[发明专利]基于钻进能量分析的岩体地应力测量方法及系统

说明书

本发明属于地应力测量技术，并具体公开了一种基于钻进能量分析的岩体地应力测量方法及系统。所述方法包括：采集不同围压条件下钻机的钻进参数，并据此计算相应的钻进能量；根据设定的围压条件，进行三轴压缩试验，以获取应力‑应变全过程曲线，并据此得到不同类别岩石的静载能量大小；根据所述钻进能量和不同类别岩石的静载能量大小构建围压与钻进能量的关系，并据此构建地应力计算模型；采集现场钻进参数和钻进过程中的岩石种类，并根据所述应力计算模型计算测点地应力的大小。本发明实现了岩体应力快速测量，极大地提高了应力测量效率和准确性。

技术领域

本发明属于地应力测量技术领域，更具体地，涉及一种基于钻进能量分析的岩体地应力测量方法及系统。

背景技术

应力是工程建设、矿产开发、石油储备等领域中极为重要的基础数据。目前常用的地应力测量方法主要分直接测量法和间接测量法，直接测量法包括应力解除法、应力恢复法和水压致裂法，间接方法包括声波测井方法。直接测量法结果可靠，但工序繁琐、实施周期长、测试深度有限。间接测量法测量方便，但结果可靠性差。地应力测量成为制约深部工程建设、矿产开发和石油储备等领域中的瓶颈问题。

中国专利CN104727851B公开了一种煤矿采场国岩应力快速评估方法，其在采煤工作面，通过数字化钻机向前方岩体中钻孔，记录钻进距离与时间的关系以及钻机功率与时间的关系，计算得到在任意位置处钻进单位体积岩石所需要的能量，根据其变化趋势确定应力高峰区、应力F阵区和应力平稳区的大致位置及其相对大小。该专利的依据是：在应力较高的区域钻进单位体积岩石所需要的能量较多，在应力较小的区域钻进单位体积岩石所需要的能量较少，该依据缺少客观试验结果支撑。该专利仅适用于均匀地层条件，不适用用于复杂地层，且仅能得出地应力和钻进能量的定性关系，无法准确评估实际岩体应力状态。中国专利CN104832212B公开了一种基于钻进参数考察巷道松动及应力集中范围的方法，其在矿井煤或岩石巷道内施工顺层长钻孔，记录并计算打钻过程中的推力、转速、转矩和钻进速率，利用煤岩体钻机的钻进参数和钻孔参数推算钻进单位岩体所消耗的能量即钻进比能，获得钻进比能与钻进距离之间的对应关系，钻进同种煤岩体所消耗能量的不同与其在不同地应力条件下所表现的不同的物理力学特性，推断出煤岩巷道两侧应力集中及松动区范围，利用推力和转速恒定条件下的钻进速率变化趋势，对煤岩巷道两侧应力集中及松动区范围进行推算。该专利目的是获取应力集中和松动区范围，用于岩性均匀的煤岩地层，仅能建立地应力和钻进能量的定性关系，通过钻进能量或钻进速率分析不能获得实际岩体应力大小。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于钻进能量分析的岩体地应力测量方法及系统，其中结合岩体地应力自身的特征及钻进能量的特点，岩体在不同钻孔条件（钻进参数、应力状态）下所能承受的总能量不同，总能量与静载能量、钻进能量有关。静载能量和钻进能量都与岩体所处的应力状态有关。通过室内试验可以得到不同钻孔条件下的岩体钻进能量和应力状态的关系，根据实际工程中岩体钻进能量的大小，就能计算得到岩体所处的应力状态。本发明实现了岩体应力快速测量，极大地提高了应力测量效率，测量结果准确，测量方法简单。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种基于钻进能量分析的岩体地应力测量方法，包括以下步骤：

S1采集不同围压条件下钻机的钻进参数，并据此计算相应的钻进能量；

S2根据步骤S1设定的围压条件，进行三轴压缩试验，以获取应力-应变全过程曲线，并据此得到不同类别岩石的静载能量大小；

S3根据所述钻进能量和不同类别岩石的静载能量大小构建围压与钻进能量的关系，并据此构建地应力计算模型；

S4采集现场钻进参数和钻进过程中的岩石种类，并根据所述应力计算模型计算测点地应力的大小。

作为进一步优选的，步骤S1中，所述钻进参数包括钻进压力、钻进速度、钻头转速和钻头扭矩。

作为进一步优选的，步骤S1具体包括以下步骤：