一种水平应力测量方法及装置与流程

技术特征：

1.一种水平应力测量方法，其特征在于，所述方法包括：

测量圆柱状待测量岩芯曲面上多个监测位置的滞弹性恢复应变值，以及获取所述待测量岩芯所在钻井的钻井参数，所述钻井参数包括泥浆压力、孔隙压力和岩石力学参数；

确定所述滞弹性恢复应变值与所述待测量岩芯的水平应变分量之间的比例关系；

根据所述滞弹性恢复应变值和所述比例关系，确定所述待测量岩芯的水平最大应变值和水平最小应变值；

根据所述水平最大应变值和所述水平最小应变值，确定所述待测量岩芯的水平最大应力值与水平最小应力值的比值；

根据所述泥浆压力、所述孔隙压力、所述岩石力学参数、所述待测量岩芯在岩石中所处深度的垂向应力和所述比值，确定所述待测量岩芯的水平应力的范围。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻井参数还包括：弹性模量、泊松比和热膨胀系数；

所述岩石力学参数包括岩石的单轴抗压强度或岩石的单轴抗拉强度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述泥浆压力、所述孔隙压力、所述岩石力学参数、所述待测量岩芯在岩石中所处深度的垂向应力和所述比值，确定所述待测量岩芯的水平应力的范围，包括：

根据所述垂向应力和所述孔隙压力，确定所述待测量岩芯的水平应力的第一范围；

根据所述岩石力学参数、所述孔隙压力、所述泥浆压力和所述比值，确定所述待测量岩芯的水平应力的第二范围；

确定所述水平应力的第一范围与所述水平应力的第二范围的交集；

将所述交集确定为所述待测量岩芯的水平应力的范围。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述垂向应力和所述孔隙压力，确定所述待测量岩芯的水平应力的第一范围，包括：

根据所述垂向应力和所述孔隙压力，通过公式(1)、(2)和(3)确定所述水平应力的第一范围；

$\frac{S_V-P_P}{{\mathrm{\σ}}_{h\min }-p_P}\≤{\[{({\mathrm{\μ}}^2+1)}^{1/2}+\mathrm{\μ}\]}^2---\left(1\right)$

$\frac{{\mathrm{\σ}}_{H\max }-P_P}{{\mathrm{\σ}}_{h\min }-P_P}\≤{\[{({\mathrm{\μ}}^2+1)}^{1/2}+\mathrm{\μ}\]}^2---\left(2\right)$

$\frac{{\mathrm{\σ}}_{H\max }-P_P}{S_v-P_P}\≤{\[{({\mathrm{\μ}}^2+1)}^{1/2}+\mathrm{\μ}\]}^2---\left(3\right)$

其中，在公式(1)、公式(2)和公式(3)中，S_V为所述待测量岩芯的在岩石中所处深度的垂向应力，P_P为所述待测量岩芯的孔隙压力，σ_Hmax为所述待测量岩芯的水平最大应力，σ_hmin为所述待测量岩芯的水平最小应力，μ为摩擦系数。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述岩石力学参数、所述孔隙压力、所述泥浆压力和所述比值，确定所述待测量岩芯的水平应力的第二范围，包括：

根据所述岩石的单轴抗拉强度或所述岩石的单轴抗压强度，确定所述待测量岩芯的钻孔周向应力的取值范围；

根据所述钻孔周向应力的取值范围和所述比值，通过公式(4)和公式(5)确定所述待测量岩芯的水平应力的第二范围；

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}\mathrm{\θ}}^{\min }=3{\mathrm{\σ}}_{h\min }-{\mathrm{\σ}}_{H\max }-P_m-P_P-{\mathrm{\α}}_T\mathrm{\Δ}T\frac{E}{(1-\mathrm{\ν})}---\left(4\right)$

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}\mathrm{\θ}}^{\max }=3{\mathrm{\σ}}_{H\max }-{\mathrm{\σ}}_{h\min }-P_m-P_P-{\mathrm{\α}}_T\mathrm{\Δ}T\frac{E}{(1-\mathrm{\ν})}---\left(5\right)$

其中，在公式(4)和公式(5)中，为所述钻孔周向应力的最小值，为所述钻孔周向应力的最大值，P_m为泥浆压力，α_T为热膨胀系数，ΔT为钻井泥浆与钻井的孔壁岩石的温度差，E为弹性模量，ν为泊松比。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述滞弹性恢复应变值与所述待测量岩芯的水平应变分量之间的比例关系，包括：

以所述待测量岩芯的底面的中点作为原点，以过所述中点的两条垂直线作为横轴和纵轴，以过所述中点的轴线作为竖轴，建立坐标系；

确定各个所述监测位置与所述待测量岩芯的底面平行的切线相对于所述坐标系的横轴和纵轴的方向余弦；

根据所述方向余弦确定所述滞弹性恢复应变值与所述待测量岩芯的水平应变分量之间的比例关系。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述滞弹性恢复应变值和所述比例关系，确定所述待测量岩芯的水平最大应变值和水平最小应变值，包括：

根据确定的所述滞弹性恢复应变值和所述比例关系，确定所述待测量岩芯的水平应变分量；

根据所述水平应变分量，确定所述待测量岩芯的水平最大应变值和水平最小应变值。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述水平最大应变值和所述水平最小应变值，确定所述待测量岩芯的水平最大应力值与水平最小应力值的比值，包括：

根据所述水平最大应变值和所述水平最小应变值确定待测量岩芯的平均应变值；

根据所述水平最大应变值、所述水平最小应变值和所述平均应变值，确定所述待测量岩芯的水平最大应力值和水平最小应力值的比值。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量圆柱状待测量岩芯曲面上多个监测位置的滞弹性恢复应变值，包括：

分别采集各个所述监测位置在多个预设时刻对应的应变值；

统计每个监测位置对应的应变值在多个预设时刻出现的次数；

将出现次数最多的所述应变值确定为所述监测位置对应的滞弹性恢复应变值。

10.一种水平应力测量装置，其特征在于，所述装置包括：

测量模块，用于测量圆柱状待测量岩芯曲面上多个监测位置的滞弹性恢复应变值；

获取模块，用于获取所述待测量岩芯所在钻井的钻井参数，所述钻井参数包括泥浆压力、孔隙压力和岩石力学参数；

第一确定模块，用于确定所述滞弹性恢复应变值与所述待测量岩芯的水平应变分量之间的比例关系；

第二确定模块，用于根据所述滞弹性恢复应变值和所述比例关系，确定所述待测量岩芯的水平最大应变值和水平最小应变值；

第三确定模块，用于根据所述水平最大应变值和所述水平最小应变值，确定所述待测量岩芯的水平最大应力值与水平最小应力值的比值；

第四确定模块，用于根据所述泥浆压力、所述孔隙压力、所述岩石力学参数、所述待测量岩芯在岩石中所处深度的垂向应力和所述比值，确定所述待测量岩芯的水平应力的范围。