[发明专利]一种基于二次套芯的深孔差应力评估方法

说明书

本发明涉及地应力测量技术领域，具体而言，涉及一种基于二次套芯的深孔差应力评估方法。评估方法包括如下步骤：从钻孔中取出直径较大的大岩芯，对大岩芯进行径向变形测试；在大岩芯中套芯取小岩芯，对小岩芯进行径向变形测试；水平主应力的差值为：大岩芯的直径大于小岩芯的直径。本发明可以得到大岩芯中应力诱发微裂隙的累积宽度并予以剔除，使得基于岩芯弹性形变测量的差应力能够更加真实准确。

技术领域

本发明涉及地应力测量技术领域，具体而言，涉及一种基于二次套芯的深孔差应力评估方法。

背景技术

地应力是存在于地壳岩体中的初始应力，也是固体地球的重要物理属性参数之一。地应力是引起岩体变形、失稳和破坏的根源力量，也是影响石油、页岩气、干热岩等深部能源开采的重要参考依据。对于页岩气和干热岩储层开发来说，差应力的大小是对于裂缝体系的建造和裂隙扩展成网具有重要意义的基础参数。

当前，地应力测量最主要依赖的手段是钻孔和钻孔取芯，比如，岩芯滞弹性恢复法(ASR法)就是一种根据岩芯脱离岩体应力环境后，测试非弹性变形进而估算三维主应力的一种常用方法。然而，这种方法操作程序复杂，影响和干扰因素较多，且比较费时。一般来说，ASR法测试时间至少7天，有时需要长达一个月。因而，难以快速地、大规模地推广应用。

岩芯从地壳岩体中取出后，由于脱离了地应力场的挤压作用，将发生两种变形，除了ASR法地应力测试所依赖的非弹性变形之外，还有瞬间恢复的弹性变形。由于弹性变形从钻头钻取岩芯形成的那一刻已经开始发生，一旦完全钻取得到岩芯，即基本完成弹性形变的恢复，因而难以测量和利用。尤其无法回避的问题是，由于孔底的应力集中，加上钻杆自身的重量作用于钻头端面，又进一步加剧了应力集中状态。这就造成所取的岩芯中含有微裂隙，微裂隙的分布和产状将对岩芯的外形尺寸产生干扰，造成无法准确获得岩芯的真实弹性变形量。这也将给利用岩芯弹性变形确定地应力带来难以确定的困难。

理论上，岩芯的弹性变形量十分微小，对于49mm左右地质标准的圆柱状岩芯，直径方向变形量最小一般为几个微米，而微裂隙的宽度一般是0.1微米至数微米，大量的微裂隙可能造成可观的累积宽度。但是，一般的圆柱状岩芯直径变形测量方法没有考虑剔除微裂隙这部分干扰因素，因而，其评估方法也存在较大的误差，甚至无法使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于二次套芯的深孔差应力评估方法，其能够有效的消除评估方法存在的误差，准确剔除已存应力诱发裂隙对差应力计算带来的影响。

本发明的技术方案是这样的：

一种基于二次套芯的深孔差应力评估方法，其包括如下步骤：

先从钻孔中取出直径较大的大岩芯，对所述大岩芯进行径向变形测试；再在所述大岩芯中套芯取小岩芯，对所述小岩芯进行径向形变测试；

水平主应力的差值为：

其中，d_max为所述大岩芯的最大直径，d_min为所述大岩芯的最小直径，E为岩石的杨氏模量，v为岩石泊松比，Δd₀为大岩芯中剔除了应力裂隙累积宽度后的真实直径差，d_0max为小岩芯的最大直径，d_0min为小岩芯的最小直径；

所述大岩芯的直径大于所述小岩芯的直径。

优选的，在钻孔中取出所述大岩芯之后，再对所述大岩芯进行径向变形测试之前，对所述大岩芯进行密封保存；

在大岩芯中套芯取出所述小岩芯之后，再对所述小岩芯进行径向变形测试之前，对所述小岩芯进行密封保存。

优选的，所述大岩芯和所述小岩芯的圆柱面要求为：表面光滑、形状规则、无明显节理。

优选的，在所述大岩芯中取所述小岩芯时，所述大岩芯的轴线与所述小岩芯的轴线平行。