澳大利亚地球科学局发布报告探讨水压致裂与诱发地震的关系

正2016年2月,澳大利亚地球科学局(Geoscience Australia)发布报告《水压致裂与诱发地震关系综述》(Review of hydrofracturing and induced seismicity),全面分析了澳大利亚水压致裂的应用及压裂过程中诱发地震的产生机制与影响,同时也分析了公众关心的与水压致裂相关的主要问题。1能源开发中的水压致裂与诱发地震     

水压致裂法原地应力测量及初步结果

水压致裂法是直接测量地壳较深部应力的有效方法.本文介绍了水压致裂法原地应力测量的基本原理、技术方法和主要的仪器设备;给出了1980年在河北省易县和1981年在江苏省新沂县两次野外实测试验结果;对所测得的原地应力的大小和方向及诱发裂缝形态进行了初步讨论;并将水压致裂法测量结果与套芯法结果做了对比.      

水压致裂压裂裂缝的扩展及其力学特性

引言 近几年来,我们对水压致裂法应力测量在室内外作了一些工作,并结合发现的问题做了水压致裂室内模拟实验。 实验发现,钻孔加压率对岩石表观破坏强度有相当大的影响,加压率大,破坏强度也大。其结果,必然影响水压致裂应力测量的精度。本文探讨和分析了造成这种影响的原因和规律。提出:水压致裂过程中的裂缝扩展的动力学特性是造成上述结果的主要原因。     

美刊载文谈地球应力场的现场测量

《美国地震情报通报》1978年第10卷6期刊登美国地质调查局佐伯克(Mark Zo-back)等人撰写的文章,题为《地球应力场的现场测量》,介绍几种测量现场实际应力的方法,着重描述水压致裂法,摘译如下:     

我国水压致裂法首次试验喜获成果

水压致裂法应力测量是近年来发展起来的一种测量地壳深部应力的新方法。由于这种方法不需要套芯和复杂灵敏的井下仪器,所以可以在深井中测量应力。它还具有不需精确了解岩石的弹性参量且在具有高的差应力的地区仍能测量等优点,因此愈来愈受到人们重视。 美国用水压致裂法进行了大量的深部应力测量,西德,日本也相继开展了水压致裂应力测量工作,取得了令人鼓午的结果。     

加拿大西部诱发地震的主因是水压致裂而非废水注入

正在美国中部石油和天然气生产过程中,由于废水的注入而引发了数以百计的小型地震,因此,有人将石油和天然气生产诱发的地震归因于废水注入。但是,在加拿大西部开展的研究结果表明,该地区地震是由生产过程中的水压致裂所致。2016年3月30日,《地震研究通讯》(Seismological Research Letters)刊发的文章《水压致裂与加拿大西部沉积盆地的地震活动》(Hydraulic fracturing and seismicity in the Western Canada sedimentary basin)报道了加拿大西安大略大学     

在同一钻孔中水压致裂法地应力测量与套钻孔应力解除法测量成果的比较

本文叙述了在同一钻孔中水压致裂法地应力测量和套钻孔应力解除法进行对比测量，获得基本一致实测成果的两个实例。     

联邦德国等国利用水压致裂和钻孔崩落研究地应力的近况

本文以笔者所了解的情况,介绍了联邦德国等国利用水压致裂和钻孔崩落研究地应力的近况。水压致裂应力测量目前值得注意的动态是:①世界上拥有小型轻便的软管水压致裂设备的研究小组愈来愈多;②联邦德国鲁尔大学地球物理研究所计划研制可用于更深的钻孔(6公里),并将井下超声电视、测震计与水压致裂封隔器装在一起的新设备;③利用一孔多段以至地点相近的多个钻孔的水压致裂数据,只用封闭压力和张开裂缝方位的观测值反推地应力大小和方向的参数;④破裂力学理论的初步应用。此外,在用钻孔崩落研究地应力方面的主要成就是,对有孔岩石标本所作的单轴压缩试验以及理论分析表明,崩落机制主要由岩壁张破裂(而不是剪切破裂)引起。     

水压致裂过程中的裂缝扩展——用封闭压力确定最小水平主应力

水压致裂应力测量的理论是建立在裂缝扩展方向仅受应力条件的控制,不管介质如何不均匀,最终裂缝扩展方向都沿着最大水平主应力方向,裂缝面垂直于最小水平主应力的基础上。在水压致裂模拟实验中,我们观察和分析了这一方面的问题,认为,水压致裂裂缝扩展方向基本满足上述要求,以封闭压力确定最小水平主应力,进而得到最大的水平主应力是可行的。     

水压致裂实验Eh效应研究

我们在福建南靖县汤坑进行了水压致裂实验的Eh效应观测。在我国,水压致裂实验已用于石油地质勘探,但用于地震水化效应Eh的观测研究还是首次。本文介绍了观测结果。1.实验场区的地球化学背景     

三峡工程原地应力测量及蓄水诱发地震探讨

为了研究三峡拟建水库蓄水诱发地震的可能性,1988年在三峡拟建坝址三斗坪附近的茅坪镇花岗岩体中进行了水压致裂应力测量.钻孔深度800m,在154—791m 深度中的16个深度段进行了水压致裂     

HF—1型岩石水压致裂三轴仪通过鉴定

HF——1型岩石水压致裂三轴仪鉴定会于1984年3月在广州召开,参加会议的有来自中国科学院、水电部、国家地震局的有关单位和一些高等院校等17个单位共24人。 HF——1型岩石水压致裂三轴仪是广东省地震局水库地震研究室为研究孔隙水压在水库地震震源机制的影响因素,于一九八○年开始研制的一种具有孔隙水压的三轴压力容器,八一年初研制成功并投入使用。经测试和几年来使用表明,HF——1型岩石水压致裂三轴仪密封性能良好,压力稳定,能保持三种压力系统的独立工作,其主要技术性能是:     

岩性、非均匀性、地形和断层对水压致裂原地应力测量的影响及正确的数据解释和支持测量结果的独立证据的重要性

在水压致裂测量中经常会出现令人感到迷惑的结果,迫切需要对出现异常的原因进行彻底的分析和研究.本文重点阐述岩石的岩性、非均匀性、地形和断裂带对水压致裂测量结果的影响,并强调野外测量经验和正确解释测试数据的重要性.     

水压致裂试验中地下水中某些离子的变化

1985年11月26日至12月24日,在福建汤坑热水区进行了水压致裂试验,观测了地下水化学组分在水压致裂试验中的变化。现将我们观测到的水中SO_4~(2-)、Cl~-、F~-离子的变化作一介绍。     

缝长,尺度对水压致裂应力测量结果的影响规律

本文从弹性力学、断裂力学的基本理论出发,结合室内实验和野外观测结果研究了尺度、缝长对水压致裂应力测量结果的影响规律。研究结果表明,室内实验样品的孔径比不应大于四分之一,最好小于十分之一,较大的绝对尺度可以使实验结果变得稳定。野外实际测量除了满足上述要求外,裂缝单翼长度不应小于十倍的钻孔半径,否则测不到可靠的封闭压力。据此,进行大尺度水压致裂室内模拟实验对于提高压裂技术,完善水压致裂应力测量理论是非常必要的。     

套芯法、水压致裂法原地应力测量、钻孔崩落及震源机制解分析所得结果的对比

我国已积累了大量震源机制解资料,近年来为各种目的开展了套芯法及水压致裂法原地应力测量,并从一些深钻井的测井资料中获得了一批钻孔崩落数据,为地壳应力状态的研究提供了十分有用的资料.为了进行区域构造应力场的研究,笔者对上述各种方法的测量结果进行了对比研究.在同一个钻孔中用不同的方法进行原地应力测量,如在同一个钻孔中用套芯法及水压致裂法进行观测;用水压致裂法的测量结果与同一钻孔中发现的钻孔崩落资料进行对比.还在相距不远的钻孔中用同样的或不同的方法进行原地应力测量;还将同一地区各种方法所得的资料进行了对比,发现其差异并不很大.这就使我们有可能利用上述各种方法提供的资料来进行区域构造应力场及地壳应力状态的研究.     

套芯法、水压致裂法原地应力测量、钻孔崩落及震源机制解分析所得结果的对比

我国已积累了大量震源机制解资料,近年来为各种目的开展了套芯法及水压致裂法原地应力测量,并从一些深钻井的测井资料中获得了一批钻孔崩落数据,为地壳应力状态的研究提供了十分有用的资料.为了进行区域构造应力场的研究,笔者对上述各种方法的测量结果进行了对比研究.在同一个钻孔中用不同的方法进行原地应力测量,如在同一个钻孔中用套芯法及水压致裂法进行观测;用水压致裂法的测量结果与同一钻孔中发现的钻孔崩落资料进行对比.还在相距不远的钻孔中用同样的或不同的方法进行原地应力测量;还将同一地区各种方法所得的资料进行了对比,发现其差异并不很大.这就使我们有可能利用上述各种方法提供的资料来进行区域构造应力场及地壳应力状态的研究.      

微震分析水压致裂的破裂过程

水压致裂技术广泛用于增加石油和天然气产量和开发地热资源．用水压致裂法在地下深部形成破裂带系以储存固液态废物是工业技术与环境保护科学相结合的最新进展．了解水压破裂的力学特性和破裂带的几何形状对于资源开发和贮存废物都十分重要．水压破裂常伴有大量极微震发生．分析伴生微震的时空强分布可得出水压破裂带的几何参数及破裂过程的运动学和动力学参数．利用波形相关分析和时空搜索定位法，我们高精度地确定了157个水压破裂伴生微震的震源位置．微震的空间分布图清晰地刻画出水压破裂带的空间尺度和取向．由微震的时空分布的变化推断出破裂带的扩展方向和速率．应用经验格林函数法分析孪生地震对得到较大微震的震源时间函数和震源参数，如地震矩、破裂半径和应力降．震源时间函数的方向性变化表明破裂向西北方向传播，与破裂带扩展方向一致．微震应力降的较大变化反映出水压破裂带上力学性质的显著不均匀性．      

致密砂岩水压瞬态致裂液化格子波尔兹曼及有限元数值研究

水压瞬态致裂液化在地应力测量、 地震破坏评估和机理研究、 油气(天然气、 页岩气)及地热资源开发等地学领域都具有重要的理论和应用价值。 自20世纪60年代至今在理论和实际应用方面取得了一些奠基性和开创性成果, 但鉴于问题复杂性, 瞬态致裂液化机理至今尚不清楚。 本研究应用格子波尔兹曼及有限元多孔介质流固耦合物理模型, 对地震波载荷作用下致密砂岩水压瞬态致裂液化过程进行数值模拟研究。 首先, 以鄂尔多斯盆地某油田延长组致密砂岩为例, 利用X射线CT断层成像技术, 应用基于量子力学第一性原理格子波尔兹曼方法, 建立致密砂岩数字岩芯模型。 进而, 推导格子波尔兹曼及有限元多孔介质流固耦合数值模型公式, 建立致密砂岩水压致裂液化物理模型。 最后, 应用地震波载荷边界和初始条件, 模拟瞬态致裂液化流固耦合过程, 讨论了地震波载荷幅值、 频率及作用时间对致密砂岩孔隙结构(孔隙度大小及连通性)、 致密砂岩破裂最大主应力之间关系, 得到了地震波作用下致密砂岩致裂液化准则。     

对水压致裂法测得的应力结果之重新估价

本文讨论了水压致裂进行的绝对应力测量结果的可靠性,指出目前水压致裂法是深部绝对应力测量的较好方法。但应用现在通用的资料处理方法时,它可能给出偏小的最大水平主应力S_H和偏大的最小水平主应力S_hi特别是两个水平主应力差别较大的地区,这个偏差更加显著。以这样的数据,按照库伦强度准则和Byerlee定律去估价地区稳定性,易于得出与事实不符的结论。本文指出了造成上述测量误差的可能原因,并提出了降低测量误差,改进计算结果的办法。