【正文】 點是至關(guān)重要的結(jié)論。m, 而井壁定向坍塌, 2 4 號臂井徑與鉆頭相近( mm) 、1 mm,方位北西西。測井計算的巖石力學性質(zhì)的各種參數(shù)可用于應(yīng)力場數(shù)值計算。③ 偶極子聲波測井它與密度測井結(jié)合可提供反映巖石力學性質(zhì)的各種參數(shù), 在斷層破碎帶或地應(yīng)力集中段都有相應(yīng)的響應(yīng)。碳酸鹽巖層的雙側(cè)向測井突然出現(xiàn)降低的“大幅度差雙軌”現(xiàn)象反映鉆井誘導裂縫, 它與鉆井、地層力學性質(zhì)及非均勻分布的地應(yīng)力有關(guān)。而碳酸鹽巖地層電阻率比正常地層(一般為2000～3000Ω能有效反映地應(yīng)力相對大小與方向的測井技術(shù)有下列幾種。前兩者包括原地應(yīng)力大小和方向, 后者用雙井徑僅測量到反映井壁崩落的最小主壓應(yīng)力方位。本文利用測井資料建立了計算最小和最大水平應(yīng)力剖面的新方法,基于成像測井資料對井壁破壞形式的準確判別來約束反演地層應(yīng)力大小,不僅可以得到最小水平應(yīng)力剖面而且可以得到最大水平應(yīng)力剖面,可以計算出地層破裂壓力和坍塌壓力剖面,有助于井眼穩(wěn)定性分析和壓裂設(shè)計。（四）用測井資料計算最大和最小水平應(yīng)力剖面的新方法（謝剛2005年2月） （利用的是成像測井）具體見文章利用測井資料計算地層應(yīng)力的大小和方向,目前國內(nèi)多采用單軸應(yīng)變模式確定地層應(yīng)力,由此可以得到最小水平地層應(yīng)力剖面,但不能得到最大水平地層應(yīng)力剖面,因而無法計算地層破裂壓力和地層坍塌壓力。容易與地應(yīng)力造成的橢圓井眼相混。(4) 巖石彈塑變形井眼,有些柔性地層巖石具有彈塑流變特征,在水平壓應(yīng)力作用下發(fā)生縮徑現(xiàn)象,形成對稱橢圓井眼,兩條井徑讀數(shù)均小于鉆頭直徑,長軸指向最大水平主應(yīng)力方向。由于巖石本身具有各向異性,這種崩落在井眼周邊是不均勻的,也往往造成橢圓形井眼,在雙井徑曲線上表現(xiàn)為兩井徑讀數(shù)不等,但都大于鉆頭直徑。在實際應(yīng)用時,需排除高士鈞、儲昭坦提出的非地層應(yīng)力因素引起的橢圓井眼: (1) 溶蝕崩落變形井眼常發(fā)生于鹽膏巖層,它是因巖鹽、膏鹽等巖層被鉆井液溶蝕所形成,其基本形狀一般為圓形,雙井徑讀數(shù)均大于鉆頭直徑。另外,巖石內(nèi)在各向異性也可由地層微電阻率掃描成像、聲波反射成像等直接識別。（具體方法見文章） . Plona 等人還提出了應(yīng)用頻散特性識別巖石內(nèi)在各向異性和應(yīng)力引起各向異性,指出聲波激發(fā)頻率與測得的快慢橫波時差曲線關(guān)系圖上,當巖石為內(nèi)在各向異性時,2 條頻散曲線平行。此時,最大水平主應(yīng)力方向上側(cè)向壓實程度較高,而在最小水平應(yīng)力方向上側(cè)向壓實程度較低,從而造成了應(yīng)力引起的巖石物理各向異性。應(yīng)用測井資料實際計算地層應(yīng)力時,首先通過對巖石力學參數(shù)的動靜態(tài)同步測試及巖石抗壓和抗拉強度測試建立該地區(qū)動靜態(tài)彈性參數(shù)經(jīng)驗關(guān)系,然后根據(jù)該地區(qū)地層應(yīng)力特征選擇上述模型之一應(yīng)用密度和聲波全波測井資料計算地層應(yīng)力。其中，水平應(yīng)力的重力分量為，熱應(yīng)力分量為，構(gòu)造應(yīng)力分量為和,孔隙壓力分量為，底層剝蝕的附加壓力為和。該式假設(shè)各巖層水平方向應(yīng)變相等,忽略了巖層的非線彈性特性,也沒有考慮熱應(yīng)力。當兩板受到力的作用時,只發(fā)生橫向位移不發(fā)生偏轉(zhuǎn),從而使各彈簧的水平位移相等,剛度大的彈簧將受到較大的應(yīng)力,即楊氏模量大的地層承受較高的應(yīng)力。由廣義虎克定律得式中，分別為最小、最大水平主應(yīng)力方向的應(yīng)變,在同一斷塊內(nèi)為常數(shù)。但實測數(shù)據(jù)來看，不同深度處是不同的。近年來,有些研究者試圖通過在單軸應(yīng)變公式的基礎(chǔ)上添加校正項來提高最小水平地層應(yīng)力的預測精度,即式中，為Biot系數(shù)。主要有尼克經(jīng)驗關(guān)系式、Mattews amp。該模型不考慮地層的形變機理和主應(yīng)力方向,因此,它既可以用于拉張型盆地也可以用于擠壓型盆地。當忽略地層強度時（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，式為 進而有式中，；為巖石的內(nèi)摩擦角。其理論基礎(chǔ)是莫爾庫侖破壞準則，即假設(shè)地層最大原地剪應(yīng)力是由地層的抗剪強度決定的。（2） 雙軸應(yīng)變模型法雙軸應(yīng)變模型法是多孔彈性水平模型的一個特例，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（）式中，為非平衡構(gòu)造因子，反映的是構(gòu)造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。（1） 多孔彈性水平應(yīng)變模型法該模型為水平應(yīng)力估算最常用的模型，它以三維彈性理論為基礎(chǔ)。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，測量井段以上可用人工插值法獲得連續(xù)的密度曲線，或借助垂直應(yīng)力梯度反推。（三）、用測井資料計算地層應(yīng)力（馬建海 孫建孟 2002年）測井估算地層應(yīng)力數(shù)值的方法測井計算的地層應(yīng)力是原地層應(yīng)力或擾動地層應(yīng)力,從時間看主要是現(xiàn)今地層應(yīng)力,文獻[1 ,2 ,3 ]認為測井得出的是現(xiàn)今原地層應(yīng)力。在巖石受到強地應(yīng)力作用下,巖石致密,時波時差對地應(yīng)力反映不靈敏,而電阻率能靈敏地反映地應(yīng)力存在(圖3) ,此時,應(yīng)當采用電阻率建立地應(yīng)力模型。電阻率、聲波時差對地應(yīng)力的敏感性研究發(fā)現(xiàn),電阻率、聲波時差對地應(yīng)力的敏感性有不同特征。利用B、C兩點與縱坐標的交點E、D之差(即△ED)可以估算附加構(gòu)造應(yīng)力大小(即深度差與巖石平均密度之積) 。這種額外的附加構(gòu)造地應(yīng)力可以通過偏移量的大小來估算。當巖石受到額外的側(cè)向構(gòu)造擠壓應(yīng)力的作用時, 泥巖的孔隙度會進一步減小,使得泥巖孔隙度偏離正常壓實趨勢線(圖1) 。反映在單對數(shù)坐標圖上為一條直線(圖1) ,這就是通常的埋藏壓實曲線。 為埋藏深度(單位: m ) 。利用壓實曲線計算估算附加構(gòu)造應(yīng)力大小基本原理：泥巖壓實實驗研究表明,在正常壓實條件下,泥巖孔隙度隨上覆壓力(或埋深)呈指數(shù)遞減規(guī)律(真柄欽茨,1981) ,即有:式中, 為任意深度處的泥巖孔隙度(單位: % ) 。不同的研究者根據(jù)不同的條件提出了眾多的地應(yīng)力模型,如在油田得到較廣泛應(yīng)用的黃氏模型(黃榮樽等, 1995) 。也可以通過地層壓裂測試獲得,測試時,當井孔壓力下降至不再變化時,為儲層的孔隙壓力。巖石內(nèi)摩擦系數(shù)及巖石內(nèi)聚力是巖石本身固有特性參數(shù),可以通過測試分析獲得。為地區(qū)試驗常數(shù)。地應(yīng)力計算公式（一）、井中應(yīng)力場的計算及其應(yīng)用研究（秦緒英，陳有明，陸黃生 2003年6月）主應(yīng)力計算根據(jù)泊松比、地層孔隙壓力貢獻系數(shù)、孔隙壓力及密度測井值可以計算三個主應(yīng)力值：相關(guān)系數(shù)計算：應(yīng)用密度聲波全波測井資料的縱波、橫波時差（、）及測井的泥質(zhì)含量可以計算泊松比、地層孔隙壓力貢獻系數(shù)、巖石彈性模量及巖石抗拉強度。① 泊松比 ② 地層孔隙壓力貢獻系數(shù) ③ 巖石彈性模量 ④ 巖石抗拉強度 注：分別為密度測井值，地層骨架密度，橫波時差和縱波時差值。其它參數(shù)不同地區(qū)巖石抗壓強度參數(shù)是參照巖石抗拉強度數(shù)值確定,一般是8～12倍,也可以通過巖心測試獲得。地層孔隙壓力由地層水密度針對深度積分求取,或者用重復地層測試器RFT測量。（二）、一種基于測井信息的山前擠壓構(gòu)造區(qū)地應(yīng)力分析新方法（趙軍 2005年4月）基于彈性力學的測井地應(yīng)力分析以彈性力學理論為基礎(chǔ),經(jīng)過一定的假設(shè)條件和邊界條件可以推演出用于計算地下原地應(yīng)力的數(shù)學模型,用地球物理測井信息(包括聲波全波列和密度等)確定模型參數(shù),對地應(yīng)力進行連續(xù)計算與分析。其模型如下：式中：分別為垂向、水平最大、水平最小地應(yīng)力（單位：）；為密度（單位：）；為深度（單位：）；為有效應(yīng)力系數(shù)；為孔隙壓力（單位：）；為靜泊松比；為地層厚度（單位：）；為重力加速度（單位：）；為構(gòu)造校正量，必須分段考慮；可用依據(jù)陣列聲波測井得到的縱、橫波速度確定模型力學參數(shù)： 式中，為動態(tài)泊松比；為動態(tài)彈性模量(單位：)；為縱波速度（單位：）；為橫波速度，（單位：）。 為泥巖初始孔隙度(單位: % ) 。 c為地區(qū)常數(shù)。注意: 這里的條件是正常壓實條件, 受均勻的隨深度呈線性增大的重力作用。這就是所謂的超壓實作用。圖1中A點的孔隙度值明顯偏離正常趨勢線,A點在趨勢線上的水平、垂直交點分別為B、C兩點。因此,可以通過正常趨勢線方程與偏移量來求取附加構(gòu)造應(yīng)力。當巖石承受的總地應(yīng)力較弱時,巖石保持較高孔隙,電阻率對地應(yīng)力響應(yīng)不靈敏(圖3) ,但聲波時差能有效地反映地應(yīng)力,因此只能采用聲波時差建立地應(yīng)力模型。在中等地應(yīng)力作用區(qū),既可用聲波時差建立模型,也可用電阻率建立模型。計算的基本方法是首先應(yīng)用密度測井積分估算出垂直應(yīng)力,然后根據(jù)地層特點選擇適當?shù)哪Ｐ陀嬎闼降貙討?yīng)力。 2 各種估算水平應(yīng)力的模型方法各種模型基本是以垂直應(yīng)力、孔隙應(yīng)力和泊松比為基礎(chǔ)，分別根據(jù)不同的理論假設(shè)來計算水平應(yīng)力。：最小水平主應(yīng)力；：最大水平主應(yīng)力；：總垂直應(yīng)力；：垂直方向的有效應(yīng)力系數(shù)（Biot系數(shù)）；：水平方向的有效應(yīng)力系數(shù)（Biot系數(shù)）；：靜態(tài)泊松比；：孔隙壓力；：靜態(tài)楊氏模量；：最小主應(yīng)力方向的應(yīng)變；：最大主應(yīng)力方向的應(yīng)變。（3） 莫爾庫侖應(yīng)力模型法此經(jīng)驗關(guān)系式以最大、最小主應(yīng)力之間的關(guān)系給出。在假設(shè)地層處于剪切破壞臨界狀態(tài)的基礎(chǔ)上，給出了地層應(yīng)力經(jīng)驗關(guān)系式式中，；為三軸應(yīng)力系數(shù)；為巖石內(nèi)摩擦角；、為最大和最小主應(yīng)力；為巖石單軸抗壓強度。此經(jīng)驗關(guān)系式有一定的物理基礎(chǔ),比較適合疏松砂巖地層,但其地層處于剪切破壞的臨界狀態(tài)的假定,沒有普遍的意義。（4） 一級壓實模型一級壓實模型通常用于表層地層,預測地層在一級壓實過程中所產(chǎn)生的水平應(yīng)力的關(guān)系（5） 單軸應(yīng)變經(jīng)驗關(guān)系式這一類經(jīng)驗關(guān)系式發(fā)展最早,該經(jīng)驗關(guān)系式假設(shè)由于水平方向無限大,地層在沉積過程中只發(fā)生垂向變形,水平方向的變形受到限制,應(yīng)變?yōu)? ,水平方向的應(yīng)力是由上覆巖層重量產(chǎn)生的。 Kelly 經(jīng)驗關(guān)系式、Anderson 經(jīng)驗關(guān)系式、Newberry 經(jīng)驗關(guān)系式等。為構(gòu)造應(yīng)力作用的附加項，通過地層應(yīng)力實測值與按上式計算得出的差來校正，且認為在一個斷塊內(nèi)基本上為一常數(shù)，不隨深度的不同而變化。（6） 組合彈簧經(jīng)驗關(guān)系式該模型假設(shè)巖石為均質(zhì)、各向同性的線彈性體,并假定在沉積和后期地質(zhì)構(gòu)造運動過程中,地層和地層之間不發(fā)生相對位移,所有地層兩水平方向的應(yīng)變均為常數(shù)。此經(jīng)驗關(guān)系式把受力的地層比喻為2個平行板之間的一組彈簧,具有不同剛度的彈簧代表具有不同彈性參數(shù)的地層。該式有效地解釋了砂巖地層比相鄰的頁巖層有更高的地層應(yīng)力的現(xiàn)象。（7） 葛氏地層應(yīng)力經(jīng)驗關(guān)系式葛洪魁提出了一組地層應(yīng)力經(jīng)驗關(guān)系式,分別適用于水力壓裂垂直縫和水平縫:水力壓裂裂縫為垂直裂縫(最小地層應(yīng)力在水平方向) 的經(jīng)驗關(guān)系式為式中，：熱膨脹系數(shù)；：最小、最大水平地層應(yīng)力方向的構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)，在同一斷塊內(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層應(yīng)力附加量，在同一斷塊內(nèi)可視為常數(shù)。（8） 應(yīng)力速度關(guān)系法. Tang 等人基于理論和實驗分析提出了應(yīng)力與橫波速度分裂的關(guān)系式,通過在實驗室建立實驗關(guān)系為 式中 分別為巖石受應(yīng)力為0時平行和垂直于橫波偏振方向的橫波速度；分別為巖石受應(yīng)力作用時平行和垂直于橫波偏振方向的橫波速度；分別為平行和垂直于橫波偏振方向的應(yīng)力速度耦合系數(shù)，在實驗室可有單軸應(yīng)力實驗測得的速度平方查核施加應(yīng)力數(shù)據(jù)的線性擬合獲得。3 測井確定地層應(yīng)力方向的方法（1）DSI（XMAC）各向異性處理結(jié)果估算地層應(yīng)力方向在成巖期和成巖后,如果水平應(yīng)力存在著較大的各向異性,巖石會表現(xiàn)出側(cè)向差異壓實現(xiàn)象。C. Esmersoy 等人研究表明在最大水平主應(yīng)力方向上的橫波傳播速度大于最小水平主應(yīng)力的橫波傳播速度。當巖石為應(yīng)力各向異性時2 條頻散曲線交叉。（2）雙井徑曲線估算地層應(yīng)力方向理論和實驗表明鉆井過程中應(yīng)力崩塌形成的橢圓井眼通常是由切向正應(yīng)力作用于井壁形成的,橢圓井眼的長軸方向為最小應(yīng)力方向,井眼表面上有拉應(yīng)力,徑向拉伸破壞巖石,造成在最大水平主應(yīng)力方向上形成鉆井誘導縫。(2) 浸蝕崩落變形井眼,井壁周邊巖石在經(jīng)過長時間鉆井液浸泡后,一些較軟的巖石因吸收水份而使內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生膨脹,強度降低,以致引起崩落。(3) 鍵槽形變形井眼,由于鉆具偏心對井壁一側(cè)反復碰撞磨損造成,多發(fā)生于井斜較大,巖石強度較低的井段,其特征為非對稱橢圓井眼,在雙井徑曲線上表現(xiàn)為一條井徑讀數(shù)大于鉆頭直徑,而另一條小于鉆頭直徑。(5) 高角度裂縫崩落變形井眼,一些與井壁相交的高角度裂縫,造成井壁鄰近地層巖塊強度降低,經(jīng)過泥漿浸泡、沖刷及鉆具反復碰撞振動,可能造成沿裂縫走向的井壁巖塊崩落,形成橢圓井眼,在雙井徑曲線上表現(xiàn)為一條井徑讀數(shù)大于鉆頭直徑,另一條等于鉆頭直徑。(6) 井斜大造成的視橢圓形井眼:井眼并未變形,只是由于井斜大,地層傾角測量時儀器偏心,從而出現(xiàn)一條井徑測量讀數(shù)等于鉆頭直徑,而另一條小于鉆頭直徑。石油大學黃榮樽教授提出了用構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)計算最大和最小水平應(yīng)力剖面的方法,但在實際應(yīng)用中構(gòu)造應(yīng)力系數(shù)不易得到。（五）測井地應(yīng)力分析——以庫車坳陷克拉2井氣藏解釋為例 （歐陽健 1999年）1 構(gòu)造應(yīng)力場測井分析方法（1）測量法傳統(tǒng)的井下應(yīng)力測量方法包括應(yīng)力解除法、水壓致裂法和井壁崩落法等。90 年代以來, 隨著復雜儲集層勘探技術(shù)的發(fā)展, 井孔應(yīng)力測量和裂縫探測技術(shù)也有了長足的進步。① 雙側(cè)向測井擠壓帶的泥巖或致密灰?guī)r其側(cè)向電阻率值異常高,反映了地應(yīng)力集中段,例如山前構(gòu)造應(yīng)力集中部位的泥巖電阻率比盆地內(nèi)正常壓實泥巖的電阻率高出10～30 倍。m) 高出5～10倍以上。② 成象測井 包括聲波和微電子掃描井壁成象測井, 可使井壁的60 %～80 %或全部成象, 它可定性和半定量地反映井眼形狀、鉆井誘導裂縫(其延伸方向與最大水平主壓應(yīng)力方向一致, 并對稱分布) 、井壁崩落寬度與深度及其延伸方向, 并結(jié)合有效上覆地層壓力、泥漿柱壓力與巖石力學參數(shù)進行應(yīng)力定量分析。在張裂縫帶, 斯通利波能量衰減顯著, 有明顯響應(yīng)。④ 地層傾角測井用電導率檢測識別張裂縫及其發(fā)育方向, 用雙井徑識別井壁崩落與最大主應(yīng)力方向 ,例如輪南12 井5 215～5 245 m井段,深側(cè)向測