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摘要：在地下岩体结构中普遍存在的地应力，会对区域地下结构的稳定性带来主要影响。在进行钻井施工等岩土工程施工中，地应力是导致岩土结构出现变形、产生破坏的主要作用力。钻井施工中为保证地下施工的深部结构稳定性，需要利用深部地应力测试技术来掌握岩体力学分布规律和变化特点。本文对深部岩体地应力分布规律进行分析，结合钻井工程施工需要，提出了深部地应力测试技术的应用方向和措施，旨在提高钻井工程施工的科学化水平。
关键字：深部地应力 测试技术 钻井工程 应用
在钻井工程施工深度不断加深的条件下，地应力对钻井稳定性影响越来越突出。深部地应力测试技术能有效掌握钻井施工中地应力的分布和变化情况，为施工设计和决策提供参考依据，避免深部地应力对钻井施工带来井壁变形、破坏等问题。本文在对深部岩体地应力分布规律进行分析基础上，结合钻井工程施工需要，提出了深部地应力测试技术应用于钻井工程的方向和措施，旨在提高钻井工程施工科学化水平。
1 深层岩体地应力影响因素
在地下深层岩体结构中，会因为地壳运动引起的大陆板块挤压、碰撞或者是地层深层的火山、地震等自然现象，导致地层深度岩层的结构、成分、压力等指标各不相同，岩层内部的自重和结构变化导致应力出现变化，从而形成深部岩体较为复杂的初始应力场。深层岩体的地应力主要受到以下因素影响：一是岩体周围的岩体结构带来的影响，如上层岩层的重量会对深层岩体产生垂直应力，岩体构造发生运动会产生水平应力。由于深层岩体构造比较复杂，地应力分布会出现分布不规律、变化比较复杂的情况，多种因素作用下的長时间大范围的构造运动，是决定深层岩体地应力初始大小的决定因素。二是剥蚀作用会决定深层岩体的地形地貌，影响地应力的释放和积累情况。剥蚀作用发生之前，岩体内部的应力是原始应力;在发生作用之后，深层岩体的水平应力不会有太大变化，但在垂直应力过度释放的情况下，岩体内部会出现局部地应力超过自重应力的状态。三是地下水的压力、温度等效应会影响地应力分布。当深层岩体裂缝中的地下水产生的压力和周边岩体骨架应力出现应力耦合叠加时，水平地应力会持续增加。如果地下水存在局部温差，形成的温度应力和岩体自重压力叠加就会增加垂直应力。
2深层地应力分布规律
从中国现代构造应力场研究成果可以发现，国内地质构造的应力在一些划分的区域范围内，地应力变化较小，呈现总体稳定状态。在钻井工程施工中可以发现，施工井位于山区、地震带等部位时，地应力变化比较显著。深层地应力的分布和时间、空间指标关系非常密切，地应力的大小和方向会呈现跟随变化的情况。在地震带这种地应力比较复杂的区域，地应力变化比较频繁，而非地震带区域的地应力分布比较均匀而稳定。地应力会受到地震活动的周期影响，在地震发生前出现地应力持续上升，地震发生之后地应力快速下降，这说明地应力的分布是地下地质运动在时空效应下产生的累积效果。
3地应力测试技术
地应力测量技术主要是为准确获得地应力的分布情况，采用多种技术获取地下深部岩体的各种原始参数指标，通过技术分析来对地应力分布规律和特点进行研究。地应力测试技术的研究成果能对地应力分布进行仿真模拟，从而为地下岩土施工如钻井工程施工等提供地应力的真实资料，指导施工安全推进。目前地应力测试技术主要有直接测量和间接测量两种。其中，直接测量技术是利用专业的测量仪器和设备对地应力在补偿、恢复和平衡等状态下的应力量进行测量后，再利用应力值和岩体的关系公式来计算得出应力数值。常见的直接测量技术有水压裂法、扁千斤顶法和声发射法等。间接测量技术是在传感器技术比较成熟后发展起来的新技术，是利用传感元器件来测量和应力有关系的间接物理量，再通过间接物理量和应力通过函数计算得出岩体的应力值。目前间接物理量主要由岩体的变形情况、密度、渗透性、吸水性、电阻、电容等十几种。间接测量技术最关键的是确定间接物理量和应力之间的函数关系，比较常见的方法有局部应力接触法、地球物理探测法、套孔应力接触法等技术类型。
4 深度地应力测试技术及应用
深度地应力测量因深度地层结构的复杂性和特殊性，导致应力测试结果受到多种因素影响。为提高深度地应力测量的真实性和可靠性，国内外都在尝试利用综合测试技术进行深度地应力测量。目前常见的深部地应力综合测试技术主要有三大类。第一种是岩芯地应力测试技术，第二类是测井资料地应力技术，第三类是水利压裂地应力测试技术。这三种深部地应力综合配套测试技术在钻井工程的深部地应力测量中都有应用。深度地应力测试技术应用目的是对钻井井壁的稳定性进行测定，对钻井不同方位和井壁稳定性进行全面系统的综合评价，从而为后续钻井施工中的井位置、井平台、井斜度和泥浆指标进行优化。深度地应力测试技术能有效减少钻井施工的成本支出，减少井壁出现变形、坍塌等安全事故，保证钻井工程安全运行，提高钻井施工的经济效益。
深度地应力测试技术在钻井工程的应用，目前主要是构建地应力和钻井井壁的稳定性模型。钻井施工会因为井孔开钻破坏原有的深层地应力平衡状态，会因为地应力集中作用于井壁，导致井壁出现不稳定、不安全情况。深度地应力测试技术能通过对地应力的测量，构建影响钻井井壁稳定性的力学稳定性模型。通过对钻井孔周围的地应力情况、岩石力学特点进行分析，基于岩石强度理论来找出钻井井壁的力学稳定区域，通过对剪切破坏和张性破坏的指标测量，找到保证钻井井壁的力学稳定区域下所需要的钻井泥浆密度和液体压力，在计算机辅助分析下能大大提高模型的精度，有效促进安全钻井。从深度地应力测试技术的应用实践来看，该技术自上世纪50年代开始进行国内设备研究和研发以来，先后研制出了多代压磁式应力计、钻孔变形计等设备，为地应力测量工作奠定了良好技术基础。上世纪末，国内针对深部非线性岩体地应力测量进行专项攻关，基于精准测量、完全温度补偿测量理论，建立了深部岩体地应力实验标定方法体系，研发了岩体扰动应力长期监测系统，推进了深度地应力实时有效的监测应用。
钻井工程中进行深度地应力测量，是保证顺利安全施工的重要技术保障。加强对深度地应力测试技术的研究和应用，掌握深度地层岩体的应力场分布规律和实时状态，将为能源、资源开发提供更高质量的技术支撑。
参考文献：
[1]卢泽众.测试技术在钻井工程中的应用探究[J].科技风，2017（18）：91.
[2]贺永胜，王启睿，刘恩来，郭梦慧，范俊奇.深部岩体地应力分布及测试技术研究进展[J].防护工程，2021，43（04）：71-78.
[3] 张晓.基于地应力测量的地应力场研究[J].煤矿开采，2018，17（02）：23-25+60.
关键字：深部地应力 测试技术 钻井工程 应用
在钻井工程施工深度不断加深的条件下，地应力对钻井稳定性影响越来越突出。深部地应力测试技术能有效掌握钻井施工中地应力的分布和变化情况，为施工设计和决策提供参考依据，避免深部地应力对钻井施工带来井壁变形、破坏等问题。本文在对深部岩体地应力分布规律进行分析基础上，结合钻井工程施工需要，提出了深部地应力测试技术应用于钻井工程的方向和措施，旨在提高钻井工程施工科学化水平。
1 深层岩体地应力影响因素
在地下深层岩体结构中，会因为地壳运动引起的大陆板块挤压、碰撞或者是地层深层的火山、地震等自然现象，导致地层深度岩层的结构、成分、压力等指标各不相同，岩层内部的自重和结构变化导致应力出现变化，从而形成深部岩体较为复杂的初始应力场。深层岩体的地应力主要受到以下因素影响：一是岩体周围的岩体结构带来的影响，如上层岩层的重量会对深层岩体产生垂直应力，岩体构造发生运动会产生水平应力。由于深层岩体构造比较复杂，地应力分布会出现分布不规律、变化比较复杂的情况，多种因素作用下的長时间大范围的构造运动，是决定深层岩体地应力初始大小的决定因素。二是剥蚀作用会决定深层岩体的地形地貌，影响地应力的释放和积累情况。剥蚀作用发生之前，岩体内部的应力是原始应力;在发生作用之后，深层岩体的水平应力不会有太大变化，但在垂直应力过度释放的情况下，岩体内部会出现局部地应力超过自重应力的状态。三是地下水的压力、温度等效应会影响地应力分布。当深层岩体裂缝中的地下水产生的压力和周边岩体骨架应力出现应力耦合叠加时，水平地应力会持续增加。如果地下水存在局部温差，形成的温度应力和岩体自重压力叠加就会增加垂直应力。
2深层地应力分布规律
从中国现代构造应力场研究成果可以发现，国内地质构造的应力在一些划分的区域范围内，地应力变化较小，呈现总体稳定状态。在钻井工程施工中可以发现，施工井位于山区、地震带等部位时，地应力变化比较显著。深层地应力的分布和时间、空间指标关系非常密切，地应力的大小和方向会呈现跟随变化的情况。在地震带这种地应力比较复杂的区域，地应力变化比较频繁，而非地震带区域的地应力分布比较均匀而稳定。地应力会受到地震活动的周期影响，在地震发生前出现地应力持续上升，地震发生之后地应力快速下降，这说明地应力的分布是地下地质运动在时空效应下产生的累积效果。
3地应力测试技术
地应力测量技术主要是为准确获得地应力的分布情况，采用多种技术获取地下深部岩体的各种原始参数指标，通过技术分析来对地应力分布规律和特点进行研究。地应力测试技术的研究成果能对地应力分布进行仿真模拟，从而为地下岩土施工如钻井工程施工等提供地应力的真实资料，指导施工安全推进。目前地应力测试技术主要有直接测量和间接测量两种。其中，直接测量技术是利用专业的测量仪器和设备对地应力在补偿、恢复和平衡等状态下的应力量进行测量后，再利用应力值和岩体的关系公式来计算得出应力数值。常见的直接测量技术有水压裂法、扁千斤顶法和声发射法等。间接测量技术是在传感器技术比较成熟后发展起来的新技术，是利用传感元器件来测量和应力有关系的间接物理量，再通过间接物理量和应力通过函数计算得出岩体的应力值。目前间接物理量主要由岩体的变形情况、密度、渗透性、吸水性、电阻、电容等十几种。间接测量技术最关键的是确定间接物理量和应力之间的函数关系，比较常见的方法有局部应力接触法、地球物理探测法、套孔应力接触法等技术类型。
4 深度地应力测试技术及应用
深度地应力测量因深度地层结构的复杂性和特殊性，导致应力测试结果受到多种因素影响。为提高深度地应力测量的真实性和可靠性，国内外都在尝试利用综合测试技术进行深度地应力测量。目前常见的深部地应力综合测试技术主要有三大类。第一种是岩芯地应力测试技术，第二类是测井资料地应力技术，第三类是水利压裂地应力测试技术。这三种深部地应力综合配套测试技术在钻井工程的深部地应力测量中都有应用。深度地应力测试技术应用目的是对钻井井壁的稳定性进行测定，对钻井不同方位和井壁稳定性进行全面系统的综合评价，从而为后续钻井施工中的井位置、井平台、井斜度和泥浆指标进行优化。深度地应力测试技术能有效减少钻井施工的成本支出，减少井壁出现变形、坍塌等安全事故，保证钻井工程安全运行，提高钻井施工的经济效益。
深度地应力测试技术在钻井工程的应用，目前主要是构建地应力和钻井井壁的稳定性模型。钻井施工会因为井孔开钻破坏原有的深层地应力平衡状态，会因为地应力集中作用于井壁，导致井壁出现不稳定、不安全情况。深度地应力测试技术能通过对地应力的测量，构建影响钻井井壁稳定性的力学稳定性模型。通过对钻井孔周围的地应力情况、岩石力学特点进行分析，基于岩石强度理论来找出钻井井壁的力学稳定区域，通过对剪切破坏和张性破坏的指标测量，找到保证钻井井壁的力学稳定区域下所需要的钻井泥浆密度和液体压力，在计算机辅助分析下能大大提高模型的精度，有效促进安全钻井。从深度地应力测试技术的应用实践来看，该技术自上世纪50年代开始进行国内设备研究和研发以来，先后研制出了多代压磁式应力计、钻孔变形计等设备，为地应力测量工作奠定了良好技术基础。上世纪末，国内针对深部非线性岩体地应力测量进行专项攻关，基于精准测量、完全温度补偿测量理论，建立了深部岩体地应力实验标定方法体系，研发了岩体扰动应力长期监测系统，推进了深度地应力实时有效的监测应用。
钻井工程中进行深度地应力测量，是保证顺利安全施工的重要技术保障。加强对深度地应力测试技术的研究和应用，掌握深度地层岩体的应力场分布规律和实时状态，将为能源、资源开发提供更高质量的技术支撑。
参考文献：
[1]卢泽众.测试技术在钻井工程中的应用探究[J].科技风，2017（18）：91.
[2]贺永胜，王启睿，刘恩来，郭梦慧，范俊奇.深部岩体地应力分布及测试技术研究进展[J].防护工程，2021，43（04）：71-78.
[3] 张晓.基于地应力测量的地应力场研究[J].煤矿开采，2018，17（02）：23-25+60.