收藏干货｜地应力测量技术——水压致裂法

水压致裂法是石油行业为了提高石油产量，在钻井中用水压方法使钻井产生人工裂隙而出现的一种方法，20世纪50年代被广泛应用于油田生产。哈伯特（M.K.Hubbert）和威利斯（D.G.Willis）发现了水压致裂裂隙和原岩应力之间的关系，后来又被费尔赫斯特（C.Fairhurst）和海姆森（B.C.Haimson）应用于地应力测量。

原理是这样的：

从弹性力学理论可知，当一个位于无限体中的钻孔受到无穷远处二维应力场(σ_1，σ_2)的作用时，离开钻孔端部一定距离的部位处于平面应变状态。在这些部位，钻孔周边的应力为：

式中，σ_θ和σ_r分别为钻孔周边的切向应力和径向应力；θ为周边一点与σ_1轴的夹角。

当θ＝0º时，σ_θ取得极小值，此时：

如果采用图所示的水压致裂系统将钻孔某段封隔起来，并向该段钻孔注入高压水，当水压超过3σ_2-σ_1和岩石抗拉强度T之和后，在θ＝0º处，也即所在方位将发生孔壁开裂。设钻孔壁发生初始开裂时的水压为P_i，则有：

如果继续向封隔段注入高压水，使裂隙进一步扩展，当裂隙深度达到3倍钻孔直径时，此处已接近原岩应力状态，停止加压，保持压力恒定，将该恒定压力记为Ps, Ps应和原岩应力相平衡， 即：

在钻孔中存在裂隙水的情况下，如封隔段处的裂隙水压力为P0 ,则：

在初始裂隙产生后，将水压卸除，使裂隙闭合，然后再重新向封隔段加压，使裂隙重新打开，记裂隙重开时的压力为Pr，则有：

由以上两式求σ_1和σ_2就无须知道岩石的抗拉强度。因此，由水压致裂法测量原岩应力将不涉及岩石的物理力学性质，而完全由测量和记录的压力值来决定。

这套系统由三部分组成：水力压裂工具、印模器、地面系统。

技术参数