龙门山地震断裂带地应力分析

地震是地层受力破裂而滑动的过程，震前必然有应力的积累。龙门山断裂带属多条挤压逆冲断裂和多个推覆体组成，许多专家对地震前后原地应力水平和应力波动变化进行了测量和反演。通过对这些数据统计分析，得出龙门山地震断裂带最大水平应力σH和最小水平应力σh随深度H变化的回归曲线，其表达式为：

科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（下册）

由式（7.1）和式（7.2）和垂直应力σv（上覆岩层压力）对比得出，龙门山地震断裂带3个主应力的关系为：σH＞σh≥σv，说明龙门山地震断裂带以水平应力为主，有利于逆断层和走滑断层，与汶川大地震的震源机制一致。另外，应力梯度较大，最大水平应力梯度为4.52MPa/100m，最小水平应力梯度为2.51MPa/100m，最大水平应力σH和最小水平应力σh之比约达到1.7～1.8，地应力非均匀性较大，井壁极易产生坍塌和破裂。

对于低渗透泥页岩地层，如炭质泥岩，取地层孔隙压力系数Pp=1.20，有效应力系数α=0.4，地层强度参数C=11.08MPa，内摩擦角φ=14.5，地层抗拉强度St=2MPa。将上述参数和计算点的应力分别代入式（4.23）和式（4.24），得到WFSD-2井地层坍塌压力当量密度ρc（即地层不坍塌的最小钻井液密度）和破裂压力当量密度ρf（即地层不压裂的最大钻井液密度）分别为1338kg/m3和2550kg/m3。即钻井过程中，如果钻井液密度在1338kg/m3和2550kg/m3之间，理论上WFSD-2井不会发生井壁坍塌和破裂。