测试部位2m，钻孔倾斜度每百米应不超过设计要求1°，最大孔径应不超过设计孔径5mm。
25、优选的，所述s2中钻孔的孔壁光滑，孔深超过预定最深测试部位2m。
26、优选的，所述s2中钻孔孔深应在25-30m，距离巷道或硐室的垂直距离大于22m。
27、进一步的，所述s5中初始破裂应力pb及破裂重张压力pr的测试步骤包括：
28、s5.1压裂：注压，启动注压设备向封隔段内进行注压，记录监测压力变化过程；关泵，依据测段压力曲线判断破裂已经产生即可关泵，观测破裂面逐渐闭合过程中的压力变化；卸压；破裂缝完全闭合后，压力下降趋势缓慢，并最终保持稳定后完全卸压，使压力管路与大气连通，完成压裂循环；
29、s5.2破裂缝重张：再次开泵对测段加压，观测压力随时间变化，当压力上升速率缓慢，继而压力开始下降，表明裂缝重新张开并扩展，随即关泵，并继续观测压力下降过程。当压力下降缓慢并趋停止时，即可完全卸压，完成破裂缝重张过程；
30、s5.3水压致裂印模：开泵向段内注压，使胶筒表面紧贴壁面，胶筒表面留下裂缝印痕，卸压后提出，在地表记录胶筒表面裂缝信息，并标注基线位置，钻孔名称、测段深度、孔径等参数；
31、初始破裂应力pb指使封隔段孔壁产生张性破裂的液压，即孔壁能够承受的临界破坏压力，破裂重张压力pr指再次对封隔段注压使破裂重新张开瞬间封隔段内的液体压力。
32、进一步的，所述s5.2中每次破裂缝重张均包括注压、关泵、卸压三个步骤，重复3-4次，每次重张的时间间隔不小于1min。
33、进一步的，所述s5.3中开泵向段内注压时，压力值应当大于水压致裂的重张压力。
34、优选的，所述s5.3注压中的保压时间高于30min。
35、优选的，所述s5中水压致裂测量之前需根据钻孔深度、钻孔口径等钻孔设计要求选择合适的测量设备，并在入井前进行设备调试。
36、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
37、本专利技术的测量只需要两个钻孔，降低了测量工程的工程量，提高了测量效率。
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1.一种水力压裂测地应力的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种水力压裂测地应力的计算方法，其特征在于，所述S2中钻孔孔深应超过预定最深测试部位2m，钻孔倾斜度每百米应不超过设计要求1°，最大孔径应不超过设计孔径5mm。
3.根据权利要求1所述的一种水力压裂测地应力的计算方法，其特征在于，所述S2中钻孔的孔壁光滑，孔深超过预定最深测试部位2m。
4.根据权利要求1所述的一种水力压裂测地应力的计算方法，其特征在于，所述S2中钻孔孔深应在25-30m，距离巷道或硐室的垂直距离大于22m。
5.根据权利要求1所述的一种水力压裂测地应力的计算方法，其特征在于，所述S5中初始破裂应力Pb及破裂重张压力Pr的测试步骤包括：
6.根据权利要求5所述一种水力压裂测地应力的计算方法，其特征在于，所述S5.2中每次破裂缝重张均包括注压、关泵、卸压三个步骤，重复3-4次，每次重张的时间间隔不小于1min。
7.根据权利要求5所述的一种水力压裂测地应力的计算方法，其特征在于，所述S5.3中开泵向段内注压时
8.根据权利要求5所述的一种水力压裂测地应力的计算方法，其特征在于，所述S5.3注压中的保压时间高于30min。
9.根据权利要求1所述的一种水力压裂测地应力的计算方法，其特征在于，所述S5中水压致裂测量之前需根据钻孔深度、钻孔口径等钻孔设计要求选择合适的测量设备，并在入井前进行设备调试。
...【技术特征摘要】
1.一种水力压裂测地应力的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种水力压裂测地应力的计算方法，其特征在于，所述s2中钻孔孔深应超过预定最深测试部位2m，钻孔倾斜度每百米应不超过设计要求1°，最大孔径应不超过设计孔径5mm。
3.根据权利要求1所述的一种水力压裂测地应力的计算方法，其特征在于，所述s2中钻孔的孔壁光滑，孔深超过预定最深测试部位2m。
4.根据权利要求1所述的一种水力压裂测地应力的计算方法，其特征在于，所述s2中钻孔孔深应在25-30m，距离巷道或硐室的垂直距离大于22m。
5.根据权利要求1所述的一种水力压裂测地应力的计算方法，其特征在于，所述s5中初始破裂应力pb及破裂重张压力...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭绍驰，王文松，范宣梅，王东坡，刘天翔，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：
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