JPH07301574A - Three-dimensional crustal stress analyzing method - Google Patents

Three-dimensional crustal stress analyzing method

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JPH07301574A
JPH07301574A JP11589494A JP11589494A JPH07301574A JP H07301574 A JPH07301574 A JP H07301574A JP 11589494 A JP11589494 A JP 11589494A JP 11589494 A JP11589494 A JP 11589494A JP H07301574 A JPH07301574 A JP H07301574A
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真司 高杉
Kazuo Hayashi
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Chinetsu Gijutsu Kaihatsu KK
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Abstract

PURPOSE:To analyze the underground crustal stress using only one boring by analyzing the three-dimensional crustal stress at more than two points of different depth along the axis of boring based on the observation results of position and angle of cracks thereat. CONSTITUTION:Among six parameters required for determining the three- dimensional underground stress, two observation values, that is, the position of a crack extending along the axis of boring at some depth and the angle thereof with respect to the axis of boring can be acquired by observing a bore hole televiewer detection layer and a formation micro-imager detection layer. When observation results are obtained for three different boring conditions in the depth direction while setting a constant stress, the three-dimensional underground stress can be determined. For example, at three points Depth 1, 2, 3 of different depth in one boring, the position thetam of a crack with reference to the due north for the axis of boring at each depth is determined along with the angle num thereof between the axis of boring and the direction perpendicular to the maximum tensile stress in the wall face thus analyzing the underground crustal stress.

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] Recently, a method of analyzing underground crustal stress using breakout and drilling induce fracture along the well axis observed in the elucidation of earthquake generation mechanism and prediction of fracture progress in hydraulic fracturing Regarding

【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 Underground crustal stress is very important to analyze when constructing an underground structure or when performing deep drilling. To measure crustal stress, the stress release method,
Although there are hydraulic fracturing method, core method, breakout method, etc., the stress release method makes it difficult to install a strain cage at a large depth, and it is difficult to detect a signal from a large depth strain cage. Therefore, the hydraulic fracturing method is only used for underground below a few hundred meters deep only near the surface of the earth. Further, various methods have been proposed, such as a method of measuring this measurement with one well and a method requiring a plurality of wells. Such various methods have been proposed, but it is difficult to measure the direction and magnitude of the stress in the crust at the same time, and the analysis also makes some assumptions. This is because there is a difference, which results in a large difference in the analysis result. For example, in the hydraulic fracturing method, the required measurement section of the well is blocked at two upper and lower locations by a plug (packer), and high pressure is applied to this section by a high-pressure pump to hydraulically fracture the well wall and cause cracks (cracks). ) Is calculated and the stress is calculated from the time history of water pressure at this time and the created crack orientation. In the crustal stress evaluation method in this method, it is assumed that one of the crustal principal stresses is vertical ( A basic measurement method to evaluate vertical cracks (cracks that occur along the bus of a well) under vertical assumptions), and to grow vertical cracks beyond the packer and pressurize water from within the pressurization section. Longitudinal crack bypass type measurement method in which leakage is measured outside the section and evaluation is performed, or crustal stress is assumed to be distributed in proportion to depth, and this proportional coefficient is calculated for many Ps and Psb. There is a depth-proportional measurement method that evaluates from measured 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。
Problems to be Solved by the Invention In the measurement of crustal stress by the hydraulic fracturing method illustrated above, the vertical assumption which is a prerequisite for the basic type measuring method and the depth proportional assumption which is a prerequisite for the depth proportional measuring method. Does not necessarily indicate actual underground geological structural conditions. Especially, in the geothermal area where the underground structural movement is recognized to be active, it is considered that these preconditions are not satisfied,
This cannot be applied as it is. In addition, in the vertical crack bypass type measurement method, there is no precondition for assuming the stress state, but in order to completely determine the stress at one depth, two wells with different inclinations should be used. Since hydraulic fracturing data at two locations is required, enormous cost, time, and labor are required, and it is impractical and impractical except when using a well with a small hole diameter and a small depth using a tunnel wall. It is a thing.

【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。
This invention solves the above-mentioned problems in the analysis of the crustal stress, and in particular, is designed for hydraulic fracturing in the field, and is practical in terms of speed and ease. Therefore, the present invention intends to analyze the underground three-dimensional crustal stress from one well logging data. That is, at least six parameters are required as parameters for determining the three-dimensional underground stress, but the borehole televiewer logging (BHTV logging) and FMI (formation micro imager) logging, etc. Since the state of cracks along the axis can be easily observed, regarding the cracks that can be observed by this BHTV logging or FMI logging, the observed values of the cracks are 2 m of θ m and γ m at one depth. One observation is acquired.
Therefore, under the condition that the stress ratio is constant in the depth direction, 3
If the observation results under two different well conditions are obtained, then
Dimensional underground stress can be uniquely determined. Here, the crack along the well axis is the crushing of the well wall due to mud pressure, excessive pump pressure during mud sending and thermal stress to the well during excavation, and basically it is hydraulic crushing. Occurs by a mechanism similar to the origin of. However, this crack was not created like a hydraulic fracturing crack by using a packer and intentionally applying a large pressure to the measurement section, and it is relatively small at the same level as the rock fracture standard. It is naturally created by well drilling, and this point is different from the crack of hydraulic fracturing.For this reason, γ m easily dominates the maximum compressive stress, and that crack is The angle (γ m ) formed is dominant in stress and fracture strength of rock. The cracks along the well axis are formed symmetrically in the well axis direction in the well wall where the tensile stress is maximum, and then propagate in the direction of maximum compressive principal stress in the crust. Therefore, the three-dimensional crustal stress can be analyzed using the observation results of θ m and γ m under three different well conditions. Therefore, in the present invention, focusing on the orientation and inclination of the well as three different well conditions, the in-situ underground stress is estimated from the observation results at three or more different orientations and inclinations. . In particular, geothermal wells are generally excavated in inclined wells, and the well traces are complicated, and the azimuth and inclination differ depending on the depth. Therefore, the observation result of the position of the crack along the well axis and the angle between the crack and the well axis at three or more different depths in one tilted well excavated in the geothermal field is If it becomes clear, the crustal stress at that point can be analyzed. In addition, regardless of the number of depths, a total of 6 data can be obtained by combining data such as core test results, AE observation results, hydraulic fracturing test results, overcoring measurement / analysis results, and breakout analysis results for the same well. By obtaining the above observed values, the three-dimensional underground stress can be determined. Therefore, the present invention uses, for example, a borehole televiewer (BHTV), an optical scanner (borehole television), a formation microimager (FMI), a formation microscanner (FMS), or a molding packer in one observation well. , The crack position along the well axis (θ m ) and the angle (γ m ) formed by the crack with respect to the well axis for each well wall at different depths of 3 or more with different well orientation and inclination While actually measuring, the magnitude (σ 1 ) of the principal stress 1 underground and its orientation (φ 1 ) and inclination (θ 1 ) and the principal stress 2 (σ 2 ) and its orientation (φ 2 ) and inclination ( θ 2 ), the magnitude of the principal stress 3 (σ
3 ), its orientation (φ 3 ) and inclination (θ 3 ) are set to at least 6 values to assume a unique three-dimensional crustal stress field, and the position of the crack along the well axis at each depth (θ m ) and the angle between the crack and the well axis (γ m )
The three-dimensional crustal stress specified by the six values of the main stresses, the direction, and the inclination, at which the obtained θ m and γ m are the best approximation to the above-mentioned measured values, are trial and error, least squares law, Alternatively, it is analyzed 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。
[Formula 2] Further, for example, in one observation well, the position of the crack along the well axis (θ m ) and the angle (γ m ) formed by the crack with the well axis are along the well axis of less than 3 depths. When only the position of the crack (θ m ) and the angle of the crack with respect to the well axis (γ m ) are measured, the insufficient measured value is obtained from the same well, core test results, AE Observation results, hydraulic fracturing test results, overcoring measurement / analysis results,
It is characterized in that the three-dimensional crustal stress field is assumed and obtained by supplementing it with at least one measured value out of the breakout analysis result and the like. That is, the position (θ m ) of a crack along the axis of one observation well and the position (θ m ) of the crack with the axis of the well (γ m ) along the axis of the well below 3 depth ( θ m ) and the angle (γ m ) formed by the crack with respect to the well axis are measured, the insufficient actual measurement value is used as the core test result, AE observation result, hydraulic fracturing test result of the well. By combining data such as measurement results of overcoring and analysis, and breakout analysis results, a total of 6 or more observation values can be acquired and specified by 6 values of each main stress magnitude, direction, and inclination. The three-dimensional crustal stress field is set, and θ m and γ m are calculated, and the observed position of the crack (θ m ) and the angle (γ m ) between the crack and the well axis are the best Three-dimensional crustal principal stress specified by the magnitude, direction, and inclination of each of the above-set principal stresses that are 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 a well axis observed from one well and the angle (γ m ) formed with the well axis of the crack are different in the direction and inclination of the well axis. When the depth is obtained, what is necessary for the above analysis is the magnitude of the principal stress 1 (σ 1 ) and its orientation (φ 1 ) and inclination (θ 1 ), and the magnitude of the principal stress 2 (σ 2 ) and its Since there are six directions (φ 2 ) and the magnitude of the principal stress 3 (σ 3 ), two observation values will be insufficient. Since the azimuth and inclination of the minimum compressive principal stress can be obtained from the AE observation result, if this is taken into consideration, φ 1 and θ 1 are known among the above parameters, so that the one to be obtained is σ 1 , σ 2 , σ 3 and φ 2
It will be four. Therefore, the 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 to observe the pit wall by a borehole televiewer (BHTV), an optical scanner (borehole television), a formation microimager (FMI), a formation microscanner (FMS), or a molding packer. From the results, the position of the crack along the well axis (θ m ) and the angle of the crack with the well axis (γ m ) were obtained, and the lacking data was obtained from the same well Core test results, AE observation Results, hydraulic fracturing test results, overcoring measurement analysis results, breakout analysis results, etc. are supplemented with at least one result, and at least six measured values are acquired, and the position of the crack along the well axis (θ m ). And the angle (γ m ) that the crack makes with the well axis are calculated by the following formula, and the calculated θ m and γ m are the closest to the above measured values. By obtaining an approximate value, in-situ three-dimensional crustal stress is analyzed.

【式3】 [Formula 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。
The cracks along the shaft analyzed by BHTV logging and FMI logging are developing along the shaft, and the orientation (θ m ) is 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 shaft by a certain angle. The gap (γ m ) from the mine axis is considered to have developed under the influence of three-dimensional underground stress and the strength of rock, so these (θ m ) and (γ m )
However, in one inclined well, it is possible to make up for it by using the measured values obtained from other measured values of the same well even if the depths are less than 3 or more than 3 locations with different well orientations and inclinations. If, as a result, the values of 6 parameters of 3 depths or more are determined, it can be estimated that these are the data in 3 different wells, and therefore the analysis of the underground 3D stress field is possible based on this. 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。
EXAMPLES FIGS. 1 and 2 show a crack along the well axis that appeared on the wall of an excavated well. FIG. 1 shows the fracture along the well axis observed by a borehole televiewer (BHTV), and FIG.
The crack portion along the well axis indicated by indicates the drilling induce fracture, and the crack along the well axis indicated by indicates the breakout (well wall). Fig. 3 shows continuous shear failure in the axial direction of the well). Moreover, FIG.1 (b) shows the stress distribution in 1137.53m (cross section). In this example, it is shown 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 with respect to true north. However, here, the discussion of the maximum principal stress in the breakout assumes that one of the principal stresses is in the well axis, so the maximum and minimum compressive principal stresses in the plane orthogonal to the well axis are expressed. ing. In addition, FIG.
It shows the mine wall surface at the depth of 1075m to 1077m obtained from one logging, and the wall surface from north (N) to east (E) side, east (E) side to south (S) with true north as the reference. It shows a wall surface from the side, a wall surface from the south (S) side to the west (W) side, and a wall surface from the west (W) side to the north (N) side. 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 separated by θ m with respect to true north. It shows that a fracture runs longitudinally along the well axis at a position and at an angle of γ m with respect to the well axis. like this,
The fracture (crack) condition along the well axis can be observed by BHTV logging and FMI logging, so it is assumed that the stress linearly changes in the depth direction, and the above-mentioned θ m at three or more depths is assumed. If γ m and γ m are obtained, then 3
Dimensional underground stress can be analyzed. FIG. 3 is a conceptual diagram of a method of analyzing the stress in the underground by obtaining the azimuth and inclination with respect to the shaft at each depth at three different depths of one inclined well. In the figure, N, S, W and E are
Shows north, south, west, and east, respectively, 1 is a mine site, 2,
3 and 4 are Depth1, Depth2, and Depth3
The mine wall concept in is shown. 5a and 5b show a fracture (crack) that appears on one of the wall surfaces of the mine wall 2 and a fracture (crack) that appears on the other wall surface. Similarly, in the figure, 6a,
6b is a crack appearing on one of the wall surfaces of the mine wall 3 and a crack appearing on the other wall surface, and 7a and 7b are cracks appearing on one of the wall surfaces of the mine wall 4 and a crack appearing on the other wall surface. Indicates. Further, θ m is the position of the fracture (crack) with reference to true north, and γ m is the angle between the direction perpendicular to the maximum tensile stress in the wall of the fracture and the well axis. Now, take the coordinate system as shown in Fig. 4, set σ 3 to the vertical direction, and set σ 1 and σ 2 in the plane perpendicular to σ 3 , and change the azimuth inclination of the well, water pressure and vertical stress at this time. Equation (4) (wall tangential stress), σ m (maximum tensile stress in the wall)
And γ m (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。
[Formula 4] The calculation formulas are based on Leeman (1969) and Daneshy (197
Based on the policies and formulas set out by 3). Figure 4
This figure shows the coordinate system of this way of thinking.
Is the coordinate system when 3 is the vertical direction, 1 ', 2',
3 ′ is a coordinate system when 3 ′ is aligned with the well axis (ζ). In the coordinate system of FIG. 4, in the orthogonal coordinate system in which the 3 ′ axis is aligned with the well axis (ζ), the stress in the well wall against the input is expressed as follows using the 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。
[Formula 5] Further, in the equation 4, the maximum tensile stress σ m of the well wall and the angle γ m formed by the well axis and the direction perpendicular to the σ m are 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。
[Formula 6] Here, the position θ m when a vertical crack is formed is obtained as follows. That is, on the pit wall surface (θζ surface), σ m is given at the position where it takes the maximum value. Therefore, the value θ m of θ such that dσ m / dθ = 0 is obtained. The obtained θ m is the position of the vertical crack. The angle of the first-lived crack (γ m ) is the angle formed by the well axis and the direction orthogonal to the maximum tensile stress when the stress reaches its maximum value in the borehole wall surface ((θζ plane). , The angle of the first-lived 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。
[Formula 7] FIG. 5 shows the stress and shear as the parameters in the equation. In the present embodiment, the analysis by the formula calculation or the like can be obtained by many trial and error, the least squares method, or the statistical method, but the calculation is performed by the computer according to the flowchart shown in FIG. You can let me do it. That is, FIG. 6 is a flowchart of the stress calculation program. Figure 6
As shown in, the initial input value of the program is a. 3-direction stress value, 2-direction azimuth, 1-direction tilt b. Water pressure c. Poisson's ratio d. Well orientation / tilt. The output is a step width with an arbitrary equal interval, and the following is output.

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

【式9】 (ボアホール軸方向の応力)[Formula 9] (Stress in 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。
[Formula 10] (Stress of θζ surface) d · σ m (Max) (maximum tensile stress in the wall surface) e · σ m (Min) (maximum compressive stress in the wall surface) f · γm (angle between the borehole axis and the fracture) As a check in the calculation process, in the tensor rotation, stress invariants are calculated before and after the calculation, and it can be confirmed that the two match, and when obtaining the principal stress, check the normalized eigenvectors. You can also As an example of the present invention, first, the sensitivities due to changes in θ m and γ m due to changes in stress field and changes in fracture standard were obtained, and an overall image of changes in θ m and γ m was grasped. Next, assuming that the stress ratio is constant in the depth direction, changes in θ m and γ m with respect to the depth when the orientation and inclination of the well were changed in the depth direction were obtained. Finally, the matching between the obtained θ m and γ m and the actual data was examined, and the approximate value was obtained. Hereinafter, a specific method will be described. (Example 1) A simulation was performed using stress as a parameter. A model as shown in FIG. 7 was examined as a basic model. (Case 1) σ 1 = 216kg / cm 2 σ 2 = 135kg / cm 2 σ 3 = 270kg / cm 2 (Case 2) σ 1 = 162kg / cm 2 σ 2 = 135kg / cm 2 σ 3 = 270kg / 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 well orientation and well inclination of γ m were examined. Assuming that there is no shear,
Furthermore, Normal Fauling Regine: σ 21
A stress field of <σ 3 ) was assumed. Note that γ m when the rock fracture criterion (σ m ) at θ m becomes 0 is examined. FIG. 8A shows the result of plotting γ m using the well direction and inclination in the cases 1 to 3 of the above-described embodiment as parameters. In each case, γ m also changes as the well direction and tilt change. For example, as shown in the case 1 of FIG. 8A, when the well orientation is 60 ° and the well inclination is 10 ° and 20 °, there is a difference of about 5 ° in the value of γ m . I understand. From this, the difference of 5 ° is
It is possible to discriminate from the observed values, and therefore, the value of γ m obtained by the well orientation and inclination in this vicinity can be analyzed with relatively high accuracy. However, the 30 ° contour in case 1 covers a fairly wide range, and if the observed γ m in this case is around 30 °, the final analysis result becomes highly arbitrary. Further, FIG. 8 (b) plots changes in water pressure in each case. This indicates that the water pressure for pulling out from the well wall increases as the well approaches the in-plane minimum principal stress direction. (Example 2) Next, regarding the case 1 of Example 1, the dependence of θ m and γ m when the destruction criterion is used as a parameter is described.
Failure Criteria (sigma m) is performed for two cases of 0 kg / cm 2 and 50 kg / cm 2. First, in Fig. 9, the well direction 50
When the angle is 30 ° and the inclination is 30 °, the changes of (stress in the circumferential direction of the borehole), σ m (maximum tensile stress in the wall surface) and γ m (angle formed by the borehole axis and the fracture) are shown.

【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。
[Formula 11] Σ m is 0 kg / cm 2 and 50 k at the position of the arrow in FIG.
It is shown that g / cm 2 is shown, where failure of the pit wall will occur and θ m and γ m must be referenced at the location of this arrow. According to this figure, even if the fracture standard changes from 0 to 50 kg / cm 2 at the arrow,
It can be seen that the position of θ m has hardly changed. Therefore, regarding θ m , the destruction criterion is not so sensitive, and considering the reading error of the measured value, it is 0 kg / cm 2 and 50
It is the same level at kg / cm 2 . Further, 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 changing in steps of 5 ° in the range of 0 °. Similarly, FIG. 10B is a plot result of γ m when the fracture criterion is 50 kg / cm 2 . From Figure 10 (a) and (b), the destruction criterion is 0 to 50 kg.
When it is increased to / cm 2 , the tendency of contour is not changed, but the value of γ m becomes smaller. This is γ m
Indicates that γ m cannot be obtained unless the destruction criterion is uniquely determined. However, the observed cracks were not created by large pressure such as hydraulic fracturing, and γ
The rate of change of m with respect to the fracture criterion changes only within the range of 0 to 7.5 ° even if the fracture criterion increases from 0 to 50 kg / cm 2 , which is within the range of observation reading error. Considering that both are considered, the destruction criterion is 0 kg.
You can safely think of it as / cm 2 . Therefore, considering that there is no dependence on the change in θ m due to the change in the failure criterion, the calculation result shows that the set of observation values (θ m , γ m ) at three or more depths with different well orientations and inclinations ( When the depth is less than 3 depths, the crustal stress and its orientation / tilt can be obtained by matching (approximation) with other data such as core test. (Example 3) Next, in case 1 of FIG. 7, assuming that the stress ratio is constant in the depth direction, θ m and γ m with respect to the depth direction when the well direction and inclination are changed for each depth. I asked for change. In this simulation, σ 3 is assumed to be the rock density (ρ) of 2.7 g / cm 3 and is added to the initial value due 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, the contour of γ m does not change significantly. In other words, it can be seen that γ m depends only on the well direction and inclination. The position of θ m also depends only on the well direction and inclination if the stress ratio does not change with depth. Therefore, when approximating (θ m , γ m ) measured in the depth direction, one depth It can be seen that if the contours of the calculated results of θ m and γ m at are created, this contour can be referred to even at the depths of different well orientations and inclinations. Table 1 shows an example of the analysis. This is 5 m in the depth direction, with well bearing and inclination of 10 m at 1000 m each.
9 is a table showing changes in γ m and the like when the azimuth and the tilt are increased for each degree.

【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] Moreover, what plotted the result of Table 1 is shown in FIG.
As shown in FIG. 12, it can be understood that γ m tends to increase in the depth direction, and θ m deviates from the in-plane maximum compression principal stress direction in the depth direction and approaches the in-plane minimum pressure principal stress direction. You can know that. Here, assuming that the reading errors of the measured values of θ m and γ m are ± 5 °, θ m is 1
For depths less than 300 m and γ m , depths greater than 1200 m are ± 5
Although it is within °, for example, 1100m and 1300
Looking at 200m intervals such as in depth of m, θ m
It is possible to make a difference of 4.6 ° at γ m and 6.1 ° at γ m , and it is possible to analyze at three depths of 1000 m, 1100 m and 1300 m. Also, for example, depths of 1200 m and 13
In the analysis at three depths of 00 m and 1400 m , θ m and γ m are not so different from each other, and therefore the analysis result is highly arbitrary. Also, when discussing the magnitude of stress, it is necessary to correctly evaluate the water pressure during well drilling and thermal stress in the case of geothermal wells. , Can be applied to obtain the slope. (Example 4) Next, actual acquired data (Table 2) is shown.
Here, a simulation was performed to approximate the measured value.

【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, by the NEDO project. In this well, BHTV and FMI logging were actually performed. There is. The TG-2 well was kicked off at a depth of around 200 m and the well heading 216 at a depth of around 1000 m.
It is an inclined well with an inclination of 28 ° and 50 ° (TN). TG-
The simulation in 2 wells is based on the following assumptions:
It is made up. The maximum compressive principal stress is 240 kg / cm 2 at 880 m based on the test results of the core taken at 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 is the direction of the maximum compressive principal stress. Table 3 shows the analysis result when the best approximation is obtained between the 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] Further, FIG. 13 shows a plot of comparison between the analysis result and the actual measurement value. From this figure, it can be seen that the analysis results and the measured values are very close, and the azimuth and inclination of each stress in the analysis results are reliable. From the analysis results, it is shown that the stress field around the TG-2 well is a reverse fault type because the minimum compressive principal stress is closest to the vertical, and it is reliable because it matches the wide area stress field. Further, it was in harmony with the stress analysis result of the DSCA method (Differential Strain Curve Analysis) of the core test in the TG-2 well.

【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 by excavating one well. In particular,
Since it enables stress analysis at high depths in wells with large depth, it greatly contributes to the elucidation of the earthquake generation mechanism and the prediction of fracture progress in hydraulic fracturing. Also, without the need for large-scale devices such as packers and pumps,
Since it is sufficient to excavate one well, it is excellent in economic efficiency, and particularly excellent in the analysis of deep underground crustal stress. Also, if there is data from one well, underground crustal stress can be easily obtained, and analysis is easy, so analysis at the excavation site is also possible, especially by hydraulic fracturing. Wells that aim to increase the amount of fluid harvested have significant advantages.

【図面の簡単な説明】[Brief description of 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).
Of fracture along the well axis observed by

【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 is a depth 1075 obtained from FM1 logging.
Figure showing the mine wall surface at 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 of analyzing underground stress by obtaining orientations and inclinations with respect to the shaft of each well at three different depths of one inclined well.

【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] Fig. 4 shows σ 3 in the vertical direction, σ 1 and σ 2 in a plane perpendicular to σ 3 , and the azimuth inclination of the well, water pressure, and vertical stress at this time are changed to tangent to the wall surface. Diagram showing a coordinate system for simulating stress, maximum tensile stress in the wall surface, and changes in the direction perpendicular to the maximum tensile stress and the angle formed by the well axis.

【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 shows a graphical representation of 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】図8(a)は、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
す図 図8(b)は、それぞれのケースにおいて、水圧の変化
をプロットした結果を示す図
FIG. 8 (a) shows the result of plotting γ m with the well direction / inclination as a parameter in Cases 1 to 3; FIG. 8 (b) shows the change in water pressure in each case. Figure showing the result of plotting

【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 represented by Equation 11 (stress in the circumferential direction of the borehole), σ, when the well direction 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 fracture criterion (γ m ) is 0 kg / cm.
Fig. 10 (b) showing the result of plotting γ m when the well orientation is changed in increments of 5 ° in the range of 0 to 90 ° and well inclination of 0 to 90 ° at the time of 2 The figure which shows the plot result of γ m when the destruction criterion (γ m ) is 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 relationship between the depth direction θ m and γ m when the well orientation / inclination is changed for each depth assuming that the stress ratio is constant in the depth direction in case 1 of the embodiment. Diagram showing the result of plotting γ m obtained by the change simulation

【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 a well orientation and a dip of 10
The figure which shows the result of plotting the change of γ m, etc. when the azimuth and inclination are increased every 5 ° in the depth direction with 10 ° at 00 m .

【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 analysis results and actual measurement values is plotted.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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
1 ... Well trace, 2 ... Well wall at depth 1, 3 ... Well wall at depth 2, 4 ... Well wall at depth 3, 5a, 5b ... Fracture appearing on wall surface of well wall 2 cleft), 6a, fracture (crack appearing on the wall surface of 6b · · · Anakabe 3), 7a, appear on the wall surface of 7b · · · Anakabe 4 fracture (crack) zeta · · · Koijiku sigma m ·・ ・ Maximum tensile stress of well wall γ m・ ・ ・ Angle between direction perpendicular to maximum tensile stress of well wall and well axis a ・ ・ ・ 3-direction stress value, 2-way direction, 1-direction tilt b ・ ・ ・Water pressure c ・ ・ ・ Poisson's ratio d ・ ・ ・ Well bearing / tilt

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成6年8月12日[Submission date] August 12, 1994

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図8[Correction target item name] Figure 8

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【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 diagram showing a result of plotting changes in Y m and P m with a pressure ratio in Cases 1 to 3 as a parameter.

───────────────────────────────────────────────────── 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuo Hayashi 2-1-1 Katahira, Aoba-ku, Sendai City Institute of Fluid Science, Tohoku University

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】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から、その地点の
3次元の地殻応力を解析する3次元地殻応力解析方法。
1. The location of a crack along a well axis at three or more different depths in one inclined well and the observation result of the angle between the crack and the well axis. 3D crustal stress analysis method for analyzing the 3D crustal stresses of
【請求項2】上記観測結果は、深度の数に拘らず、同じ
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から求められる、合計で6つ以上
の観測値からその地点の3次元地下応力を解析すること
を特徴とする請求項1記載の3次元地殻応力解析方法。
2. The above observation results are obtained from data such as core test results of the same well, AE observation results, hydraulic fracturing test results, overcoring measurement / analysis results, breakout analysis results, etc., regardless of the number of depths. The three-dimensional crustal stress analysis method according to claim 1, characterized in that the three-dimensional underground stress at that point is analyzed from a total of six or more observed values obtained.
【請求項3】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(θm)およびそのき裂
の坑井軸となす角度(γm)を実測する第1の工程と、 前記実測されたき裂に対し、その地殻主応力1の大きさ
(σ1)とその方位(φ1)、傾斜(θ1)、その主応力
2の大きさ(σ2)とその方位(φ2)と傾斜(θ2)、
その主応力3(σ3)とその方位(φ3)と傾斜(θ3
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(θm
及びそのき裂の坑井軸となす角度(γm)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
(θm)及びそのき裂の坑井軸とのなす角度(γm)が、
前記実測された坑井軸に沿うき裂の位置(θm)及びそ
のき裂の坑井軸とのなす角度(γm)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】
3. A borehole televiewer (BHTV), an optical scanner (borehole television), a formation micro, for cracks in a well wall with different well orientation inclinations of 3 or more depths obtained from at least one inclined well. Measure the position (θ m ) of the crack along the well axis and the angle (γ m ) formed by the crack with the well axis using an imager (FMI), formation microscanner (FMS), or mold packer. In the first step, the magnitude of the crustal principal stress 1 (σ 1 ), its orientation (φ 1 ), the inclination (θ 1 ), and the magnitude of its principal stress 2 (σ 2 ) are applied to the actually measured crack. ) And its orientation (φ 2 ) and tilt (θ 2 ),
Its principal stress 3 (σ 3 ) and its orientation (φ 3 ) and inclination (θ 3 )
Using the second step of arbitrarily setting at least six values among them to assume an arbitrary three-dimensional crustal stress field and the value of the arbitrary three-dimensional crustal stress field assumed in the second step, The position of the crack along the well axis (θ m ) at the same depth as the depth of the crack actually measured in the first process
And a third step of calculating an angle (γ m ) formed between the crack and the well axis, and the position (θ m ) of the crack along the well axis and the crack obtained in the third step. The angle (γ m ) with the well axis of
The six values are calculated so as to best approximate the measured position of the crack along the well axis (θ m ) and the angle formed by the crack with the well axis (γ m ). A three-dimensional crustal stress analysis method comprising: a fourth step. [Formula 1]
【請求項4】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(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次元地殻応力場を仮定し、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(θm)及
びそのき裂の坑井軸とのなす角度(γm)を求め、この
求められる坑井軸に沿うき裂の位置(θm)及びそのき
裂の坑井軸とのなす角度(γm)を前記坑井軸に沿うき
裂の位置(θm)及びそのき裂の坑井軸とのなす角度
(γm)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。
4. When the position (θ m ) of the 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 value is obtained from at least one of the core test result, AE observation result, hydraulic fracturing test result, overcoring measurement / analysis result, breakout analysis result, etc. obtained from the same well. In addition, a three-dimensional crustal stress field is assumed by obtaining at least the above-mentioned six or more measured values, and using this assumed value, the 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 ) formed by the crack with respect to the well axis are obtained, and the position (θ m ) of the crack along the well axis and the crack position of a crack along the wellbore axis angle (gamma m) formed by the wellbore axis crack (theta m) and its To best approximate the angle between the borehole axis Crack (gamma m), 3-dimensional crustal stress analysis method according to claim 3, wherein the determination by calculating the six values.
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