原位地应力评价（大小和倡导）对水平井场所、井网移交、井径优化、水力压裂想象与施工等皆至关热切。地应力要求限度着岩石对水力压裂的反映，影响复古剂间隙的导流才调，对水平井产能有着根蒂的影响。

关于非定向页岩岩芯来说，原位地应力评价包括三向主应力（垂向、最洪流平、最小水平）大小的缠绵和倡导的判识。水平主应力倡导的判识分为岩芯定向和水平主应力倡导测定两个神气，若领受定向取芯则无需岩芯定向测试，岩芯定向主要领受古地磁定向门径，而水平主应力倡导测定领受声学门径。

水平主应力大小的缠绵有两种门径，一是岩石力学推行参数缠绵，二是Kaiser效应门径。基于以上测试门径，已诞生古地磁定向+声波速率测定水平应力倡导、岩石力学参数缠绵地应力大小和Kaiser效应缠绵地应力大小的齐备推行经由和门径，提供地应力评价期间干事。以下简要先容推行旨趣、门径和愚弄案例。

推行旨趣

（一）古地磁定向笃定岩芯场所

古地磁定向的筹画是笃定岩芯的原地场所角，通过测定自然岩芯中的粘滞剩磁笃定其与当代地磁北极的偏角，聚集地舆北极和地磁南极的夹角，就能收复岩芯在地下的原始场所。当代地磁北极与地舆北极的夹角可参考海外地磁与空气能源学协会发布的海外地磁参科场。

（二）声波速率测定水平主应力倡导

岩芯在地下的原始场所笃定之后，惟有笃定岩芯上水平主应力倡导，即可收复水平主应力在地下的原始场所。岩石在地层原位应力要求下处于压缩景况，岩石的间隙和孔隙在不同方进取受到不同进度的压缩。最洪流平主应力倡导具有最大压缩，而最小水平主应力倡导具有最小压缩。

岩芯从地层中取出将产生弹性应力开释，导致岩石内微间隙的发育。微间隙延长倡导与最洪流平主应力倡导基本一致，因为该方进取压缩最大。由于声波速率和衰减对间隙极其明锐，因此间隙会导致声波速率的各向异性。这种各向异性在岩芯上得以保留，其测量效用可用于笃定岩芯模范上水平主应力倡导，最洪流平主应力倡导声波速率最小，而最小水平主应力倡导声波速率最大。

（三）岩石力学参数缠绵地应力大小

三向主应力分裂指上覆地层应力、最小水平主应力和最洪流平主应力。上覆地层应力也叫垂直应力，是由上覆地层重量引起的，要是上覆地层的平均密度为ρa，则上覆应力σv可由以下公式缠绵：

Z为深度，ρa为地层密度，领受密度测井数据缠绵可得回更准确的上覆应力。

页岩的岩石力学性质（杨氏模量、泊松比等）在水和睦垂直方进取具有各向异性。基于岩石力学参数缠绵最洪流平主应力和最小水平主应力的公式如下：

Eh,v，νh,v分裂暗示水和睦垂直方进取的杨氏模量和泊松比；pp暗示孔隙压力，通过地层测试或压力收复测试得回；αh,v暗示水和睦垂直方进取的灵验应力系数；kh为编削系数（与区域构造应力联系）。

水和睦垂直倡导岩芯试样的单轴压缩推行测定杨氏模量和泊松比。灵验应力系数的笃定需要试样体积模量和构成试样的颗粒体积模量，水和睦垂直倡导岩芯试样的单轴压缩推行提给水和睦垂直方进取的体积模量，而颗粒体积模量可由矿物性质估算。编削系数可字据现场面层压裂考试的间隙闭合压力缠绵。

（四）Kaiser效应缠绵地应力大小

Kaiser效应的基甘愿趣是，当材料受到荷载时，当施加的应力出奇之前所资格的最大应力时，材料会发出声辐照。使用Kaiser效应进行岩石地应力估算，需要在室内对岩芯进行单轴压缩考试。当推行施加的应力达到之前施加的最大原位应力，即Kaiser效应点时，试样将着手发出声辐照信号，该Kaiser效应应力水平暗示最大当然施加应力的一个重量。

Kaiser效应的地质应器具有较多的达成，最初构造应力地区不适用Kaiser效应，在无构造应力地区垂向应力为岩石强度的50%-100%边界内可适用Kaiser效应，它纪录了最大埋深的垂向应力。要是地层发生过塑性过程，Kaiser效应不可领受。因此，不行事前设定Kaiser效应测量的应力是地层现时的应力景况。

推行门径

（一）古地磁定向推行

关于非定向取芯的岩芯样品，地应力评价的第一步即是要收复岩芯样品在地下的场所角，需要领受古地磁定向门径。古地磁测试推行室由磁屏蔽空间、磁矢量系统、退磁系统等构成，如下图。

古地磁定向推行分为试样制作、剩磁测定和磁偏角缠绵三步。试样制作是推行凯旋的前提，用于古地磁测试的样品要幸免高和睦金属（会使样品消磁）。制样前，最初在岩芯柱面上绘图一条平行于岩芯轴线的倡导记号线，这条记号线是地应力倡导和大小测试的共同参考线。然后截短岩芯，沿岩芯轴线倡导钻取直径25mm的圆柱形试样，钻取过程领受净水冷却，钻取后的试样进一步加工成长度25mm的圆柱，并绘图与岩芯疏导倡导的记号线。为了愈加准确的得回场所角，确保每个岩芯制备10个以上的模范试样。

古地磁定向所以剩磁水平重量笃定磁北极场所，领受右手坐标系。最初对制备好的每个试样进行剩磁测量，以试样记号线与旋转磁力仪磁北极的夹角o、90o、180o、270o测试四次，取平均值暗示试样开动景况下的剩磁向量（xi, yi, zi）。再对试样进行第一次热退磁，热退磁后的试样当然冷却之后再次进行疏导的剩磁测量。热退磁肇始温度一般为150℃，以50℃递加，直到终末一次剩磁强度与开动剩磁强度收支2个数目级，住手退磁剩磁测量。那么，每个试样得回了几许个剩磁向量，将这些剩磁向量投影到正交投影图上，拟合后得回退磁过程弧线，这条弧线与Z轴的夹角为磁倾角，在XY平面上的投影与X轴的夹角为磁偏角。因此，每块岩芯字据模范试样的数目可得回相应数目的剩磁效用。

将这些剩磁效用导入REMASOFT古地磁数据措置软件，投影到赤平面上，领受Fisher统计门径得回岩芯的磁偏角。

（二）全直径岩芯圆周波速测量

我公司领受GCTS CVA-100圆周波速测定仪在全直径岩芯圆周方进取每隔15o测量声波速率，声波速率最小倡导即为全直径岩芯上最洪流平主应力倡导。

（三）岩石压缩推行

主应力缠绵所用到的岩石力学参数（杨氏模量、泊松比、灵验应力系数）由岩石压缩推行所得回。我公司领受英国INSTRON通用测试系统进行圆柱试样的压缩推行，推行过程中同步监测轴向和径向应变，得回应力-应变弧线，缠绵杨氏模量和泊松比。杨氏模量是轴向应力与轴向应变之比，泊松比是径向应变与轴向应变之比。

关于页岩岩芯来说，需要得回垂直和水平两个倡导的弹性参数，因此需要在全直径岩芯上沿水普通向和垂直倡导钻取圆柱试样分裂测试水和睦垂直方进取的杨氏模量（Eh,Ev）和泊松比（νh,νv）。

（四）灵验应力系数

灵验应力系数，又称Biot系数，与岩石体积模量与构成岩石的矿物颗粒体积模量联系，其抒发式为：，K为岩石体积模量，Ks为矿物颗粒体积模量。岩石体积模量具有各向异性，页岩水和睦垂直方进取的体积模量（Kh, Kv）可由弹性参数（杨氏模量和泊松比）缠绵，公式如下：

矿物颗粒体积模量Ks不错由构成岩石的矿物性质进行估算，触及参数包括全岩矿物构成（XRD数据）、矿物的体积模量和剪切模量，再字据Voigt-Reuss-Hill门径缠绵Ks。那么，水和睦垂直方进取的灵验应力系数（αh, αv）由以下公式缠绵：

（五）单轴压缩+声辐照推行

领受Kaiser效应估算原位地应力大小，推行室中对岩芯试样进行单轴压缩考试的同期，监测声辐照事件。如下图所示，在试样径向对称装配一双声辐照探头，用于监测试样压缩过程中的声辐照事件。声辐照事件马上增多所对应的轴向应力即为岩芯对此方进取所资格的最大应力水平。

为了得回原地三向应力场，需要在岩芯上钻取4个直径25mm，长度50mm的模范试样，其中一个试样平行岩芯轴线，其他三个试样垂直岩芯轴线，且夹角为45o，如下图。

每个试样Kaiser效应点对应的应力为，字据以下公式缠绵最大和最小水深谷应力：

推行经由

上述门径组合，可得到两条地应力评价推行经由，一条是古地磁定向+声波速率判识地应力倡导，岩石弹性参数缠绵地应力大小；另一条是古地磁定向+Kaiser效应推行笃定地应力大小和倡导。

(I)古地磁定向+声波速率判识地应力倡导，岩石弹性参数缠绵地应力大小

最初得回一块全直径岩芯样品，沿径向截面切割样品，保握盘曲端面平行，此时样品长径比>1.2。在岩芯柱面上绘图一条平行于岩芯轴线的倡导记号线，并将此记号线延长到端面过圆心倡导，在端面上绘图一系列平行线，如下图所示。

最初，对上述准备好的全直径岩芯进行圆周声波速率测试。将岩芯装配到GCTS CVA-100圆周波速测定仪，岩芯倡导记号线瞄准圆周波速测定仪 o刻线，将测试探头 o-180 o对称装配在岩芯圆周上，在垂进取测试多个位置后取平均值暗示波速。接下来将岩芯沿顺时钟倡导远隔旋转15o，类似上述测试过程。终末得回岩芯圆周方进取每隔15 o的速率弧线，如图5。圆周上波速最小位置即为最洪流平应力倡导，纪录最洪流平应力倡导与 o记号线之间的夹角α。

接下来，对全直径岩芯进行加工，制作古地磁与岩石力学测试的直径25mm圆柱体试样。关于页岩样品，常常领受轮回水冷却线切割情势先截取长度50mm岩芯，再沿岩芯轴线倡导切出不少于1个长度22-25mm的圆柱体试样进行古地磁测试。值得把稳的是，用于古地磁测试的圆柱体试样在与岩芯疏导倡导的端面上移植疏导倡导的平行线，以便简略将古地磁定向同步至全直径岩芯。剩余岩芯样品中沿水和睦垂直倡导分裂切出几许个（≥3个）长度50mm的圆柱体试样进行三轴压缩推行。

古地磁定向参考推行门径（一）笃定岩芯记号线与地磁北极的夹角β。由当代地磁北极与地舆北极之间夹角、岩芯记号线与地磁北极的夹角和岩芯最洪流平应力与岩芯记号线之间夹角，就不错笃定最洪流平应力的地舆场所角。三轴压缩推行对水和睦垂直方进取的试样分析进行，同期测量径向和轴向的应变，字据公式（4）缠绵杨氏模量和泊松比，领受多个样品的平均值暗示垂直和水普通进取的杨氏模量和泊松比，再由公式（5）缠绵垂直和水普通进取的体积模量，公式（6）缠绵垂直和水普通进取灵验应力系数，终末由公式（2）和（3）缠绵最大和最小水平应力。

(II)古地磁定向+Kaiser效应推行笃定地应力大小和倡导

最初得回一块全直径岩芯样品，沿径向截面切割样品，保握盘曲端面平行，此时样品长径比>1.2。在岩芯柱面上绘图一条平行于岩芯轴线的倡导记号线，该记号线是古地磁和声辐照推行共同的参考线。将此记号线延长到端面过圆心倡导，在端面上绘图一系列平行线，如图9所示。

接下来，对全直径岩芯进行加工，制作古地磁与声辐照推行的直径25mm圆柱体试样。关于页岩样品，常常领受轮回水冷却线切割情势先截取长度50mm岩芯，再沿岩芯轴线倡导切出不少于1个长度22-25mm的圆柱体试样进行古地磁测试。值得把稳的是，用于古地磁测试的圆柱体试样在与岩芯疏导倡导的端面上移植疏导倡导的平行线，以便简略将古地磁定向同步至全直径岩芯。声辐照Kaiser效应推行需要制备4个长度50mm的圆柱体试样，1个圆柱体试样平行轴线，3个圆柱体试样水普通向，以记号线为登程点o、45o、90o三个倡导（图8）。

古地磁定向参考推行门径（一）笃定岩芯记号线与地磁北极的夹角β。由当代地磁北极与地舆北极之间夹角、岩芯记号线与地磁北极的夹角和岩芯最洪流平应力与岩芯记号线之间夹角，就不错笃定最洪流平应力的地舆场所角。