【正文】 長足的進步。在張裂縫帶, 斯通利波能量衰減顯著, 有明顯響應(yīng)。根據(jù)巖樣在施加載荷條件下的應(yīng)力——應(yīng)變關(guān)系，就可以確定巖石的彈性模量和泊松比等，利用實驗可研究靜態(tài)參數(shù)與動態(tài)參數(shù)的關(guān)系，進而為地應(yīng)力場分析和實際工程應(yīng)用奠定可靠的基礎(chǔ)?？捎? DH 計算孔隙壓力( D 為孔隙壓力梯度) ,在正常壓實地層可認為是一個常數(shù),由實測孔隙壓力反推即得。（2）測井地應(yīng)力計算在按照上訴方法計算出巖石力學(xué)參數(shù)后，可按如下方法(即ADS法）進行現(xiàn)今地應(yīng)力計算。對于直井眼，井筒在水平方向上受到最大和最小主應(yīng)力（如圖1所示）。巖石靜、動態(tài)泊松比相關(guān)性： ：巖石靜態(tài)泊松比；：巖石動態(tài)泊松比。（1） 巖石力學(xué)參數(shù)和巖石強度參數(shù)的確定利用多極子陣列聲波測井資料可提供的縱、橫波時差，結(jié)合巖石密度測井資料可以得到與井壁穩(wěn)定性分析需要的泊松比、剪切模量、楊氏模量、有效應(yīng)力系數(shù)和巖石強度（包括巖石的抗壓強度、抗張強度和初始剪切強度）等參數(shù)。在利用測井資料計算地應(yīng)力的過程中，有三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，即巖石力學(xué)參數(shù)計算、計算模式的選擇以及構(gòu)造應(yīng)力的確定。泊松比： ；楊氏模量： ；剪切模量： ；體積模量： ；壓縮系數(shù)： 上面各式中，為縱波時差（）；為巖石密度（）；為橫波時差（）；為泊松比；為巖石楊氏剪切體積模量（）。3 構(gòu)造應(yīng)力的確定計算構(gòu)造應(yīng)力的方法可以有兩種途徑：①在有水力壓裂資料的情況下，根據(jù)水力壓裂資料確定出水平方向最大、最小應(yīng)力，然后根據(jù)計算出；②在有成像測井資料的情況下，可以根據(jù)井孔崩落和出現(xiàn)鉆井誘導(dǎo)縫的井段確定。一個圓形井眼位于厚的、均勻的和各向同性的彈性板塊之中，承受著如圖1所示的最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力。僅有當(dāng)井壁達到穩(wěn)定狀態(tài)時，計算得地應(yīng)力值才是正確的，否則計算出的地應(yīng)力可信度極低。實際處理測井資料時，需要利用某些信息對地應(yīng)力范圍進行約束限制。2 基于FMI、CBIL和DSI確定地應(yīng)力方向以往人們常常利用雙井徑曲線及其方位曲線來確定地應(yīng)力方向。在CBIL圖像上，在幅度和時間圖像上同時表示為呈180176。用DSI偶極橫波測井確定地應(yīng)力方向：偶極橫波測井的各向異性測井方式，可反映地層的各向異性特征。中間參數(shù)的確定：上面式子中的、為地應(yīng)力計算過程中的中間參數(shù)，其中、可以通過成像測井系列中的偶極子聲波測井從地層中提取縱、橫波時差計算得到。建立地層坍塌壓力計算模型的關(guān)鍵是要選擇合適的強度屈服準則。利用測井資料確定模型中的參數(shù)計算地層坍塌壓力是需要知道巖石的泊松比（）、彈性系數(shù)（）、粘聚力（）和內(nèi)摩擦角（）等多個參數(shù)，這些參數(shù)可在室內(nèi)通過實驗直接確定，但這一過程要耗費大量的人力和物力，并且實驗室所需的原始地層巖石很難完整地取得。2 彈性參數(shù)的確定巖石的彈性參數(shù)（）是巖石井壁力學(xué)穩(wěn)定性研究中的一個重要參數(shù)。4 巖石粘聚力和內(nèi)摩擦角的確定巖石的粘聚力和內(nèi)摩擦角都是巖石的強度參數(shù)，可利用聲波、密度、自然伽瑪測井資料采用以下式子計算，既可通過巖心三軸試驗確定，也可通過下式確定：其中, 。6 應(yīng)力非線性修正系數(shù)式中：，分別為均勻地應(yīng)力下切向應(yīng)力的線性彈性解和非線性彈性解；為水平主地應(yīng)力的平均應(yīng)力；為泥漿柱壓力；為系數(shù)，通常??；；（十五）利用測井資料計算井壁穩(wěn)定條件研究（王力 劉春雨等 2003年）1 壓縮屈服準則（1）準則準則假設(shè)只有最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力對巖石破壞有影響。它們反映巖石承受各種壓力的特性。（十八）利用多極子陣列聲波資料計算橫向各向同性地層破裂壓力（高坤，、陶果等 2007）在油氣勘探開發(fā)過程中,大多數(shù)低孔隙度、低滲透率的儲層均須采取壓裂措施才能獲得工業(yè)油流或提高油井的產(chǎn)能。近年來,多極子陣列聲波測井在油田得到了廣泛應(yīng)用,這給橫向各向同性地層應(yīng)力分布研究提供了有利條件。2 橫向各向同性介質(zhì)的彈性本構(gòu)方程假設(shè)地殼巖石中任一體積元是關(guān)于水平軸對稱的線彈性TIH介質(zhì),體積元承受的上覆地層垂直應(yīng)力為σz ,最大和最小水平主應(yīng)力分別為σx ,σy ,如圖1所示。（1） 完全各向同性地層地應(yīng)力模型假設(shè)巖石為均勻完全各向同性介質(zhì),滿足線彈性條件,則巖石在垂直方向上可以自由變形,而在水平方向上地應(yīng)力相等。因此, 井周圍總的應(yīng)力狀態(tài)可通過先研究各個應(yīng)力分量對井周的應(yīng)力貢獻,然后用疊加的方法來獲得。不等于0時，反映的是巖石人工破裂壓力；等于0時，反映的是巖石自然破裂壓力。為此,筆者從三向地應(yīng)力模型出發(fā),針對碳酸鹽巖地層的特點,綜合考慮各種影響地層破裂壓力因素,充分利用測井信息,試圖優(yōu)選和建立一種較好的碳酸鹽巖地層破裂壓力的預(yù)測模型。因此,在裂縫發(fā)育的碳酸鹽巖地層中,對破裂壓力值的研究必須搞清孔隙的結(jié)構(gòu)與形狀及裂縫產(chǎn)狀等因素的影響。為此,從三向地應(yīng)力模型出發(fā),在對公式(2) 進行修正完善的基礎(chǔ)上,經(jīng)過一系列的推導(dǎo)之后建立了適合于碳酸鹽巖地層特點的破裂壓力預(yù)測模型: （3）　該式形式上類似式(1) ,其中第一項反映了地層孔隙壓力對破裂壓力的影響,第二項反映了由上覆地層壓力和地層孔隙壓力綜合作用的垂直骨架應(yīng)力對破裂壓力的貢獻,第三項反映了巖石抗張強度對破裂壓力的影響,且 、 、前邊的系數(shù)項反映了它們對破裂壓力所起作用的大小。無數(shù)據(jù)時可通過縱波時差、密度和伽瑪?shù)惹€轉(zhuǎn)換合成。（5） 地層孔隙壓力（）的確定由于在碳酸巖鹽地層剖面中很難找到純泥巖層而求不準地層正常壓實趨勢線,因此不宜采用等效深度法求地層孔隙壓力。（由試驗統(tǒng)計得出）（2） 水化對巖石內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角的影響假設(shè)單軸抗壓強度與和值成線性關(guān)系，通過試驗建立的頁巖水化程度與、值的關(guān)系為： （14） （15）顯然，隨水化程度的增加，減小，從而逐漸減小，而值逐漸增加。例如，在井壁穩(wěn)定評價中，要考慮巖石水化對抗壓強度、彈性模量及泊松比的影響，通過建立的頁巖水化情況與巖石粘聚力、內(nèi)摩擦角的關(guān)系，可以確定水化對坍塌壓力的影響?？紫读黧w壓力和上覆巖層壓力的計算：孔隙流體壓力的計算模式，根據(jù)有效應(yīng)力定理, (11)式中：：地層孔隙壓力，；：上覆巖層壓力，；：巖石骨架有效應(yīng)力，；：地層孔隙壓力當(dāng)量鉆井液密度，；：井深，；：重力加速度。(2) 雙軸應(yīng)變模型法雙軸應(yīng)變模型是多孔彈性水平應(yīng)變模型的一個特例,該特例以構(gòu)造因子作輸入?yún)?shù),取代最大水平主應(yīng)力方向的應(yīng)變() （4） （5）式中, 為非平衡構(gòu)造因子,反映的是構(gòu)造應(yīng)力作用下最大水平應(yīng)力和最小水平應(yīng)力的地區(qū)經(jīng)驗關(guān)系。主要有尼克經(jīng)驗關(guān)系式、Mattews amp。當(dāng)忽略地層強度時（認為破裂首先沿原有裂縫或斷層發(fā)生），且垂向應(yīng)力為最大主應(yīng)力時，式（6）為，進而有 （7） （8）式中，；為巖石的內(nèi)摩擦角。（二十三）用測井資料計算地層壓力（馬建海、孫建孟 2002年）測井估算地層應(yīng)力數(shù)值的方法1 應(yīng)用密度測井估算垂直應(yīng)力用密度測井資料計算垂直應(yīng)力的公式為 （1）式中：：總垂直壓力；：真垂直深度；：重力加速度；：偏移值；：體積密度，測量頸段以上可用人工插執(zhí)法獲得連續(xù)的密度曲線或借助垂直應(yīng)力梯度反推。剪切模量： （4）泊松比： （5）楊氏模量： （6）體積彈性模量： （7）體積壓縮系數(shù)： （8）巖石骨架壓縮系數(shù)： （9）孔隙流體壓力對各應(yīng)力貢獻系數(shù)： （10）如果以為單位，以為單位，系數(shù)。（2） 多因素對巖石力學(xué)參數(shù)的影響通過試驗及分析研究，建立了巖石力學(xué)參數(shù)、與含水飽和度、圍壓和孔隙壓力之間的關(guān)系： （16） （17）（3） 巖石力學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律① 楊氏模量和抗壓強度隨含水飽和度的增加呈冪律關(guān)系降低，隨有效圍壓的增加而增加。（3） 單軸抗拉強度巖石的單軸抗拉強度與單軸抗壓強度有著密切的關(guān)系，通常采用以下公式近似求?。? （8）式中，為單軸抗拉強度?？捎陕暡?、密度測井資料確定值：式中：、分別為巖石和骨架體積密度；、分別為巖石骨架的縱橫波時差。式中：為地層破裂壓力當(dāng)量泥漿密度，；為地層埋藏深度。通常碳酸鹽巖油氣田埋藏較深,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,裂縫發(fā)育,不同類型儲層的地層抗拉強度不同。因此,必須從碳酸鹽巖地層的實際情況出發(fā),優(yōu)選和建立適合于碳酸鹽巖的地層破裂壓力預(yù)測模型。目前,用測井資料估算砂泥巖剖面地層破裂壓力的方法與技術(shù)較為成熟。5 參數(shù)的計算在線彈性范圍內(nèi),地層巖石的彈性波波速、偏振方向和衰減等波的屬性信息與其彈性模量和應(yīng)力分布有確定的對應(yīng)關(guān)系, 因此也是用來計算巖石破裂壓力的主要資料之一。（2） 橫向各向同性地層地應(yīng)力模型由于地層巖石幾乎全部存在著不同的各向異性，首先考慮較簡單的單卻常見的地層橫向各向同性模型，此時在軸方向應(yīng)變，代入式（3）得出 （7）當(dāng)和時，式（7）同樣歸結(jié)為各向同性地層地應(yīng)力模型。對于完全各向同性介質(zhì)體內(nèi)任意一點的各個方向，具有相同的彈性特征，則獨立的彈性常數(shù)只剩下2個。其偶極子聲源在井孔中激發(fā)起不對稱的聲場,產(chǎn)生沿井壁傳播的彎曲模式波,這種高頻散的模式波在低頻(小于2 kHz)時以地層橫波速度沿井軸方向傳播。迄今為止,研究巖石地應(yīng)力的大多數(shù)理論與方法都將巖石視為各向同性介質(zhì),在此基礎(chǔ)上根據(jù)巖石力學(xué)理論推導(dǎo)地層三軸應(yīng)力分布的計算公式,從而計算巖石破裂壓力。破裂壓力（張性破裂）式中：為自然破裂壓力， ；為靜態(tài)彈性參數(shù)；為構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)（由現(xiàn)場實測資料反推得到）。用主應(yīng)力表示的準則的形式為：其中：，式中：、是與材料特性和相關(guān)的系數(shù)。計算模型中主要系數(shù)的確定1 水平主地應(yīng)力的確定水平主地應(yīng)力的大小是隨地層性質(zhì)變化的，它主要來源于上覆巖層壓力和構(gòu)造運動產(chǎn)生的構(gòu)造力，即：式中：為巖石泊松比；為地層構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)，可通過水力壓裂法確定。3 水平最大、最小主地應(yīng)力和的確定計算水平應(yīng)力的方法較多，常用的有多孔彈性水平應(yīng)變模型法、雙軸應(yīng)變模型法、摩爾庫侖應(yīng)力模型法、一級雅士模型法等方法。地層的橫波時差反映了地層的剪切變形特性，縱波時差反映了地層的拉伸和壓縮變形特性及強度特性，而密度與電阻率測井響應(yīng)反映地層巖石的致密程度及裂縫、孔隙發(fā)育程度，自然伽瑪測井能夠很好地反映地層的泥質(zhì)含量多少，因此巖石的這些測井響應(yīng)必然能反映出泥頁巖、膏巖或致密的碳酸鹽巖地層坍塌壓力的特征。用切向應(yīng)力、徑向應(yīng)力來表示的準則的表達式為：根據(jù)井眼圍巖應(yīng)力分布規(guī)律以及剪切破壞準則，考慮到地層巖石額是非線性彈性體的實際情況，可以建立如下式所示的地層坍塌壓力（）的計算模型。具體做法是，根據(jù)儀器極板的排列方式和3條井徑的相對大小關(guān)系，建立如圖1所示的坐標(biāo)系，由坐標(biāo)系可得到6個極板的坐標(biāo)和與之對應(yīng)的6點擬合橢圓軌跡的坐標(biāo)，然后對極板坐標(biāo)與橢圓軌跡坐標(biāo)之差的平方和求偏導(dǎo)得到橢圓的長、短軸。（十二）低孔低滲油氣藏地應(yīng)力確定方法研究（申輝林 朱玉林 李萍 2007年8月）1 地應(yīng)力計算方法計算模型：對于垂向應(yīng)力的計算，一般把垂向應(yīng)力與上覆巖層壓力視為等同，因此垂向應(yīng)力可以由密度累加得到：式中：為目的層以上第段地層的平均密度，；為目的層以上第地層厚度，；為重力加速度，；為目的層以上的地層數(shù)，整數(shù)；為垂向應(yīng)力。在成像圖上呈對稱分布的兩條黑色的條帶，它們平行井軸，延伸較長，方位基本穩(wěn)定；寬窄有較小變化，但無天然裂縫的那種溶蝕擴大現(xiàn)象；壓裂縫可能表現(xiàn)出切割井壁上的任何地質(zhì)事件的特征，但不肯能出現(xiàn)它被切割的特征。如果同時把井壁應(yīng)力崩落和誘導(dǎo)壓裂縫結(jié)合起來觀察，就更可以準確無誤地判斷水平主應(yīng)力的方向。③ 以成像測井剖面為最終的約束將所計算的巖石力學(xué)參數(shù)、上覆巖層壓力及最大、最小水平主應(yīng)力（和）的崩落、壓裂模型和限制條件輸入，連續(xù)計算井壁的破裂情況，并與成像測井比較。如果再有水力壓裂求得的，代入上式九可計算出。式是建立在井眼崩落已經(jīng)達到穩(wěn)定狀態(tài)的情況，但井壁實際上是否一次崩落后就達到穩(wěn)定狀態(tài)？何種條件才能達到穩(wěn)定狀態(tài)？測得的崩落深度、寬度是什么狀態(tài)下的結(jié)果？多次崩落對其崩落深度和寬度有何種影響？顯然，這些問題不解決，就很難對計算結(jié)果的可靠性做出確切的評價。水力壓裂法求最小水平主應(yīng)力：典型的壓裂施工曲線如下圖，其中為地層破裂壓力；為地層延伸壓力；為瞬時關(guān)井壓力。金尼克模型：；和模型：；模型：；其中 模型：。巖石抗壓強度：和對二百多塊沉積巖進行試驗后，得出了巖石軸抗壓強度（）與巖石楊氏模量（）、粘土含量（）的統(tǒng)計關(guān)系式通過實際數(shù)據(jù)的觀察和研究發(fā)現(xiàn)，巖石的抗壓強度與縱波波阻抗的平方泥質(zhì)含量具有良好的相關(guān)性。內(nèi)摩擦角。大部分強度準則是以主應(yīng)力的形式表示的，因此，對于斜井必須把井壁上的應(yīng)力轉(zhuǎn)換成主應(yīng)力（）表示，但直井的衣裳三個應(yīng)力即為三個主應(yīng)力。2 巖石力學(xué)參數(shù)的確定巖石靜態(tài)力學(xué)參數(shù)的三軸應(yīng)力試驗測定：巖石的彈性力學(xué)參數(shù)包括各種彈性模量（楊氏模量、切變模量、體積模量等）、泊松比、體積壓縮系數(shù)等。在密度測井中，因此利用測井曲線，可直接用分段求和的方法來計算垂向應(yīng)力，即 ：測井間隔段，；：第段地層密度。常取，常取。1 地應(yīng)力計算模式式中：，分別為垂向應(yīng)力，最小水平主應(yīng)力和最大水平主應(yīng)力；，分別為地層巖石的泊松比、彈性模量、線膨脹系數(shù)和有效應(yīng)力系數(shù)；，分別為地層深度、計算深度處的地層孔隙壓力和地層溫度的變化；，分別為最小和最大水平主應(yīng)力方向的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)，在同一區(qū)塊內(nèi)可視為常數(shù)；，分別為考慮地層剝蝕的最小和最大水平地應(yīng)力附加量，在同一區(qū)塊內(nèi)可視為常數(shù)。（2）數(shù)值計算法用于構(gòu)造應(yīng)力場的數(shù)值方法主要有三種：有限單元法、邊界積分方程法（也稱邊界單元法）和有限差分法。m) 高出5～10倍以上。石油大學(xué)黃榮樽教授提