【地方标准(DB)】 原地应力测量 水压致裂法和套芯解除法技术规范

ICS 91.120.25
DB14T板栗南瓜标准
备案号：7888-2001
中华人民共和国地震行业标准
DB/T14-2000
原地应力测量
水压致裂法和套芯解除法
技术规范
Codeofhydraulicfracturingand overcoringmethodforin-situstressmeasurement
地震标准
本电子版不作为法定技术文件，请以地震出版社出版的正式标准文本为准。2000-11-29 发布
中国地震局
2001-05-01实施
DB/T 14-2000
水压致裂法
套芯解除法
附录A（标准的附录）套芯解除法地应力计算建议方法.
DB/T 14-2000
本标准根据我国原地应力实测技术现状、参考国际岩石力学学会（ISBM）试验方法委员会确定岩石应力的建议方法、岩土工程试验监测手册以及国内外原地应力实测经验和成果制定。本标准包括水压致裂法和套芯解除法两种测量方法。本标准由中国地震局提出
本标准由全国地震标准化技术委员会归口本标准起草单位：中国地震局地壳应力研究所本标准主要起草人：王建军、李方全、陈群策、苏恺之、杨树新。
地震标准
中华人民共和国地震行业标准
原地应力测量
水压致裂法和套芯解除法
技术规范
Codeof hydraulic fracturing and overcoringmethod for in-situ stress measurement1范围
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本标准规定了用水压致裂法和套芯解除法测量原地应力的技术方法和技术要求。地需标准
本标准适用于各类岩体工程需要原地应力资料场点的测量，水压致裂法适用于测量深度大于50m的情况，套芯解除法适用于需要获知三维主应力大小和方向的情况。2定义
本标推采用下列定义。
2.1原地应力in-situ stress
未经人类活动扰动存在于地壳内部的应力。2.2封隔器
packer
用于封隔孔段的圆柱形器其。
中国地震局2000-11-29批准bzxZ.net
2001-05-01实施
2.3封隔段test interval
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一对跨接式封隔器密封形成的测量孔段。2.4 座封 packer setting
向一对跨接式封隔器注液加压（简称注压），使之膨胀，紧贴孔壁形成封隔段的过程。
水压致裂hydraulicfracturing
向封隔段内注压致使封隔段孔壁产生破裂的过程。2.6
initial breakdownpressure
始破裂压力
使封段孔壁产生张性破裂的液压或泵压，即临界破坏压力见图1)。
瞬时关闭压力instantaneous shut-in pressure2.7
在孔壁破裂后停止注压并保持压裂回路密闭的情况下裂缝停止延伸趋于闭合时，封隔段内保持裂缝张开时的平衡压力（见图1）。2.8破裂重张压力fracturereopeningpressure再次对封隔段注压使破裂重新张开的压力（见图1）。2.9孔隙水压力porewaterpressure存在于岩体孔隙中水的压力。
初始破裂压力，P
破裂重张压力，P
瞬时关闭压力P，
图1水压致裂压力时间记录曲线
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2.10岩体抗张强度tensionstrengthofrock封隔段围岩抵抗拉张破坏的强度。2.11单回路压裂系统singlecircuithydraulicfracturingsystem由一个高压泵通过单一的管线（钻杆）向封隔器注压座封后，经井下转换开关转换为向封隔段注压压裂的测量系统。2.12双回路压裂系统doublecircuitshydraulicfracturingsystem由高压泵通过两条管线（钻杆和高压胶管），分别向封隔器注压座封及向封隔段注压压裂的测量系统2.13印模impressingQUAk
将带有定向装置的印模器置人已压裂的孔段，注压膨胀印模器使水压致裂产生的破裂在印模器上留下印痕的过程2.14套芯解除
overcoring
将测量传感器安装在钻孔孔底的测量小钻孔中并观测读数，然后在测量小钻孔外同心套钻钻取岩心，使岩心与围岩脱离的过程。2.15元件定向componentorienting准确定应力测量时传感器上各元件在钻孔中的方位和倾角。2.16钻孔孔径变形法boreholedeformationmethod通过套钻钻进测量套芯解除前后小钻孔孔径变形，确定地应力的一种方法。
2.17孔壁应变法boreholewall strainmethod借助粘贴在钻孔孔壁上的电阻应变片，根据套钻钻进测量套芯解除前后小钻孔孔壁表面应变变化，由弹性理论计算岩体中某点的地应力状态的方法。
3符号
本标准采用下列符号。
H一地面下测段的深度或钻孔内测段的深度；3
岩体的容重；
Po———孔隙水压力;
Ps——初始破裂压力;
瞬时关闭压力；
破裂重张压力；
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岩石原地抗张强度：
垂直向应力；
最大水平主应力：
一最小水平主应力：
α、α、
β1、β2、β3
GxQy，
个主应力值；
三个主应力的倾角；
一三个主应力的方位角；
垂直钻孔轴线平面内的最大、最小主应力；z
应力张量的六个独立分量；
E-—岩石弹性模量地震标准
—岩石泊松比；
t—时间;
孔径变形计标定系数；
最终稳定应变值；
初始应变值；
0 450、 900 -
的变形值：
钻孔变形计0°、45°、90°三个方向压磁应力计内不同方向元件的记录应力值：压磁应力计测量方向元件的标定曲线的斜率：一压磁元件记录应力值计算系数：AV.
一解除前后压磁应力仪读数的变化值：一第电阻片解除应变测定值；
4总则
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解除后第表电阻片应变仪读数：解除前第电阻片应变仪读数。
原地应力测量的测点应按下列原则选择：4.1
测点应根据项自的目的和要求进行选择；测点的位置应避开岩体破碎的地块；测点的位置应避开应力扰动区。4.2原地应力测量的测段应按下列原则选择：一地面钻孔第一测段深度应在基岩风化带以下；一内钻孔第一测段深度应超过岩断面直径（或最大宽度或高度）的2～3倍；
测段应选在岩石完整且无孔壁崩落孔段，应避开原生裂隙密布的孔段；
测段设置应兼顾研究需要和工程布置设计。4.3原地应力测量的钻孔应满足以下要求：一一地表钻孔表土段和易塌孔的基岩风化段应下套管；钻孔倾斜度每百米应不超过1°，孔径变化应不超过设计孔径3mm：
全钻孔取岩心并进行准确编录，编录内容应包括钻进回次、深度、岩心采取率、岩性描述等；一一应详细记录钻进过程中遇到的缩径、塌孔、涌水量突变及钻孔事故；
测量前应进行钻孔检查，检出缩径、超径和孔壁崩落孔段，测定终孔深度。
4.4现场测量技术人员应满足以下要求：现场测量工作应由地应力测量高级专业技术人员负责，确定专5
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人记录测量数据，仪器设备操作人员应经专业技术培训和安全培训。5水压致裂法
5.1水压致裂法现场测量技术要求5.1.1测量设备配置及要求
1）封隔器的长度宜为1m。两个跨接式封隔器相连构成的封隔段长度应不小于测量钻孔孔径的5倍；2）压力泵的额定工作压力宜不小于25MPa。对于深部（深度大于500m）或高应力地区，其额定工作压力应大于35MPa。高压泵在额定工作压力下应保持不小于4L/min的稳定流量；3）压力传感器的精度应优于0.5%，量程范围宜为(0~60)MPa；4）流量传感器的量程应不小于20L/min，记录精度优于0.5Lming
5）印模器的胶筒长度应不小于1m。采用磁罗盘定向器，记录地震标准
精度应优于3°
6）数据记录应采用X-Y记录仪，宜配备数字式数据采集器。5.1.2测量设备的检查与标定
5.1.2.1连接件、钻杆检查与试压及测量设备渗漏检查在压裂试验之前，应对测量所用的压力泵、压力和流量传感器、钻杆及连接件进行渗漏试验。试验压力应大于12MPa。合格的钻杆应进行编号并记下长度。
5.1.2.2测量设备标定
1）压力传感器使用前应采用计量检定合格的标准压力表校，在预定达到的压力范围内完成升压及降压两个循环的标定：2）流量传感器使用前应采用计量检定合格的标准流量计校准，在预定流量范围进行两个回次的标定；3）数据采集及记录系统使用前应连接压力及流量传感器，进行6
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两次数据采集及记录系统的检查。5.1.3压裂系统选择及测段选定
1）钻孔孔径和测量深度适宜时，应优先选用双回路压裂系统；2）应依据4.2和工程实际需求，结合钻孔检查结果和岩心观察（或钻孔并下电视测量）确定各测段深度。每个钻孔宜不少于5个测段，或每100m不少于2个测段，在重要的深度范围宜适当加密测段。
5.1.4测量步骤及技术要求
5.1.4.1测量系统连接检查UAK
在进行测量操作之前，应检查测量设备、电路的连接是否正确，核对下人测量钻孔的钻杆编号。5.1.4.2座封
用一对封隔器（孔底可采用单封隔器）座封形成封隔段。座封压力视岩体条件和地应力大小而定，初始座封压力宜不小于6MPa。压裂过程中应跟踪监测座封压力，测量精度宜优于0.2MPa。世良物你
5.1.4.3压裂操作
1）注压：在整个测量系统安装及检查完毕后开始注压，在注压过程中宜保持不小于4L/min的恒定流量；2）关泵：水压致裂过程中，依据现场记录的压力-时间曲线判断孔壁破裂产生或破裂重张后即可关泵，观测关闭压力；3）卸压：在每个压裂回次完成后应完全卸压，使压力管路与大气连通。
5.1.4.4破裂重张循环的操作
1）重张时刻的判断：压力时间曲线上，压力上升速率减慢，压力开始降低、裂缝重张时即可关泵：2）每个重张循环含注压、关泵和卸压三个步骤，每个循环时间宜不少于2min；
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3）每个测段重张循环应不少于3次，两个循环之间的时间间隔宜不少于1min
4）钻孔深度超过500m时，每个循环时间、循环间隔时间、卸压时间应延长 1 ming
5.1.4.5测量破裂裂缝方位和倾角采用印模器或钻孔电视测量破裂裂缝方位和倾角。印模器应准确安放到先前压裂位置，使印模器膨胀的压力应接近破裂压力，印模器应紧贴井壁30min以上。取出印模器后应立即描下其印出的破裂印模，在印模展开图上标注基线位置。使用钻孔电视时，在压裂测量前、后皆应进行观测，拍摄测段孔壁照片5.1.5现场测量记录应包括以下内容：一测量地点、钻孔坐标或经纬度、编号、方位、倾角及终孔深度；
一一测段深度、注压压力-时间曲线、流量-时间曲线；一印模形态素描、破裂倾角及方位定向记录一测量中遇到的异常情况和事故。5.2水压致裂法测量数据处理
5.2.1压裂参数的确定
5.2.1.1关闭压力P，的确定
可根据测量曲线形态选用拐点法、单切线法、双切线法、流量压力法以及压力-时间的平方根法（P-1/2）、低流量泵进法等。对同一钻孔宜采用同一种确定关闭压力Ps的方法。5.2.1.2重张压力P,的确定
压力时间曲线上明显偏离线性关系处的压力值可定为重张压力P、，宜以第三次重张循环的重张压力值为准。5.2.1.3初始破裂压力P的确定
第一回次的峰值压力确定为初始破裂压力Pb。8
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