基于高精度位移测量的水平差应力系数计算方法

秦雨樵，汤 华，吴振君

(1.中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点试验室，湖北 武汉 430071； 2.中国科学院大学，北京 100000)

页岩气作为一种重要的非常规天然气，在自然界储量丰富，具有极大的开采价值。根据测算，世界页岩气的资源量超过4×1014m3，接近非常规天然气总量的1/2[1]。从我国土资源部油气资源战略中心发布的《全国页岩气资源潜力评价及有利区优选报告》中，全国的页岩气地质资源潜力超过130万m3，其中可采资源潜力超过20万m3。而在评价页岩气储层可采性的诸多指标中，地应力参数是十分重要的。水平地应力差异系数是最大最小水平主应力之差与最大水平主应力之比[2]。水平差应力系数越小，水压裂隙越倾向形成相互交织的网状体系，有利于页岩气的析出。

地应力测试以及估算方法发展近60年，基于不同的计算原理延伸出很多的不同方法，其中包括水压法[3-7]、解除法[8-10]、千斤顶法[11]、应变恢复法[12-14]等。其中，应力解除法是通过分离测试点与其周围岩体，使其应力完全得到释放，并测量记录这一过程中的变形情况。最后利用变形与远场地应力张量之间的关系，结合岩体变形参数，引入最小二乘法计算原理，就能确定地应力状态。目前，常用的几种应力解除法设备，比如套芯解除装置[8]、CSIR(Council for Scientific and Industrial Research)三轴应变测试单元[15]、空心包体测试设备[10，16]，均是首先在工作面钻一大孔，远离应力扰动区域后在孔底钻一先导孔；然后将设备置于先导孔中，再下入大钻头进行应力解除操作；……