【金点子】井底应力解除结合数字图像相关法测量水平地应力

1. 目的

地应力是页岩气勘探开发研究中涉及的一项重要参数。原岩地应力测量方法目前主要包括应力解除法和水压致裂法两种。其中前者测试深度相对较浅，需要足够的地下空间容纳空心包体应力计设备；后者虽不受测试深度的限制，但求取最大水平应力时则需要给出抗张强度、破裂压力等参数，不确定度较大。为了给页岩气井位部署、压裂设计及套管变形风险预测等提供更可靠的基础数据，笔者采用井底应力解除结合数字图像相关法来测量水平应力的大小和方向，以期提高测量的精确度和快捷度，并且为岩心实验结果提供实测数据，以便于其修正或印证。

2. 方法

钻直井至测量目的层，首先采用磨铣工具平整井底表面，然后冲洗井底并使用井下成像仪对井底表面进行照明和拍照，结果显示井底表面有磨铣工具形成的散斑。接着在井底钻出如图1 所示的环形沟槽和中心孔，解除作用在岩柱上的水平地应力。冲洗井底后，再次使用井下成像仪对井底表面进行照明和拍照。由于应力解除前后获得的图像来自两次拍摄过程，镜头的位置、角度都有可能发生变化。因此后续处理过程中，首先要以井筒为特征对两幅图像进行配准。最后，以中心孔为极点建立井底平面极坐标，通过数字图像相关法获得任意极角上的应变。显然， 应变最大的方向 θ _x 为最大水平应力 σ _x 的方向，应变为 ε _x 。 应变最小的方向 θ _y 为最小水平应力 σ _y 的方向，应变为 ε _y 。设杨 氏模量为 E 、泊松比为 λ ，根据弹性力学理论可计算求得水平 应力值。

作者简介 ：  周拿云,中国石油西南油气田公司页岩气研究院

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特约栏目主编： 王颂夏

编辑   董莎