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用钻孔应变固体潮观测和探头内部加压力
以测定地层绝对面应力
骆鸣津
河南省地震局450000
摘要在文[2,3】的基础上,本文提出了一种通过探头内部加压的钻孔变观测,测定各岩层绝
对面应力的理论及方法。
关键词岩层绝对应力钻孔应变测量探头内部加压
本人曾在文[I]、[2]、[3]中讨论过测定钻孔所在地地层的绝对应力的测定原理及方
法。其基本思路是利用钻孔的空孔放大作用,在相同的变化应力作用下,空孔的直径变化比
实孔的直径变化大约大三倍(随泊松比I-而变),这一潜力实是诱人。我们利用已知朝汐应
力的周期变化,观测出在它作用下空钻孔的直径的周期变化,然后在空孔内加一已知压力,
相当于将空孔填实,再测出潮汐应力作用下实孔直径的周期变化,用两种观测出的钻孔直径
变化之比和所加孔壁压力,求出地层的绝对面应力。
在文[2]中假设耦合介质、仪器钢筒的弹性常数与所在地岩石相同,即为一层模型。在仪器
筒内加一已知径向应力与不加力的情况下,分别观测出钻孔应变变化、求其比,以测定地层
^
的绝对水平平均应力(面应力的一半)。经检验表明:当两种钻孔应变变化之比为÷时,
l—p
地层的面应力就等于仪器筒内所加的径向应力的两倍。由此证明此法可行。
考虑到设计一个能有探头内改变压力,并能保持稳定和可测定绝对压力的仪器会有一
定难度,因此在文[3]中考虑改变耦合应力,即改变对井壁和仪器探头所加压力(如水压),
·463
并能测定,观测出两种耦合应力情况下的钻孔应变,以求定地层绝对面应力。这一原理在文
[4]中得到旁证,根据气压和水位固体潮资料求出地下含水层的绝对压力。
在文[2]或[3]中对仪器探头的内壁或外壁施加径向应力——压力,仅能求出地层的绝
对面应力,而无方向性。若要求出地层的绝对地应力乃、疋和方向砂,只能按文[1]的办法
用仪器探头的测量顶头对筒壁加力的各种情况,测量钻孔的潮汐变化,但设计这种仪器是很
困难的。
近日池顺良先生说已能设计仪器筒内加稳定压力的办法,因此要对文[2]作实用化推
导,要将一层(岩层)模型变为岩层、耦合介质,仪器钢筒三层模型,三层为同轴圆管,每层各
自为均匀各向同性介质,这一模型的难点在于:①耦合介质的弹性常数是难以测定的,每次
下井可能都不一样。②地层的弹性常数一般用钻取的岩蕊弹性常数来代表,据固体潮和地
震波机理来看,应为围岩的平均常数才对。
用圆柱坐标系表示水平径向应力毋
矿,=虿1(盯。+盯:)+21--(fr。一盯:)c。s2(A一妒)(1)
表示的径向水平应变,即无孔(实孔)应变
(2)
e,=÷宁(q+叽)+丁1}笋(一。一a:)c。s2(A一妒)
探头内壁应力为零的情况下,地层应力作用于三层钻孔应变公式已在文[5]中导出,现
在写出仪器探头内壁上加一压力P。的情况下,地层应力作用下的钻孔应变e’,(n,A)
(3)
e,,(。,^+号)=龛(,。+a:)+争。+轰(吼一一:)cos2(A+詈一妒)
寺[e’,(。,A)+e,,(。,A+詈)】=÷[“’,(n,,i)+“’,(n,A+詈)】
=尝(¨叫+争。=R_。p。+争。 (4)
(5)
丢[e’,(n,A)一以(。,A+iqT)】=差(a。~叽)c。s2(A一驴)
式中Q
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