[发明专利]一种钻孔侧壁取芯三维地应力测量方法

说明书

本发明公开了一种钻孔侧壁取芯三维地应力测量方法，在岩芯变形法的基础上进行改进，首先钻岩取芯，获得主孔岩芯，采用岩芯变形法测量主孔岩芯直径，计算得到应力差A，然后主孔变形稳定后，通过通过孔径测井分别获取最大孔径和最小孔径方向，两者分别对应地应力中的S_H和S_h的方向，接着分别在S_H和S_h方向进行侧壁取芯，取芯分别测量两个较小岩芯的直径，计算得到S_H和S_h方向的应力差B和C，最后利用公式计算三维应力。相对传统方法简单、经济、准确，且侧壁取芯可以在同一位置多次取芯反复验证结果的准确性。

技术领域

本发明涉及地应力测量技术领域，更具体的说是涉及一种钻孔侧壁取芯三维地应力测量方法。

背景技术

地应力是指客观赋存于地壳岩体内且未受工程扰动的一种自然力，亦称原岩应力，是导致地壳岩体产生变形、断裂、褶皱乃至地震的根本作用力。岩层中发生种种变形或破裂的痕迹，明显是应力活动的结果。随着采矿、隧道、水利水电、地热能开发、核废料处置等工程持续增加，岩爆、巷道变形、高边坡失稳等一系列岩体稳定性问题愈发突出，这在很大程度上是地壳岩体内应力长期积累并突然释放的结果。地应力测量是探知地壳现今应力状态的重要手段，不仅可以服务各类岩体工程建设，同时也为地球动力学研究、断裂活动性研究和地质灾害预警研究提供重要的科学依据。

已有的地应力测量方法中以应力解除法与水压致裂法应用最为广泛。套芯应力解除法是当前最为常用的一种地应力测量方法，套芯解除法可分为孔径变形法、孔壁应变法、孔底应变法。目前主要采用的依赖于孔径变形理论的套芯应力解除的方法有USBM法和压磁应力解除法。这两种应力解除地应力测量都是以平面应力状态为理论基础，并假定岩体是连续、均匀、各向同性、线弹性的。首先，在要测量地应力点的地块或者岩石上钻一个小孔，称为测量孔。将测量元件安装在小孔中，然后钻一个与小孔同轴的大孔，此过程称为套芯。套芯后，岩芯即脱离周围地应力场的作用，岩芯发生弹性恢复。通过测量弹性变形来计算地应力，然而岩芯变形法通过岩芯只能得到两个方向的应力差，且同一位置得到的应力差只有一次，无法通过实验验证准确性，岩芯变形法如果需要得到地应力，则需要借助水压致裂法得到其中一个应力。其操作复杂且成本高、误差大。

因此，如何提供一种更加简便且准确的三维地应力测量方法是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种钻孔侧壁取芯三维地应力测量方法，在岩芯变形法的基础上进行改进，相对传统方法简单、经济、准确，且侧壁取芯可以在同一位置多次取芯反复验证结果的准确性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钻孔侧壁取芯三维地应力测量方法，包括以下步骤：

步骤一：钻岩取芯，获得主孔岩芯，采用岩芯变形法测量主孔岩芯直径，计算得到应力差A；

步骤二：主孔变形稳定后，通过孔径测井分别获取S_H和S_h方向；

步骤三：分别在S_H和S_h方向进行侧壁取芯，取芯分别测量两个较小岩芯的直径，计算得到S_H和S_h方向的应力差B和C；

步骤四：计算三维应力：

对于S_H方向

对于S_h方向

其中，R为主孔半径，r为侧壁取芯与主孔中心的距离，vν为泊松比，S_v为地应力的垂直分量。