严培谦

[摘 要]油气田勘探开发过程中，地应力应用极为广泛，钻井工程设计及油气田开发方案均以地应力为基础，本文介绍了水力压裂法测量地应力的基本原理，对目前分析水力压裂法测量地应力存在的问题进行了分析。

[关键词]水力压裂法； 地应力

中图分类号：TE52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0381-01

油气田勘探开发过程中，地应力是进行地层破裂压力、坍塌压力、井身结构设计以及套管柱设计的基础，如何准确掌握油田区块的地应力分布规律，对于油田进行合理布置井组动态分析及有效保证钻井顺利钻井极为重要，目前水力压裂法是现场进行测量地应力最常见的也是最有效的方法，但水力压裂法测量地应力也存在一定的问题。

一、水力压裂法测地应力的原理

石油工程而言，原地应力可分为最大垂直主地应力（）和最大水平主应力（）与最小水平主应力（）。

在地层某深度处，当井内的钻井液柱所产生的压力升高足以压裂地层，使其原有的裂隙张开延伸或形成新的裂隙时的井内流体压力称为地层的破裂压力。地层的破裂压力的大小和地应力的大小密切相关。

根据井壁的力学模型：

（1）

式中：井眼周围所受周向应力；为井内钻井液柱压力（随着钻井液密度的增大而增大）；为井眼周围某点径向与最大水平主应力之间的夹角；为地层压力；为有效应力系数。

从力学上说，當静液柱压力不断增大，则随着的增大而减小直至为负值，则井壁岩石收到拉力作用，因此地层破裂压力是由于井内钻井液密度过大使岩石所受的周向应力达到岩石的抗拉强度而造成的，即

（岩石的抗拉强度） （2）

当或者，破裂发生在最小处，可得岩石产生拉伸破坏的井内最大静液柱压力（即地层破裂压力）

（3）

当地层破裂后，试验的静液柱压力会逐渐下降，因此此时需要停泵，则瞬时停泵后，裂缝不再向前发展，此时的压力（瞬时停泵压力）与垂直裂缝的最小地应力相平衡。闭合的裂缝重新张开所需压力为，利用公式（1）

（4）

即可确定最大水平主应力和最小水平主应力。

二、对水力压裂法测量地应力缺陷

1、闭合压力准确识别困难

通过水力压裂法试验所得的曲线，首先需要对闭合压力点进行准确识别，否则将会引起最大水平主应力计算产生较大的误差，对水力压裂试验曲线上闭合压力点的识别产生困难的主要原因是由于地层渗透性而产生的压裂流体漏失现象引起的；而以上原理是在非渗透率流体压裂条件下进行的讨论，地层渗透性则由孔隙弹性系数有关，因此需要给出进行进一步修正。

2、地层破裂压力预测存在误差

在水力压裂测量地应力试验过程中，岩石作为一种材料，其在受力过程中产生相应的应变，其破坏过程是一个复杂的力学过程，材料的破坏应考虑到材料本身的相关参数。而目前水力压裂法原理分析中，用的是拉伸破坏准则，所用的岩石参数相对较少，而不同区块，不同地层的岩石受到不同围压作用下，其弹性模量、泊松比、剪切模量、体积模量等等相关参数均发生变化，因此地层破裂压力测量地应力存在误差，

3、裂缝重张压力准确识别困难

裂缝重张压力与闭合压力识别类似，要求对水力压裂试验曲线上识别的准确度，同时受到岩体本身存在节理、裂缝等缺陷的影响。由于岩体自身裂隙的影响，使得流体静止时也会向裂隙中渗透，因此个人认为试验曲线上大于实际的裂缝重张压力。

参考文献

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[2] 金衍，陈勉，张旭东.钻前井壁稳定预测方法的研究[J]石油学报.2001，22（3）：96-99.

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