JP2787752B2 - 3D crustal stress analysis method - Google Patents

3D crustal stress analysis method

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JP2787752B2
JP2787752B2 JP11589494A JP11589494A JP2787752B2 JP 2787752 B2 JP2787752 B2 JP 2787752B2 JP 11589494 A JP11589494 A JP 11589494A JP 11589494 A JP11589494 A JP 11589494A JP 2787752 B2 JP2787752 B2 JP 2787752B2
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well
stress
well axis
axis
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高志 岡部
信男 篠原
真司 高杉
一夫 林
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Chinetsu Gijutsu Kaihatsu KK
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Chinetsu Gijutsu Kaihatsu KK
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  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【産業上の利用分野】近年、地震発生機構の解明および
水圧破砕におけるフラクチャ進展予測において観測され
る坑井軸に沿うブレークアウトおよびドリリングインデ
ューストフラクチャを使用して地下の地殻応力を解析す
る方法に関する。
[Industrial application] Analyzing seismic mechanisms and analyzing fracture crustal stress beneath wellbore axis using breakout and drilling induced fractures observed in fracture prediction in hydraulic fracturing About.

【従来の技術】地下の地殻応力は、地下構築物を建設す
る際や、長深度掘削をする場合には、その解析が非常に
重要となる。地殻応力を計測するには、応力開放法や、
水圧破砕法、コアによる方法、ブレークアウトによる方
法等があるが、応力開放法は、大深度にひずみケージを
設置することが困難で、また、大深度のひずみケージか
らな信号の検出が困難なことから、地表近くの場合に限
られ、数百メートル以深の地下に対しては水圧破砕法の
みが用いられている。また、この計測を1本の坑井で計
測する方法や、複数の坑井を必要とするものなど、種々
の方法が提案されている。このような多様な方法が提案
されているのは、地殻の応力の方向と大きさを同時に計
測することが難しく、また、解析も何らかの仮定を設定
するなど、その仮定のたて方にも大きな違いがあり、こ
れがため、解析結果にも大きな差が生じることになるか
らである。例えば、水圧破砕法は、坑井の所用計測区間
を栓(パッカー)により上下2ヵ所で遮断し、この区間
に高圧ポンプにより高水圧を負荷して坑井壁を水圧破砕
し、割れ(き裂)を作り、この時の水圧の時間履歴と作
成されたき裂方位から応力を算定するという方法である
が、この方法における地殻応力評価方法には、地殻主応
力の1つが鉛直であるという仮定(鉛直仮定)の下に縦
き裂(坑井の母線に沿って生じるき裂)を評価する基本
型計測法や、縦き裂をパッカーを越えて成長させ、水を
加圧区間内から加圧区間外に漏れ(リーク)させて測定
して評価する縦き裂バイパス型計測法、または、地殻応
力が深度に比例して分布していると仮定し、この比例係
数をPs、Psbに関する多数の測定データから評価する深
度比例型計測法等がある。
2. Description of the Related Art The analysis of underground crustal stress is very important when constructing an underground structure or when excavating deep. To measure crustal stress, stress release method,
There are hydraulic fracturing method, core method, breakout method, etc., but the stress release method makes it difficult to install a strain cage at a large depth, and it is difficult to detect signals from a strain cage at a large depth. Therefore, only in the case near the surface of the ground, only the hydraulic fracturing method is used for underground deeper than several hundred meters. In addition, various methods have been proposed, such as a method of measuring this measurement in one well and a method requiring a plurality of wells. Such various methods have been proposed because it is difficult to simultaneously measure the direction and magnitude of the crustal stress, and it is also important to make some assumptions such as setting some assumptions in the analysis. This is because there is a difference, and this causes a large difference in the analysis result. For example, in the hydraulic fracturing method, the required measuring section of a well is blocked at two places by a plug (packer), and high pressure is applied to this section by a high-pressure pump to hydraulically crush the well wall and crack (crack) ), And the stress is calculated from the time history of the water pressure at this time and the created crack orientation. The crustal stress evaluation method in this method assumes that one of the crustal principal stresses is vertical ( A basic measurement method that evaluates vertical cracks (cracks that occur along well buses) under a vertical assumption, and vertical cracks grow beyond the packer, and water is pressurized from within the pressurized section. A longitudinal crack bypass type measurement method in which leakage is measured outside the section (leakage) and evaluated, or assuming that the crustal stress is distributed in proportion to the depth, There is a depth-proportional measurement method that evaluates from measurement data.

【発明が解決すべき問題点】これら例示した水圧破砕法
による地殻応力の計測においては、前記基本型計測法に
おける前提条件である鉛直仮定や、深度比例型計測法に
おける前提条件である深度比例仮定は必ずしも実際の地
下の地質学的構造条件を示しているとはいえない。特
に、地下構造運動が、活発であると認められる地熱地帯
では、これらの前提条件は成立していないと考えられ、
これをそのまま、あてはめることはできない。また、縦
き裂バイパス型計測法においては、応力状態を仮定する
前提条件を設けてはいないが、1つの深度の応力を完全
に定めるためには、2本の互いに傾きの異なる坑井にお
けるそれぞれ2ヵ所の水圧破砕データを必要とするた
め、膨大な経費と時間と労力とを必要とし、坑道壁を利
用した小孔径小深度の坑井を用いる場合の他は非現実的
で実用性のないものである。
In the measurement of crustal stress by the hydraulic fracturing method exemplified above, the vertical assumption, which is a precondition for the basic type measuring method, and the depth proportional assumption, which is a precondition for the depth proportional measuring method, are used. Does not necessarily indicate the actual underground geological conditions. In particular, it is considered that these preconditions do not hold in geothermal fields where underground tectonic movement is considered active.
This cannot be applied as is. In addition, in the longitudinal crack bypass measurement method, no precondition for assuming the stress state is provided, but in order to completely determine the stress at one depth, each well in two wells with different inclinations is required. It requires enormous cost, time and labor because it requires two pieces of hydraulic fracturing data, and is impractical and impractical except when using a well with a small hole and small depth using a tunnel wall. Things.

【問題点を解決すべき手段】この発明は、上記地殻応力
の解析に際し、上記の問題点を解決して、特に、現場に
おいて水圧破砕を設計するために、早さ、容易さの点で
実用的に優れたものであることを目的としてなされたも
のであり、このため、本発明では、1本の坑井検層デー
タから、地下の3次元地殻応力の解析しようというもの
である。すなわち、3次元の地下応力を決定するための
パラメータとして、少なくとも6つのパラメータが必要
であるが、ボアホールテレビューア検層(BHTV検
層)およびFMI(フォーメーションマイクロイメージ
ャー)検層等により、坑井軸に沿うき裂の状況が容易に
観測できることから、このBHTV検層やFMI検層で
観測できるき裂については、一深度においては、そのき
裂の観測値は、θm、γmの2つの観測値が取得される。
したがって、深度方向に応力比一定という条件下で、3
つの異なる坑井条件での観測結果が得られれば、その3
次元地下応力を一義的に決定できる。ここで、この坑井
軸に沿うき裂は、掘削中に坑井に対して、泥水圧、送泥
時の過剰なポンプ圧力及び熱応力による坑壁の破砕であ
り、基本的には水圧破砕の成因と同様なメカニズムで起
こる。しかし、このき裂は水圧破砕のき裂のように、パ
ッカーを使用し、測定区間に計画的に大圧力を印加して
作成されたものではなく、岩石の破壊基準と同レベルの
比較的小さい坑井掘削により自然に作られたものであ
り、この点が水圧破砕のき裂と違うところであり、この
ためγmが容易に最大圧縮応力に支配的で、そのき裂が
坑井軸とのなす角度(γm)は応力及び岩石の破壊強度
に支配的である。また、この坑井軸に沿うき裂は、坑壁
において、引っ張り応力が最大となるところに坑井軸方
向に対称に形成され、その後地殻の最大圧縮主応力方向
に進展する。したがって、3つの異なる坑井条件におけ
るθm及びγmの観測結果を使用して、3次元地殻応力を
解析できる。そこで、本発明においては、3つの異なる
坑井条件として、坑井の方位、傾斜に着目し、3ヵ所以
上の異なる方位および傾斜における観測結果から、その
場の地下応力を推定しようというものである。特に、地
熱坑井は、一般に、傾斜井に掘削されることが多く、そ
の坑跡は複雑で、深度によって方位、傾斜が異なってい
る。したがって、地熱地帯に掘削される1本の傾斜した
坑井のうち、3ヵ所以上の異なる深度における坑井軸に
沿うき裂の位置およびそのき裂の坑井軸とのなす角度の
観測結果が判明すれば、その地点の地殻応力が解析でき
ることとなる。また、深度の数に拘らず、同坑井のコア
試験結果、AE観測結果、水圧破砕試験結果、オーバー
コアリング測定・解析結果、ブレークアウト解析結果等
のデータを合せることにより、合計で6つ以上の観測値
を得ることで、3次元地下応力を決定できることとな
る。そこで、本発明は、例えば1本の観測坑井におい
て、ボアホールテレビューア(BHTV)、オプテイカ
ルスキャナー(ボアホールテレビ)、フォーメーション
マイクロイメージャー(FMI)、フォーメーションマ
イクロスキャナー(FMS)または型取りパッカー等に
より、坑井軸に沿うき裂の位置(θm)およびそのき裂
の坑井軸となす角度(γm)を坑井方位・傾斜の異なる
3深度以上の坑井壁毎に現れるき裂について実測する一
方、その場の地下の主応力1の大きさ(σ1)とその方
位(φ1)および傾斜(θ1)、主応力2(σ2)とその
方位(φ2)および傾斜(θ2)、主応力3の大きさ(σ
3)とその方位(φ3)および傾斜(θ3)のうち少なく
とも6つの値を設定し一意的な3次元地殻応力場を仮定
し、各深度の坑井軸に沿うき裂の位置(θm)およびそ
のき裂の坑井軸となす角度(γm)を次式により求め、
求められたθmおよびγmが上記実測値に最も良く近似す
る上記各主応力の大きさ、方位、傾斜の6つの値で特定
される3次元地殻応力を試行錯誤的、最小自乗法的、ま
たは統計的手法により解析するというものである。
Means for Solving the Problems The present invention solves the above-mentioned problems when analyzing the crustal stress, and is particularly useful for designing hydraulic fracturing on site, in terms of speed and ease. The purpose of the present invention is to analyze underground three-dimensional crustal stress from one well logging data. In other words, at least six parameters are required as parameters for determining three-dimensional underground stress, but the borehole televiewer logging (BHTV logging) and the FMI (formation micro imager) logging, etc. Since the state of the crack along the axis can be easily observed, the crack observed at this BHTV logging or FMI logging at one depth has two observation values of θ m and γ m . Two observations are obtained.
Therefore, under the condition that the stress ratio is constant in the depth direction, 3
If observation results are obtained under three different well conditions,
Dimensional underground stress can be uniquely determined. Here, the cracks along the well axis are crushing of the well wall due to mud pressure, excessive pump pressure during mud feeding, and thermal stress on the well during excavation. Occurs by a mechanism similar to the cause of However, unlike cracks caused by hydraulic fracturing, these cracks were not created by using a packer and intentionally applying high pressure to the measurement section, and were relatively small at the same level as the rock fracture criteria. has been made in nature by the well drilling, this point is at a place different from the crack of hydraulic fracturing, and for this reason γ m is easily dominated by the maximum compressive stress, the crack of the wellbore axis The angle (γ m ) is dominant in stress and rock fracture strength. Further, the crack along the well axis is formed symmetrically in the well axis direction where the tensile stress becomes maximum on the well wall, and then propagates in the direction of the maximum compressive principal stress of the crust. Therefore, three-dimensional crustal stress can be analyzed using the observation results of θ m and γ m at three different well conditions. Therefore, in the present invention, as the three different well conditions, the orientation and inclination of the well are focused, and the underground stress at the site is estimated from the observation results at three or more different orientations and inclinations. . In particular, geothermal wells are generally drilled into inclined wells, and the wells are complicated, and the direction and inclination differ depending on the depth. Therefore, the observation results of the position of the crack along the well axis and the angle of the crack with the well axis at three or more different depths in one inclined well drilled in the geothermal field were obtained. If known, the crustal stress at that point can be analyzed. Regardless of the number of depths, a total of six results are obtained by combining the core test results, AE observation results, hydraulic fracturing test results, overcoring measurement / analysis results, breakout analysis results, etc. of the well. By obtaining the above observations, three-dimensional underground stress can be determined. Therefore, the present invention provides, for example, a borehole televiewer (BHTV), an optical scanner (borehole television), a formation microimager (FMI), a formation microscanner (FMS), a molding packer, or the like in one observation well. The position of the crack along the well axis (θ m ) and the angle of the crack to the well axis (γ m ) On the other hand, while measuring, the magnitude (σ 1 ) and its orientation (φ 1 ) and inclination (θ 1 ) of the principal stress 1 underground at that site, the principal stress 2 (σ 2 ) and its orientation (φ 2 ) and inclination ( θ 2 ), the magnitude of principal stress 3 (σ
3 ) and at least six values of its orientation (φ 3 ) and inclination (θ 3 ), assuming a unique three-dimensional crustal stress field, and determining the position of the crack along the well axis at each depth (θ m ) and the angle (γ m ) between the crack and the well axis are calculated by the following equation.
The three-dimensional crustal stress specified by the six values of the magnitude, orientation, and inclination of each of the principal stresses in which the obtained θ m and γ m best approximate the measured values is obtained by trial and error, least square method, Alternatively, analysis is performed by a statistical method.

【式2】 また、例えば1本の観測坑井において坑井軸に沿うき裂
の位置(θm)およびそのき裂の坑井軸となす角度
(γm)が、3深度未満の坑井軸に沿うき裂の位置
(θm)およびそのき裂の坑井軸となす角度(γm)しか
実測されなかった場合には、その不足する実測値を、同
じ坑井から得られる、コア試験結果、AE観測結果、水
圧破砕試験結果、オーバーコアリング測定・解析結果、
ブレークアウト解析結果等のうち少なくとも1つ以上の
実測値で補って、前記3次元地殻応力場を仮定して求め
ることを特徴とするものである。すなわち、1本の観測
坑井軸に沿うき裂の位置(θm)およびそのき裂の坑井
軸となす角度(γm)が、3深度未満の坑井軸に沿うき
裂の位置(θm)およびそのき裂の坑井軸となす角度
(γm)しか実測されなかった場合には、その不足する
実測値を、同坑井のコア試験結果、AE観測結果、水圧
破砕試験結果、オーバーコアリング測定・解析結果、ブ
レークアウト解析結果等のデータを組合わせることによ
り、合計で6個以上の観測値を取得し、各主応力の大き
さ、方位、傾斜の6つの値で特定される3次元地殻応力
場を設定しθm、γmを計算し、上記の観測されたき裂の
位置(θm)およびそのき裂の坑井軸とのなす角度
(γm)と最も良く近似する上記の設定した各主応力の
大きさ、方位、傾斜の6つの値で特定される3次元地殻
主応力場を試行錯誤的、最小自乗法的または統計的に求
めることにより、3次元地殻応力を解析するというもの
である。例えば、1本の坑井より観測された坑井軸に沿
うき裂の位置(θm)およびそのき裂の坑井軸となす角
(γm)が坑井軸の方位、傾斜の異なる2深度で得られ
る場合、上記解析に必要なものは、主応力1の大きさ
(σ1)とその方位(φ1)および傾斜(θ1)、主応力
2の大きさ(σ2)とその方位(φ2)、主応力3の大き
さ(σ3)の6つであるから、観測値が2つ不足するこ
とになる。そして、AEの観測結果から最小圧縮主応力
の方位および傾斜が求めることができるので、これを加
味すると、上記パラメーターのうち、φ1およびθ1が既
知となるので、求めるものは、σ1、σ2、σ3およびφ2
の4つとなる。したがって、これら4つのパラメータを
変化させ、2深度で観測された(θm、γm)の組に近似
させることにより、3次元地殻応力を一義的に決定でき
る。そこで、請求項2に記載の発明は、ボアホールテレ
ビューア(BHTV)、オプテイカルスキャナー(ボア
ホールテレビ)、フォーメーションマイクロイメージャ
ー(FMI)、フォーメーションマイクロスキャナー
(FMS)または型取りパッカー等による坑壁の観測結
果より、坑井軸に沿うき裂の位置(θm)およびそのき
裂の坑井軸となす角度(γm)を求め、不足のデータを
同じ坑井から得られるコア試験結果、AE観測結果、水
圧破砕試験結果、オーバーコアリング測定解析結果、ブ
レークアウト解析結果等の少なくとも1以上の結果で補
い、少なくとも6つの実測値を取得し、坑井軸に沿うき
裂の位置(θm)およびそのき裂の坑井軸となす角度
(γm)を次式により求め、求められたθmおよびγm
上記実測値に最も良く近似する近似値を求めることによ
り、その場の3次元地殻応力を解析するというものであ
る。
(Equation 2) Further, for example, in one observation well, the position of a crack along the well axis (θ m ) and the angle formed by the crack with the well axis (γ m ) are along the well axis less than 3 depths. If only the position of the crack (θ m ) and the angle of the crack to the well axis (γ m ) were measured, the missing measured values were obtained from the same well, core test results, AE Observation results, hydraulic fracturing test results, overcoring measurement / analysis results,
It is characterized in that it is obtained by assuming the three-dimensional crustal stress field by supplementing with at least one or more actually measured values among the breakout analysis results and the like. That is, the position of a crack along one observation well axis (θ m ) and the angle of the crack with the well axis (γ m ) along the well axis with a depth of less than 3 depths (γ m ) θ m ) and the angle (γ m ) between the crack and the well axis were measured, the insufficient measured values were used as the core test results, AE observation results, and hydraulic fracturing test results for the well. By combining data such as over-coring measurement / analysis results, break-out analysis results, etc., a total of six or more observations can be obtained and identified by six values of the magnitude, orientation, and inclination of each principal stress The three-dimensional crustal stress field is set, θ m and γ m are calculated, and the position of the observed crack (θ m ) and the angle between the crack and the well axis (γ m ) are the best. Three-dimensional crustal principal stress specified by the six values of the magnitude, orientation, and inclination of each principal stress set above that is approximated The trial and error, by the least squares legal or statistically determined that, is that analyzing the three-dimensional situ stress. For example, the position (θ m ) of a crack along the well axis observed from one well and the angle (γ m ) formed by the crack with the well axis differ in the direction and inclination of the well axis. When obtained at depth, what is necessary for the above analysis is the magnitude (σ 1 ) of the principal stress 1 and its orientation (φ 1 ) and inclination (θ 1 ), the magnitude (σ 2 ) of the principal stress 2 and its Since there are six directions (φ 2 ) and the magnitude of the principal stress 3 (σ 3 ), two observation values are insufficient. Then, it is possible to determine azimuth and inclination of the minimum principal compressive stress from observations AE, when considering this, among the above parameters, the phi 1 and theta 1 is known, is intended to determine, sigma 1, σ 2 , σ 3 and φ 2
It becomes four. Therefore, three-dimensional crustal stress can be uniquely determined by changing these four parameters and approximating the set of (θ m , γ m ) observed at two depths. Therefore, the invention according to claim 2 is based on observation of a pit wall using a borehole televiewer (BHTV), an optical scanner (borehole television), a formation microimager (FMI), a formation microscanner (FMS), a molding packer, or the like. From the results, the position of the crack along the well axis (θ m ) and the angle formed by the crack with the well axis (γ m ) were obtained. Results, hydraulic fracturing test results, over-coring measurement analysis results, break-out analysis results, etc., supplemented with at least one or more results, acquired at least six measured values, and the position of the crack along the well axis (θ m ) And the angle (γ m ) formed by the crack with the well axis is calculated by the following equation, and the obtained θ m and γ m best approximate the above measured values. By calculating the approximate value, the in-situ three-dimensional crustal stress is analyzed.

【式3】 (Equation 3)

【作用】BHTV検層およびFMI検層等により解析さ
れた坑軸に沿ったき裂は、大局的には、坑軸に沿って発
達しており、その方位(θm)は、定方位コアを用いた
DSCA法により推定された地下応力の最大圧縮主応力
の方位と調和的であり、また、このき裂は、坑軸の方向
からある角度ずれたき裂の集合によって構成されてお
り、このき裂の坑軸からのずれ(γm)は、3次元的な
地下応力及び岩石の強度の影響をうけて発達したものと
考えられることから、これらの(θm)および(γm
が、1本の傾斜坑井において、坑井方位・傾斜が異なる
3ヵ所以上の深度、または、3深度未満であっても、同
じ坑井の他の実測値から求まる実測値で補うことがで
き、結果的に3深度以上の6つのパラメータの値が決ま
れば、これらは、3本の異なる坑井におけるデータであ
ると推定でき、したがって、これに基づいて地下の3次
元応力場の解析が可能となる。
[Action] Cracks along the pit axis analyzed by BHTV logging and FMI logging, etc., are developed globally along the pit axis, and their orientation (θ m ) is determined by the orientation core. It is in harmony with the direction of the maximum compressive principal stress of the underground stress estimated by the DSCA method used, and this crack is composed of a set of cracks that are offset from the direction of the pit axis by a certain angle. The shift of the fissure from the pit axis (γ m ) is considered to have developed under the influence of three-dimensional underground stress and rock strength, so that these (θ m ) and (γ m )
However, in a single inclined well, even if the orientation and inclination of the well are different at three or more depths, or even less than three depths, it can be supplemented with actual measurement values obtained from other actual measurements of the same well. If, as a result, the values of the six parameters at three or more depths are determined, it can be estimated that these are data from three different wells, and based on this, it is possible to analyze the three-dimensional underground stress field. Becomes

【実施例】図1および図2は、掘削された坑井の壁面に
現れた坑井軸に沿ったき裂を示す。図1は、ボアホール
テレビューア(BHTV)により観察された坑井軸に沿
うフラクチャを示し、図1(a)は、1134.75〜
1138.25m間での坑壁面を示し、で示された坑
井軸に沿うき裂部分は、ドリリングインデューストフラ
クチャを示し、で示された坑井軸に沿うき裂はブレー
クアウト(坑壁における連続的な坑井軸方向のせん断破
壊)を示す。また、図1(b)は、1137.53mに
おける応力分布を(断面図)示す。この例では、真北を
基準として北西ー南東方向に最大圧縮主応力が、北東ー
南西方向に最小圧縮主応力がかかっていることを示して
いる。ただし、ここでは、ブレークアウトにおける、最
大主応力の議論は主応力の1つが坑井軸にあることを仮
定しているため、坑井軸に直交する平面内における最大
及び最小圧縮主応力を表している。また、図2は、FM
1検層より得られた深度1075m〜1077mにおけ
る坑壁面を示すもので、それぞれ真北を基準として、北
(N)から東(E)側にかけての壁面、東(E)側から
南(S)側にかけての壁面、南(S)側から西(W)側
にかけての壁面、さらに、西(W)側から北(N)側に
かけての壁面を示している。この図2においては、東
(E)側から南(S)側にかけての壁面と、西(W)側
から北(N)側にかけての壁面に、それぞれ真北を基準
として、θmだけ離れた位置に、また、坑井軸に対して
γmの角度で、坑井の軸に沿って縦方向にフラクチャ
(き裂)が走って入ることを示している。このような、
BHTV検層やFMI検層により、坑井軸に沿うフラク
チャ(き裂)の状況が観察できることから、応力が深度
方向に線形的に変化することを仮定し、3つ以上の深度
における上記θmおよびγmが求まれば、その結果から3
次元の地下応力を解析することができる。図3は、1本
の傾斜井の異なる深度の3ヵ所で、各深度の坑軸に対す
る方位、傾斜を求めこれによって地下の応力を解析する
方法の概念図である。図において、N、S、W、Eは、
それぞれ北、南、西、東を示し、1は、坑跡を、2、
3、4は、Depth1、Depth2、Depth3
における坑壁概念を示す。5a、5bは、坑壁2の壁面
の一方に現れるフラクチャ(き裂)と、他方の壁面に現
れるフラクチャ(き裂)を示す。同様に、図中、6a、
6bは、坑壁3の壁面の一方に現れるき裂と、他方の壁
面に現れるき裂を、7a、7bは、坑壁4の壁面の一方
に現れるき裂と、他方の壁面に現れるき裂を示す。ま
た、θmは、真北を基準として、フラクチャ(き裂)の
位置を、γmは、そのフラクチャの壁面内最大引っ張り
応力に垂直な方向と坑井軸のなす角度を示す。いま、図
4のような座標系をとり、σ3を鉛直方向とし、σ1およ
びσ2をσ3に垂直な平面内にとり、この時、坑井の方位
傾斜、水圧および垂直応力を変化させて次式4で示され
る(壁面接線応力)、σm(壁面内最大引っ張り応力)
およびγm(最大引っ張り応力に垂直な方向と抗井軸の
なす角度)等の変化をシミュレーションする。
1 and 2 show cracks along the well axis that appear on the wall of a drilled well. FIG. 1 shows the fracture along the well axis observed by the borehole televiewer (BHTV), and FIG.
The crack along the well axis indicated by 1138.25 m indicates the drilling induced fracture, and the crack along the well axis indicated by the mark indicates the breakout (wall wall). ). FIG. 1B shows a stress distribution at 1137.53 m (cross-sectional view). This example shows that the maximum compressive principal stress is applied in the northwest-southeast direction and the minimum compressive principal stress is applied in the northeast-southwest direction based on true north. However, since the discussion of the maximum principal stress in the breakout assumes that one of the principal stresses is at the well axis, it represents the maximum and minimum compressive principal stresses in a plane perpendicular to the well axis. ing. Also, FIG.
It shows the pit wall at a depth of 1075m to 1077m obtained from one logging, and the wall surface from north (N) to east (E) side, and east (E) side to south (S), respectively, based on true north. The wall surface extending from the west (W) side to the north (N) side, and the wall surface extending from the south (S) side to the west (W) side are shown. In FIG. 2, the wall surface from the east (E) side to the south (S) side and the wall surface from the west (W) side to the north (N) side are each separated by θ m with respect to true north. The position and also at an angle of γ m with respect to the well axis indicate that a fracture runs along the well axis longitudinally. like this,
Since the state of the fracture (crack) along the well axis can be observed by BHTV logging or FMI logging, it is assumed that the stress changes linearly in the depth direction, and the above θ m at three or more depths is assumed. And γ m are obtained, then 3
Dimensional underground stress can be analyzed. FIG. 3 is a conceptual diagram of a method of calculating the orientation and inclination with respect to the pit axis at each depth at three locations at different depths of one inclined well, and analyzing the underground stress by this. In the figure, N, S, W, E are:
Shows north, south, west, and east respectively, 1 indicates the pit, 2,
3, 4 are Depth1, Depth2, Depth3
Fig. 4 shows the concept of a downhole wall in. 5a and 5b show a fracture (crack) appearing on one of the wall surfaces of the pit wall 2 and a fracture (crack) appearing on the other wall surface. Similarly, in the figure, 6a,
6b indicates a crack appearing on one of the wall surfaces of the pit wall 3 and a crack appearing on the other wall surface, and 7a and 7b indicate a crack appearing on one of the wall surfaces of the pit wall 4 and a crack appearing on the other wall surface. Is shown. Θ m indicates the position of the fracture (crack) with reference to true north, and γ m indicates the angle between the direction perpendicular to the maximum tensile stress in the wall surface of the fracture and the well axis. Now, a coordinate system as shown in FIG. 4 is used, σ 3 is set in the vertical direction, σ 1 and σ 2 are set in a plane perpendicular to σ 3 , and at this time, the azimuth inclination, water pressure and vertical stress of the well are changed. Is expressed by the following equation 4 (tangential stress on the wall), σ m (maximum tensile stress in the wall)
And γ m (the angle between the direction perpendicular to the maximum tensile stress and the well axis) are simulated.

【式4】 なお、計算式等は、Leeman(1969)およびDaneshy(197
3)によって示された方針および式に基づく。図4は、
この考え方の座標系を示すもので、図中、1、2、3
は、3を、鉛直方向とした時の座標系で、1´、2´、
3´は、3´を抗井軸(ζ)に合せた時の座標系であ
る。図4の座標系で、3´軸を坑井軸(ζ)に合せた直
交座標系において、インプットに対した坑壁における応
力は、円柱座標系を用いると、次のように表される。
(Equation 4) The calculation formulas are described in Leeman (1969) and Daneshy (197
Based on the policies and formulas indicated by 3). FIG.
This figure shows a coordinate system based on this concept.
Is a coordinate system when 3 is a vertical direction, and 1 ′, 2 ′,
3 ′ is a coordinate system when 3 ′ is aligned with the well axis (ζ). In the coordinate system of FIG. 4, in a rectangular coordinate system in which the 3 ′ axis is aligned with the well axis (ζ), the stress on the wellbore with respect to the input is expressed as follows using a cylindrical coordinate system.

【式5】 また、式4において、坑壁の最大引っ張り応力σmおよ
びσmに垂直な方向と坑井軸のなす角度γmは次のように
表される。
(Equation 5) Further, in the equation 4, the maximum tensile stress sigma m and sigma angle gamma m in a direction perpendicular and wellbore axis m of Anakabe is expressed as follows.

【式6】 ここで、縦き裂が形成される場合の位置θmは、次のよ
うにして求められる。すなわち、坑壁面(θζ面)にお
いて、σmが最大値をとる位置で与えられるので、した
がって、dσm/dθ=0なるθの値θmを求める。求め
られたθmが、縦き裂の位置である。また、初生き裂の
角度(γm)は、ボアホール壁面((θζ面)内で応力
が最大値を示した時に、その最大引っ張り応力に直交す
る方向と坑井軸のなす角度である。したがって、初生き
裂の角度(γm)は、次式によって求めることができ
る。
(Equation 6) The position theta m when the vertical crack is formed is obtained as follows. That is, in the anti-wall (Shitazeta plane), since sigma m is given by the position having the maximum value, therefore, obtains the value theta m of dσ m / dθ = 0 becomes theta. The obtained theta m is the position of the longitudinal crack. Also, the angle of the first crack (γ m ) is the angle between the direction perpendicular to the maximum tensile stress and the well axis when the stress shows the maximum value in the borehole wall surface ((θζ plane). , The angle of the first crack (γ m ) can be obtained by the following equation.

【式7】 式中の各パラメータである応力およびせん断を図示した
ものを図5に示す。本実施例においては、式計算等によ
る解析は、数多くの試行錯誤的に、または、最小自乗法
により、あるいは統計的手法により求めることができる
が、図6に示すようなフローチャートにより、コンピュ
ータにより計算させても良いものである。すなわち、図
6は応力計算プログラムのフローチャートである。図6
に示すように、プログラムの初期入力値は、 a.3方向応力値、2方向方位、1方向傾斜 b.水圧 c.ポアソン比 d.坑井方位・傾斜 となっている。出力は、任意の等間隔のきざみ幅で、以
下のものが出力される。
Equation 7 FIG. 5 illustrates stress and shear, which are parameters in the equation. In the present embodiment, analysis by formula calculation or the like can be obtained by many trials and errors, by the least squares method, or by a statistical method, but can be calculated by a computer according to a flowchart shown in FIG. It is something that may be allowed. That is, FIG. 6 is a flowchart of the stress calculation program. FIG.
As shown in the figure, the initial input values of the program are: a. 3-way stress value, 2-way orientation, 1-way tilt b. Water pressure c. Poisson's ratio d. Well orientation / inclination. The output is the following at arbitrary arbitrary intervals.

【式8】 (ボアホール周方向の応力)(Equation 8) (Stress in the borehole circumferential direction)

【式9】 (ボアホール軸方向の応力)[Equation 9] (Stress in the borehole axial direction)

【式10】 (θζ面の応力) d・σm(Max)(壁面内における最大引っ張り応
力) e・σm(Min)(壁面内における最大圧縮応力) f・γm(ボアホール軸とフラクチャのなす角) また、計算過程におけるチェックとして、テンソル回転
においては計算の前後で応力不変量を計算し、両者が一
致していることは確認できるし、主応力を求める場合
は、正規化された固有ベクトルのチェックを行うことも
できる。本発明の実施例として、最初に、応力場の変化
および破壊基準の変化によるθmおよびγmの変化による
センシティビィティを求め、θmおよびγmの変化の全体
像を把握した。次に、深度方向で応力比は一定と仮定
し、深度方向に坑井の方位・傾斜を変化させていた時の
深度に対するθmおよびγmの変化を求めた。最後に、こ
の求められたθmおよびγmと、実際のデータとのマッチ
ングを検討し、その近似値を求めた。以下、具体的な方
法について述べる。 (実施例1)応力をパラメータとした場合のシミュレー
ションを実施した。基本モデルとして図7に示すような
モデルを検討した。 (ケース1) σ1=216kg/cm2 σ2=135kg/cm2 σ3=270kg/cm2 (ケース2) σ1=162kg/cm2 σ2=135kg/cm2 σ3=270kg/cm2 (ケース3) σ1=270kg/cm2 σ2=243kg/cm2 σ3=297kg/cm2 この基本モデルにおいては、γmの坑井方位、坑井傾斜
の影響を検討した。なお、せん断はないものと仮定し、
さらに正断層型(Normal Fauling Regine:σ2<σ1
<σ3)の応力場を仮定した。なお、θmにおける岩石破
壊基準(σm)が0となった時のγmで検討を加えてい
る。図8(a)に上記実施例のケース1〜3の場合の坑
井方位・傾斜をパラメータとしてγmをプロットした結
果を示す。いずれのケースも坑井方位および傾斜が変化
するに従いγmも変化している。例えば、図8(a)の
ケース1の場合が示すように、坑井方位60°の時坑井
の傾斜が10°と20°では、γmの値で約5°の差が
生じていることがわかる。このことから、5°の差は、
観測値からも判別可能であり、したがって、この近辺の
坑井方位・傾斜によって求められるγmの値は、比較的
高精度で解析が可能である。しかしながら、ケース1の
30°のコンターはかなり広範囲に渡っており、このケ
ースにおいて観測されたγmが30°付近であると最終
解析結果は任意性が大きくなる。また、図8(b)には
それぞれのケースでの水圧の変化をプロットしたもので
ある。これによると、坑井が平面内最小主応力方向に近
付くに従い坑壁で引っ張り出すための水圧が大きくなる
ことを示している。 (実施例2)次に、破壊基準をパラメータとした場合の
θmおよびγmの依存性を実施例1のケース1について、
破壊基準(σm)が0kg/cm2および50kg/cm2の2つの
ケースについて実施した。まず、図9に坑井方位50
°、傾斜30°の場合に、式11で表される(ボアホー
ル周方向の応力)、σm(壁面内最大引っ張り応力)お
よびγm(ボアホール軸とフラクチャのなす角)の変化
を示す。
(Equation 10) (Stress on the θζ plane) d · σ m (Max) (maximum tensile stress in the wall) e · σ m (Min) (maximum compressive stress in the wall) f · γm (angle between the borehole axis and the fracture) As a check in the calculation process, in tensor rotation, calculate the stress invariant before and after the calculation, it can be confirmed that they match, and when finding the main stress, check the normalized eigenvector Can also. As an example of the present invention, first, we seek Sen City Byi tee due to a change in theta m and gamma m due to the change in the change in the stress field and fracture criterion was an overall picture of changes in the theta m and gamma m. Next, assuming that the stress ratio is constant in the depth direction, the change of θ m and γ m with respect to the depth when the direction and inclination of the well were changed in the depth direction was obtained. Finally, this and theta m and gamma m obtained, considering matching of the actual data to determine the approximate value. Hereinafter, a specific method will be described. (Example 1) A simulation in which stress was used as a parameter was performed. A model as shown in FIG. 7 was examined as a basic model. (Case 1) σ 1 = 216 kg / cm 2 σ 2 = 135 kg / cm 2 σ 3 = 270 kg / cm 2 (Case 2) σ 1 = 162 kg / cm 2 σ 2 = 135 kg / cm 2 σ 3 = 270 kg / cm 2 (Case 3) σ 1 = 270 kg / cm 2 σ 2 = 243 kg / cm 2 σ 3 = 297 kg / cm 2 In this basic model, the effects of the well orientation and the well inclination of γ m were examined. Assuming that there is no shear,
Furthermore, normal fault type (Normal Fauling Regine: σ 21
A stress field of <σ 3 ) was assumed. It should be noted that the study is performed using γ m when the rock fracture criterion (σ m ) at θm becomes 0. FIG. 8A shows the results of plotting γ m using the well orientation and inclination in the cases 1 to 3 of the above embodiment as parameters. In each case, γ m also changed as the well orientation and inclination changed. For example, as shown in the case 1 of FIG. 8A, when the well orientation is 60 ° and the inclination of the well is 10 ° and 20 °, there is a difference of about 5 ° in the value of γ m . You can see that. From this, the difference of 5 ° is
The value of γ m obtained from the well direction and inclination in the vicinity can be analyzed with relatively high accuracy. However, the 30 ° contours in Case 1 are quite extensive, and the final analysis results are more arbitrary if the γ m observed in this case is around 30 °. FIG. 8B is a graph plotting changes in water pressure in each case. This shows that as the well approaches the minimum principal stress direction in the plane, the water pressure for pulling out from the well wall increases. (Embodiment 2) Next, the dependence of θ m and γ m when the fracture criterion is used as a parameter will be described for Case 1 of Embodiment 1.
The test was performed for two cases where the fracture criterion (σ m ) was 0 kg / cm 2 and 50 kg / cm 2 . First, FIG.
And changes in σ m (the maximum tensile stress in the wall surface) and γ m (the angle between the borehole axis and the fracture) expressed by Equation 11 when the angle is 30 ° and the inclination is 30 °.

【式11】 図9中の矢印の箇所においてσmが0kg/cm2および50k
g/cm2を示しており、ここで坑壁に破壊が生じることに
なり、θmおよびγmは、この矢印の箇所で参照されなけ
ればならないことが伺われる。この図によると、矢印の
箇所では破壊基準が、0から50kg/cm2に変化しても、
θmの位置はほとんど変化してないことが知りうる。し
たがって、θmに関して、破壊基準は、それほど敏感で
なく、実測値の読みとり誤差を考えると0kg/cm2と50
kg/cm2では同レベルである。また、図10にγmのシミ
ュレーション結果を示す。図10(a)は、破壊基準が
0kg/cm2の時、坑井方位を0〜90°、坑井傾斜0〜9
0°の範囲で5°きざみで変化させていった時のγmを
プロットしたものである。同様に図10(b)は、破壊
基準が50kg/cm2の時のγmのプロット結果である。図
10(a)および(b)より、破壊基準が0から50kg
/cm2に増加すると、コンターの傾向は変らないがγm
値は小さくなってゆく。これは岩石破壊基準によりγm
が変化することを示しており、この破壊基準を一義的に
決定しなければγmを求めることができないことを示し
ている。しかしながら、観測されたき裂は、水圧破砕等
の大圧力を受けて作られたものではないこと、およびγ
mの破壊基準に対する変化の割合は、破壊基準が0から
50kg/cm2に増加しても0〜7.5°の範囲でしか変化
せず、これは観測値の読みとり誤差の範囲内であると考
えられることの両方を考え合わせると、破壊基準は0kg
/cm2と考えても差しつかえない。したがって、先の破壊
基準の変化によるθmの変化依存性がないことを考え合
わせると、計算結果を坑井方位・傾斜の異なる3深度以
上の観測値(θm、γm)の組(なお3深度未満の場合は
コア試験等他のデータで補っても良い)にマッチングさ
せる(近似をとる)ことにより、地殻応力およびその方
位・傾斜を求めることができる。 (実施例3)次に、図7のケース1について深度方向に
応力比は一定と仮定し、坑井方位・傾斜を深度毎に変化
させていった時の深度方向に対するθm及びγmの変化を
求めた。このシミュレーションでは、σ3は岩石密度
(ρ)を2.7g/cm3とし、深度差により初期値に加算
していくこととし、応力比は一定(σ3:σ1:σ2
1:0.8:0.5)とした。また、σvの初期値は静
岩圧(ρz=2.7g/cm3×1000m)としている。
このシミュレーションで得られるγmをプロットした結
果を図11に示す。図11から明らかなように、応力比
が変らなければγmのコンターに大きな変化はないこと
がわかる。つまり、γmは坑井の方位・傾斜のみに依存
することが知りうる。またθmの位置も、応力比が深度
により変化しなければ、坑井方位・傾斜のみに依存する
ので、深度方向に実測された(θm、γm)に近似をとる
場合、1つの深度におけるθm及びγmの計算結果のコン
ターを作成しておけば、坑井の方位・傾斜の異なる深度
においても、このコンターを参照できることが知りう
る。表1に、その解析例を示す。これは、坑井方位及び
傾斜をそれぞれ1000mで10゜とし、深度方向に5
゜毎に、方位及び傾斜を増加させていった時のγm等の
変化を示した表である。
[Equation 11] At the locations indicated by arrows in FIG. 9, σ m is 0 kg / cm 2 and 50 k.
g / cm 2 , where destruction of the pit wall will occur, suggesting that θ m and γ m must be referenced at this arrow. According to this figure, even if the fracture criterion changes from 0 to 50 kg / cm 2 at the location of the arrow,
position of theta m may know that hardly changed. Therefore, regarding θ m , the destruction criterion is not so sensitive, and considering the reading error of the actually measured value, 0 kg / cm 2 and 50 kg
The level is the same at kg / cm 2 . FIG. 10 shows a simulation result of γ m . FIG. 10 (a) shows that when the fracture criterion is 0 kg / cm 2 , the well orientation is 0 to 90 °, and the well inclination is 0 to 9 °.
This is a plot of γm when the angle is changed at intervals of 5 ° within a range of 0 °. Similarly, FIG. 10B is a plot result of γ m when the fracture criterion is 50 kg / cm 2 . 10 (a) and 10 (b) that the destruction criterion is 0 to 50kg.
Increasing the / cm 2, the value of is unchanged tendency contour gamma m is day become smaller. This is γ m
Is changed, and it is shown that γ m cannot be obtained unless this destruction criterion is uniquely determined. However, the observed cracks were not created under high pressure such as hydraulic fracturing, and γ
The rate of change of m with respect to the failure criterion changes only in the range of 0 to 7.5 ° even when the failure criterion increases from 0 to 50 kg / cm 2 , which is within the error of reading the observed value. Considering both things considered, the destruction criterion is 0 kg
/ cm 2 is no problem. Thus, when considered together that there is no change in dependence of theta m due to changes in the previous failure criterion, the calculation result of the wellbore azimuth, three different depths or more observations inclination (θ m, γ m) pairs (Note If the depth is less than 3 depths, it may be supplemented with other data such as a core test). (Embodiment 3) Next, assuming that the stress ratio in the depth direction is constant in case 1 of FIG. 7, θ m and γ m with respect to the depth direction when the well orientation and inclination are changed for each depth are described. Seeking change. In this simulation, σ 3 is set to a rock density (ρ) of 2.7 g / cm 3 and added to the initial value according to the depth difference, and the stress ratio is constant (σ 3 : σ 1 : σ 2 =
1: 0.8: 0.5). The initial value of σ v is the static rock pressure (ρz = 2.7 g / cm 3 × 1000 m).
FIG. 11 shows the result of plotting γ m obtained in this simulation. As is clear from FIG. 11, if the stress ratio does not change, there is no significant change in the γ m contour. That is, it can be seen that γ m depends only on the bearing and inclination of the well. If the stress ratio does not change with depth, the position of θ m depends only on the wellbore direction and inclination. Therefore, when approximating (θ m , γ m ) measured in the depth direction, one depth If the contours of the calculation results of θ m and γ m are prepared, it can be understood that the contours can be referred to even at different depths of the azimuth and inclination of the well. Table 1 shows an example of the analysis. This means that the wellbore direction and inclination are 10 ° at 1000m each, and 5
6 is a table showing changes in γ m and the like when the azimuth and the inclination are increased for each ゜.

【表1】 また、表1の結果をプロットしたものを図12に示す。
図12が示すように、γmは、深度方向につき増加傾向
にあることが理解でき、θmは、深度方向で平面内最大
圧縮主応力方向からずれて、平面内最小圧力主応力方向
に近付くことが知りうる。ここで、実測値のθmおよび
γmの読みとり誤差を±5°とすると、θmについて、1
300m以浅、γmについて、1200m以深は、±5
°以内となっているが、例えば、1100mと1300
mの深度においてのように200m間隔でみると、θm
で4.6°、γmで6.1°の差ができることになり、深
度1000m,1100m、1300mの3深度での解
析が可能である。また、例えば、深度1200m、13
00m、1400mの3深度での解析は、θm、γmにそ
れぞれあまり差が出ないので解析結果は任意性が大きく
なる。また、応力の大きさを議論する場合は、坑井堀削
中の水圧および地熱井の場合は熱応力を正しく評価する
必要があり、通常の場合、ここでの手法は主応力の応力
比、方位、傾斜、を求める場合に適用できる。 (実施例4)次に、実際の取得データ(表2)に示す。
ここで、実測値に近似させるシミュレーションを実施し
た。
[Table 1] FIG. 12 shows a plot of the results of Table 1.
As shown in FIG. 12, it can be understood that γ m tends to increase in the depth direction, and θ m shifts from the in-plane maximum compressive principal stress direction in the depth direction and approaches the in-plane minimum pressure principal stress direction. I can know that. Here, when an error is reading theta m and gamma m measured values to ± 5 °, the theta m, 1
300m shallower than, for γ m, 1200m deeper is, ± 5
°, but for example, 1100m and 1300
m at 200 m intervals, as at a depth of m
Is 4.6 °, and γ m is 6.1 °, so that analysis at three depths of 1000 m, 1100 m and 1300 m is possible. Also, for example, at a depth of 1200 m, 13
In the analysis at three depths of 00 m and 1400 m , there is not much difference between θ m and γ m , so that the analysis result becomes more arbitrary. Also, when discussing the magnitude of stress, it is necessary to correctly evaluate the hydraulic pressure during drilling of a well and thermal stress in the case of a geothermal well. , Inclination, can be applied. (Embodiment 4) Next, actual acquired data (Table 2) is shown.
Here, a simulation was performed to approximate the measured values.

【表2】 データは、NEDOのプロジェクトにより岩手県岩手郡
松尾村湯の森地域に堀削されたTG−2井により取得さ
れたもので、本坑井では、実際に、BHTV、FMI検
層が行なわれている。TG−2井は、深度200m付近
でキックオフされ深度1000m付近で坑井方位216
°(TN)、傾斜28°50´の傾斜井である。TG−
2井におけるシミュレーションは、以下の仮定により、
成り立っている。 最大圧縮主応力は880m付近で採取されたコアの試
験結果をもとに880mにおいて240kg/cm2ときめ
る。 深度方向の応力比は変化しない。 深度方向の応力の増加率は各応力で鉛直に一番近いも
のに対し、約20kg/cm2/100m(2.0g/cm3)で加算
する。以上の仮定をもとに、試行錯誤的に計算した結
果、仮定した最大圧縮主応力の方位が、実測のθmから
大きくはずれると、最適な近似が得られないことより実
測の、θmの位置付近が、最大圧縮主応力の方位となる
ことが知りえた。表3に表2に示す実測値と計算値で最
も良い近似がとれた場合の解析結果を示す。
[Table 2] The data was obtained by the TG-2 well excavated in the Yunomori area of Matsuo-mura, Iwate-gun, Iwate Prefecture by the NEDO project. I have. The TG-2 well was kicked off at a depth of around 200 m and bored at around 2,000 m.
° (TN), 28 ° 50 ′ inclined well. TG-
The simulation at Well 2 is based on the following assumptions:
It is made up. The maximum compressive principal stress is determined at 240 kg / cm 2 at 880 m based on the test results of the core taken around 880 m. The stress ratio in the depth direction does not change. Rate of increase in the depth direction of the stress with respect to what is almost vertically best in each stress is added at about 20kg / cm 2 /100m(2.0g/cm 3). Based on the above assumptions, trial and error calculated result, the orientation of the assumed maximum compressive principal stress were found deviates significantly from theta m of actual measurement, the measured than to not optimal approximation is obtained, the theta m It was found that the vicinity of the position became the direction of the maximum compressive principal stress. Table 3 shows an analysis result when the best approximation is obtained between the actually measured value and the calculated value shown in Table 2.

【表3】 また、図13には解析結果と実測値の比較をプロットし
たものを示す。この図から解析結果と実測値は極めて近
似していることが伺われ、解析結果の各応力の方位・傾
斜は信頼性がある。解析結果より、最小圧縮主応力が一
番鉛直に近いことよりTG−2井周辺の応力場が逆断層
型であることを表しており、広域応力場とも一致するの
で信頼性がある。また、TG−2井におけるコア試験の
DSCA法(Differential StrainCurve Analysis)の
応力解析結果とも調和的であった。
[Table 3] FIG. 13 shows a plot of the comparison between the analysis result and the actually measured value. From this figure, it can be seen that the analysis result and the measured value are extremely similar, and the direction and inclination of each stress in the analysis result are reliable. The analysis results show that the minimum compressive principal stress is closest to the vertical, indicating that the stress field around the TG-2 well is of the reverse fault type, and is consistent with the wide-area stress field, so that the reliability is high. In addition, the results were consistent with the stress analysis results of the core test at TG-2 by the DSCA method (Differential StrainCurve Analysis).

【発明の効果】本発明によれば、1本の坑井を掘削する
だけで地下の地殻応力を解析することができる。特に、
深度の大きい坑井において、高深度箇所の応力解析を可
能とするので、地震発生機構の解明や水圧破砕における
フラクチャの進展予測に大きく貢献する。また、パッカ
ーやポンプ等の大がかりな装置を必要とせずに、また、
1本の坑井の掘削で足りるので、経済効率的にも優れて
おり、特に、高深度の地下の地殻応力の解析に優れたも
のである。また、1本の坑井からのデータがあれば、簡
便に地下の地殻応力を求めることができ、また、解析も
容易であるので、掘削現場での解析も可能であり、特
に、水圧破砕による流体採取量の増大を目的としている
坑井では、非常に利点が大きい。
According to the present invention, underground crustal stress can be analyzed only by drilling one well. Especially,
In deep wells, stress analysis at high depths is possible, which greatly contributes to elucidation of the mechanism of earthquake occurrence and prediction of fracture progress in hydraulic fracturing. Also, without the need for large equipment such as packers and pumps,
Since drilling a single well is sufficient, it is also economically efficient, and is particularly excellent in analyzing deep underground crustal stress. In addition, if there is data from a single well, it is possible to easily determine the underground crustal stress, and because it is easy to analyze, analysis at the excavation site is also possible. For wells intended to increase fluid collection, the benefits are very significant.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、ボアホールテレビューア(BHTV)
により観察された坑井軸に沿うフラクチャを示す図
FIG. 1 is a borehole televiewer (BHTV)
Showing fractures along the well axis observed by SAR

【図2】図2は、FM1検層より得られた深度1075
m〜1077mにおける坑壁面を示す図
FIG. 2 shows the depth 1075 obtained from the FM1 logging.
The figure which shows the pit wall in m-1077m

【図3】図3は、1本の傾斜井の異なる深度の3ヵ所
で、各深度の坑軸に対する方位、傾斜を求めこれによっ
て地下の応力を解析する方法の概念図
[Fig. 3] Fig. 3 is a conceptual diagram of a method for analyzing the underground stress by obtaining the azimuth and inclination of a single inclined well at three different depths with respect to a pit axis at each depth.

【図4】図4は、σ3を鉛直方向とし、σ1およびσ2
σ3に垂直な平面内にとり、この時の、坑井の方位傾
斜、水圧および垂直応力を変化させて壁面接線応力、壁
面内最大引っ張り応力および最大引っ張り応力に垂直な
方向と抗井軸のなす角度等の変化をシミュレーションす
るための座標系を示す図
FIG. 4 shows that σ 3 is the vertical direction, σ 1 and σ 2 are in a plane perpendicular to σ 3 , and the azimuth of the well, water pressure and vertical stress are changed to change the tangent to the wall surface. Diagram showing a coordinate system for simulating stress, the maximum tensile stress in the wall, and changes in the angle between the well axis and the direction perpendicular to the maximum tensile stress

【図5】図5は、応力およびせん断を図示したものを示
す図
FIG. 5 is a diagram illustrating stress and shear.

【図6】図6は、応力計算プログラムのフローチャートFIG. 6 is a flowchart of a stress calculation program.

【図7】図7は、応力をパラメータとしたシミュレーシ
ョンの基本モデルを示す図
FIG. 7 is a diagram showing a basic model of a simulation using stress as a parameter;

【図8】面8は、ケース1〜3の場合の圧力比をパラメ
ータとしてY、Pの変化をプロットした結果を示す
FIG. 8 is a view showing a result of plotting changes in Y m and P m using the pressure ratio in the cases 1 to 3 as parameters,

【図9】図9は、坑井方位50°、傾斜30°の場合
に、式11で表される(ボアホール周方向の応力)、σ
m(壁面内最大引っ張り応力)およびγm(ボアホール軸
とフラクチャのなす角)の変化を示す図
FIG. 9 is a graph showing the equation (11) (stress in the borehole circumferential direction) and σ when the borehole orientation is 50 ° and the inclination is 30 °.
graph showing changes in m (wall within the maximum tensile stress) and gamma m (angle between the borehole axis and the fracture)

【図10】図10(a)は、破壊基準(γm)が0kg/cm
2の時、坑井方位を0〜90°、坑井傾斜0〜90°の
範囲で5°きざみで変化させていった時のγmをプロッ
トした結果を示す図 図10(b)は、破壊基準(γm)が50kg/cm2の時の
γmのプロット結果を示す図
FIG. 10 (a) shows that the breaking criterion (γ m ) is 0 kg / cm.
When 2, the wellbore azimuth 0 to 90 °, Fig diagram 10 showing the results of plotting the gamma m when went varied 5 ° increments in the range of wellbore inclination 0 to 90 ° (b), the Figure destruction criteria (gamma m) shows a plot result of gamma m when the 50 kg / cm 2

【図11】図11は、実施例のケース1について深度方
向に応力比は一定と仮定し、坑井方位・傾斜を深度毎に
変化させていった時の深度方向に対するθm及びγmの変
化のシミュレーションで得られるγmをプロットした結
果を示す図
FIG. 11 is a graph showing the case where the stress ratio in the depth direction is assumed to be constant for case 1 of the embodiment, and θ m and γ m with respect to the depth direction when the well orientation and inclination are changed for each depth. Diagram showing the result of plotting γ m obtained by simulation of change

【図12】図12は、坑井方位及び傾斜をそれぞれ10
00mで10゜とし、深度方向に5゜毎に、方位及び傾
斜を増加させていった時のγm等の変化をプロットした
結果を示す図
FIG. 12 shows wellbore azimuth and inclination of 10
And 10 ° with 00m, shows every 5 ° in the depth direction, the results of plotting the change in the gamma m like when went increasing orientation and tilt

【図13】図13は、解析結果と実測値の比較をプロッ
トした図
FIG. 13 is a diagram in which a comparison between an analysis result and an actually measured value is plotted.

【符号の説明】 1・・・坑跡、 2・・・Depth1における坑壁、 3・・・Depth2における坑壁、 4・・・Depth3における坑壁、 5a、5b・・・坑壁2の壁面に現れるフラクチャ(き
裂)、 6a、6b・・・坑壁3の壁面に現れるフラクチャ(き
裂)、 7a、7b・・・坑壁4の壁面に現れるフラクチャ(き
裂) ζ・・・抗井軸 σm・・・坑壁の最大引っ張り応力 γm・・・坑壁の最大引っ張り応力に垂直な方向と坑井
軸のなす角度 a・・・3方向応力値、2方向方位、1方向傾斜 b・・・水圧 c・・・ポアソン比 d・・・坑井方位・傾斜
[Description of Signs] 1 ... pit mark, 2 ... pit wall at Depth1, 3 ... pit wall at Depth2, 4 ... pit wall at Depth3, 5a, 5b ... wall surface of pit wall 2 6a, 6b: fractures (cracks) appearing on the wall surface of the pit wall 3; 7a, 7b: fractures (cracks) appearing on the wall surface of the pit wall 4 Well axis σ m・ ・ ・ Maximum tensile stress of the pit wall γ m・ ・ ・ Angle between the direction perpendicular to the maximum tensile stress of the pit wall and the well axis a ・ ・ ・ Stress in three directions, two directions, one direction Incline b ・ ・ ・ Hydraulic pressure c ・ ・ ・ Poisson's ratio d ・ ・ ・ Bore direction / incline

フロントページの続き (72)発明者 林 一夫 仙台市青葉区片平2ー1ー1 東北大学 流体科学研究所 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01L 5/00Continuation of front page (72) Inventor Kazuo Hayashi 2-1-1 Katahira, Aoba-ku, Sendai City Institute of Fluid Science, Tohoku University (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01L 5/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくとも1本の傾斜坑井から得られる
異なる坑井方位傾斜の3深度以上の坑井壁のき裂につい
て、ボアホールテレビューア(BHTV)、オプテイカ
ルスキャナー(ボアホールテレビ)、フォーメーション
マイクロイメージャー(FMI)、フォーメーションマ
イクロスキャナー(FMS)または型取りパッカー等に
より、坑井軸に沿うき裂の位置(θ)およびそのき裂
の坑井軸となす角度(γ)を実測する第1の工程と、 前記実測されたき裂に対し、その地殼主応力1の大きさ
(σ)とその方位(φ)、傾斜(θ)、その主応
力2の大きさ(σ)とその方位(φ)と傾斜
(θ)、その主応力3(σ)とその方位(φ)と
傾斜(θ)のうち少なくとも6つの値を任意に設定し
て任意の3次元地殻応力場を仮定する第2の工程と、 前記第2の工程で仮定した任意の3次元地殻応力場の値
を用いて、下記の式により、第1の工程で実測されたき
裂の深度と同じ深度の坑井軸に沿うき裂の位置(θ
及びそのき裂の坑井軸となす角度(γ)を算定する第
3の工程と、 前記第3の工程で求められた坑井軸に沿うき裂の位置
(θ)及びそのき裂の坑井軸とのなす角度(γ
が、前記実測された坑井軸に沿うき裂の位置(θ)及
びそのき裂の坑井軸とのなす角度(γ)に最も良く近
似するように、前記6つの値を演算して求める第4の工
程と、 からなることを特徴とする3次元地殻応力解析方法。 【式1】
1. A borehole televiewer (BHTV), an optical scanner (borehole television), and a formation micro for cracks in a wellbore at three or more depths with different well orientations obtained from at least one inclined well. Using an imager (FMI), a formation microscanner (FMS) or a molding packer, the position of a crack along the well axis (θ m ) and the angle of the crack with the well axis (γ m ) are measured. In the first step, the magnitude (σ 1 ), orientation (φ 1 ), inclination (θ 1 ), and magnitude (σ 2 ) of the main stress 1 of the earth's crust are measured with respect to the actually measured crack. ), Its orientation (φ 2 ) and inclination (θ 2 ), its principal stress 3 (σ 3 ), its orientation (φ 3 ) and its inclination (θ 3 ) are arbitrarily set and any value is set. 3D ground Using a second step of assuming a shell stress field, and the value of an arbitrary three-dimensional crustal stress field assumed in the second step, the depth of the crack actually measured in the first step by the following equation: Crack location along the well axis at the same depth (θ m )
And a third step of calculating an angle (γ m ) between the crack and the well axis, the position (θ m ) of the crack along the well axis and the crack determined in the third step Angle with the well axis (γ m )
The above six values are calculated so that the best approximation is made to the actually measured position of the crack along the well axis (θ m ) and the angle of the crack with the well axis (γ m ). A three-dimensional crustal stress analysis method, comprising: (Equation 1)
【請求項2】 前記第1の工程より実測される坑井軸に
沿うき裂の位置(θ)およびそのき裂の坑井軸となす
角度(γ)が3深度未満の場合には、不足する実測値
を、同じ坑井から得られる、コア試験結果、AE観測結
果、水圧破砕試験結果、オーバーコアリング測定・解析
結果、ブレークアウト解析結果等のうち少なくとも1つ
以上の実測値で補い、少なくとも前記の6つ以上の測定
値を得ることにより、3次元地殼応力場を仮定し、この
仮定した値を用いて、前記第1の工程で実測されたき裂
の深度と同じ深度の坑井軸に沿うき裂の位置(θ)及
びそのき裂の坑井軸とのなす角度(γ)を求め、この
求められる坑井軸に沿うき裂の位置(θ)及びそのき
裂の坑井軸とのなす角度(γ)を前記坑井軸に沿うき
裂の位置(θ)及びそのき裂の坑井軸とのなす角度
(γ)に最も近似するように、前記6つの値を演算し
て求めることを特徴とする請求項3記載の3次元地殻応
力解析方法。
2. When the position (θ m ) of a crack along the well axis measured from the first step and the angle (γ m ) formed by the crack with the well axis are less than 3 depths, Insufficient measured values are obtained from at least one of core test results, AE observation results, hydraulic fracturing test results, overcoring measurement / analysis results, breakout analysis results, etc. obtained from the same well. In addition, by obtaining at least the above-mentioned six or more measured values, a three-dimensional crustal stress field is assumed, and using this assumed value, a pit having the same depth as the crack depth actually measured in the first step is used. The position (θ m ) of the crack along the well axis and the angle (γ m ) between the crack and the well axis are determined, and the position (θ m ) of the crack along the well axis and the required The angle (γ m ) between the crack and the well axis is determined by the position (θ m ) of the crack along the well axis. 4. The three-dimensional crustal stress analysis method according to claim 3, wherein the six values are calculated and calculated so as to most approximate the angle (γ m ) between the crack and the well axis.
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