地震行业标准

1、 地震行业标准原地应力测量 水压致裂法和套芯解除法（修订）征求意见稿编制说明标准制定背景及任务来源（一）制定背景随着近年来国家基础建设投入的增加，众多地震地质相关研究项目，如大震危险区判定、强震分析预测，以及一系列重大工程建设中，开展了地应力测量工作并起到积极作用。其中作为主要手段的水压致裂测量技术因其优点明显更为研究人员重视，并在各技术环节经多年摸索改进取得了显著进步，目前该技术除主要用于测量原地平面应力外，也推广用于进行交汇3孔（或多于3孔）的三维地应力测量、单孔裂隙重张测量三维地应力等方面。考虑到水压致裂测量技术快速发展的诸多方面尚无规范的技术标准可循，因此有必要开展与当今学科发展、地震

2、科研以及重大工程防震减灾实际应用相适应的技术标准研究，以规范和促进该学科的更好发展，本标准就是在这样的背景下开始制定的。（二）任务来源上述背景下，地壳应力研究所于2010年申报了地震行业科研专项项目水压致裂法原地应力测量技术标准研究，同年底中国地震局下发关于2011年度地震行业科研专项经费项目总预算的批复（中震函2010340号），本项目获准立项并启动，研究的起止时间为2011年2月至2013年12月。项目任务之一为编写水压致裂原地应力测量技术标准建议稿一份，中国地震局政策法规司考虑到与原地应力行业标准DB/T 14-2000（以下简称“旧标准”）的衔接，建议本项目研究完成后对原标准进行修订，

3、推出标准修订版（以下简称“新标准”），因此课题组在行业项目研究的同时也开始进行了新标准的修订工作，经过3年多的努力，完成了新标准的征求意见稿。主要工作过程新标准的研究过程，可分为两个阶段：（一）行业项目进行期间对水压致裂技术的研究在行业项目开展期间，项目组对水压致裂法的规范化测量程序、水压致裂测量系统技术指标评价、水压致裂原地测量记录关键参数的解释与确定方法、水压致裂测量方法的技术适用性研究、水压致裂三维应力测量的测量程序等多方面进行了研究。确定了水压致裂测量方法（包括水压致裂平面应力测量、多孔交汇水压致裂法三维应力、单孔原生裂隙重张水压致裂法三维应力等）诸多环节的具体技术标准，规范了测量程序

4、与技术要求，提出原地测量关键参数的解释与确定方法。项目实施分3年进行，每年的主要研究内容与进展如下：2011年：提出规范化测量程序与技术要求、水压致裂测量系统的技术指标与其适用性的评价研究、水压致裂原地测量记录关键参数的解释与确定方法。2012年：水压致裂原地应力测量方法的技术适用性研究、不同测量方法测量成果的对比分析、岩体原地抗载强度的水压致裂测量方法、编撰初步成果报告稿，提交专家咨询与审查。2013年：水压致裂三维应力测量测量程序与技术要求、岩体高压透水性的测量程序与技术要求、专家咨询审查会、提交水压致裂原地应力测量技术标准建议稿。至2013年年底，项目顺利按要求执行完毕，完成了水压致裂原

5、地应力测量技术标准的建议稿编写。（二）行业项目完成后对旧标准的完善修订工作2014年，进行了旧标准中水压致裂部分的修改，包括原水压致裂平面应力测量的更新改进，增添了多孔交汇法水压致裂三维应力测量方法、单孔原生裂隙重张水压致裂三维应力测量方法；原标准中的套芯应力解除部分，因为技术变动少，基本保留，并在附录部分增加了相关方法的计算公式等。召开了多次专家讨论会，针对标准稿的结构与具体细节进行了深入分析和讨论，项目组对发现的问题进行改进，吸收有益建议，不断地对新标准进行了改善。至此，新标准稿顺利完成。编制原则和主要内容确定的依据（一）主要的参考来源新标准在编制过程中，主要参考了以下规范或文献：DB/T

6、 14-2000 中华人民共和国地震行业标准-原地应力测量水压致裂法和套芯解除法技术规范。DL/T 5331-2005 中华人民共和国电力行业标准水电水利工程钻孔压水试验规程。ISRM suggested methods for rock stress estimation-part3: Hydraulic fracturing(HF) and/or hydraulic testing of pre-existing fractures(HTPF).国际岩石力学学会关于岩石应力估算的建议方法水压致裂法及原生裂隙水压致裂法，地壳构造与地壳应力，2009年第2期。ASTM: standard te

7、st method for determination of in-situ stress in rock using hydraulic fracturing method刘允芳，刘元坤，单钻孔中水压致裂法三维地应力测量的新进展，岩石力学与工程学报，25卷增2，2006,；景锋，原生裂隙水压致裂法三维地应力测量研究，岩土工程学报，31卷11期，2009。刘允芳，水压致裂法三维地应力测量在工程中的应用，长江科学院院报，2003年4月第20卷第2期。刘允芳，尹健民，在一个铅垂钻孔中水压致裂法三维地应力测量的原理和应用，岩石力学与工程学报，2003年4月第22卷第4期。王成虎，地应力主要测量和估算

8、方法回顾与展望，地质论评，2014年9月，第60卷第5期F. H. Cornet and B. Valette，In Situ Stress Determination From Hydraulic Injection Test Data，Journal of geophysical research, 1984, VOL. 89, NO. B13 （二）公式指标的出处与主要内容确定依据标准修订稿中的公式与指标大多数引自上述参考标准或参考文献，少量指标源自实际测量经验值。简单列举如下：源自旧标准DB/T 14-2000的有:第6章：钻孔倾斜度不超过设计要求1；探洞内测段深度应超过硐室直径23倍

9、；封隔器胶面长度1m；压力泵工作压力宜不小于25MPa，深孔地区宜大于35MPa；压力传感器精度优于0.5%，量程范围宜为060MPa；流量传感器量程不小于20L/min，记录精度优于0.5 L/min；定向器记录精度优于3；钻杆密封性检测量验压力大于12MPa；各重张间隔不小于1min；印模保压时间至少30min。第7章：围压标,定机额定工作压力不小于60MPa；手动油压泵额定工作压力不小于80MPa；压力表量程宜为060MPa，灵敏度0.2MPa；定向设备误差在3内；小钻孔钻头直径宜用26mm、36mm；套芯钻孔直径应为小钻孔直径的2.5倍以上；钻头直径误差应不超过1.5mm；在测点预定方

10、向打直径为75mm130mm钻孔；用锥形钻头钻漏斗状起导正作用深50mm喇叭口；取小钻头钻出测量小钻孔深度350mm500mm；岩心管长度应大于1m；提出信号电缆前应有5min10min的稳定读数；套芯钻进前仪器预热15min以上；匀速钻进400mm500mm采出岩心；每钻进10min记录一次传感器各元件仪器读数；围压标定变化1MPa记录一次仪器读数；计算二维应力有效实测数据不少于5个；用于计算三维地应力有效实测数据不小于9个；源自ISRM suggested methods for rock stress estimation-part3:hydraulic fracturing(HF) a

11、nd/or hydraulic testing of pre-existing fractures(HTPF)的有:第6章：多个测段宜分布于50m范围内；座封压力2 MPa4MPa；压力维持在一稳定水平，一般持续5分钟；全部采用原生裂隙分级压力重张测段数据，需要6个或6个以上（考虑到测量的不确定性，一般需要至少8个）；源于实践经验的有:第6章：平孔钻进方向微上倾35；地下开挖体内测点各孔深度宜为25 m30m。标准主要内容在确定时，在文字上尽量依循旧有标准或规范的约定，在原理和操作程序上，适当参考了有关参考文献，部分细节归纳自长期工作中积累的实际经验，说明如下：水压致裂法二维应力测量与套芯解除

12、法应力测量的主要内容源自于旧标准。单孔裂隙重张法水压致裂三维应力测量主要内容及操作等来源于国际岩石力学学会建议方法，并适当参考了文献内容。多孔交汇法水压致裂三维应力测量的主要内容源于参考文献，以及长期实践工作中积累的经验。资料性附录内容，源自旧有标准以及参考文献。（三）与旧标准相比改变内容说明与旧标准相比，新标准稿中增加了水压致裂三维应力测量部分，并将旧标准中分别属于水压致裂、套芯解除两章的报告编写部分去除，合并编辑后独立列为一章，且在附录增加了水压致裂二维、三维测量的有关计算方法。增加的水压致裂三维测量方法，有两种方式，一是多孔交汇法，二是原生裂隙重张法，之所以加入该类测量，是由于该类水压致

13、裂测量方法技术原理相对成熟，操作简便，且已经在多类工程中进行应用，但目前缺乏相应的标准与规范，因此在修订时加入，以给相关实际测量提供指导和依据。为便于使用者查阅与研究，标准附录部分增加了水压致裂二维、三维计算方法和有关推导公式。采用国际标准为与国际标准一致，本标准在编写时参考了ISRM suggested methods for rock stress estimation-part3: hydraulic fracturing(HF) and/or hydraulic testing of pre-existing fractures(HTPF)以及ASTM: standard test m

14、ethod for determination of in-situ stress in rock using hydraulic fracturing method等国际标准中有关水压致裂操作手段和技术的内容，并引用其相关符号、术语、操作描述。重大分歧意见的处理经过和依据标准在编写过程中，召开过专家咨询、修改讨论等共计7次会议，具体时间和内容见表1。表1 历次工作会议情况表会议序号召开时间主题参加人员成果12011.6.21项目咨询及启动会课题组全体成员及部分专家讨论项目研究思路及初步设想22012.9.26执行进度汇报课题组部分成员和地震局、山东局部分领导、部分专家进度汇报及水压致裂标准草

15、稿的介绍32013.1.22项目咨询汇报会课题组成员及部分专家对标准结构进行修改42013.11.28汇报与讨论会课题组成员及专家对标准稿进行了部分增减52014.7.4修订稿介绍与征求意见会议课题组成员及部分专家对修订稿进行了部分内容修订和调整62014.9.21地震局项目验收汇报地震局考核专家组项目结题验收通过72014.12.12修订稿介绍与征求意见会议课题组成员及部分专家内容和细节修改专家们对标准稿的结构、内容、文字、细节操作等多方面提出了宝贵的意见和建议，课题组进行了认真分析，对初稿作了相关修改和补充，下面是过程中一些主要的会后意见与修改处理：第3次会议专家们认为，最初标准草稿中的高

16、压压水与高压渗透性测量，从原理、性质等多方面不符合地应力测量范畴，不应该列入标准中，课题组表示认同，并在其后将之从标准稿中剔除。第4次会议专家认为，原定的标准稿分为文本部分和技术部分两册，建议把技术部分作为附录合并归入标准稿，不仅结构简单，也便于测量人员翻阅和参考，课题组采纳该意见，在标准稿后增加了有关测量方法的计算公式等附录。第5次会议，会议专家建议，突出强调人员在学术上的权威性，适度减少起草人数数量；另建议将原本的水压致裂二维测量、水压致裂法三维测量二章进行合并归入水压致裂法地应力测量，并建议去除一些模糊用词。会后课题组进行了内容和结构修改，将水压致裂法二维测量、单孔裂隙重张水压致裂法三维

17、应力测量、多孔交汇法水压致裂三维应力测量合并为同一章，并对文本内容进行了精简和去模糊化。第7次会议，会议专家建议地应力测量的计算程序只是数据处理的手段之一，不必细化入规范本身， 因此课题组在研究后，对涉及计算程序的描述部分进行了删除；多次的专家讨论会，给新标准的编写提供了有益指导和帮助。其他应予以说明的技术内容标准稿中部分细节，限于篇幅没有细谈，在此对有关内容做一下简单阐释：测量钻孔最大孔径不超过设计孔径5mm。旧标准为不超过设计孔径3mm，为适应钻孔实际孔径变化范围，并在多个实际钻孔中实际操作表明孔径变化5mm内封隔器工作依然可靠，因此将该指标放宽至5mm。压裂系统的选择。单回路测量系统的封

18、隔器供压与封隔段加压均经由同一管道（一般为钻杆）通过井下转换阀切换实现；双回路测量系统的封隔器供压与封隔段加压采用独立的两个压力通道；单回路和双回路测量系统各有所长，前者适用于深钻孔和小口径钻孔测量，而后者多用于浅孔和大口径钻孔，其测量结果都是可靠的。在测量深度与孔径合适的条件下，建议采用双回路测量系统，能实时监测并控制封隔器压力，以确保整个压裂过程中试验段封隔良好。钻杆等压力管路密封性检测压力。旧标准中要求试验压力大于12MPa，而DL/T5367-2007中水压致裂测量的连接管路密封性试验压力不应小于15MPa，考虑到测量时的安全性，以及绝大多数岩石破裂后的重张压力、瞬时闭合压力值多低于1

19、5MPa，因此取低值12MPa。测量前观测静水位方法。该部分要求参考自DL/T 5331-2005压水试验规程。双回路系统每隔3m5m用铁丝将高压胶管绑紧固定于钻杆。其作用是防止胶管松脱或在钻杆提拉过程中缠结造成事故，一般可以每根钻杆捆绑一次，长度在3m5m，视钻杆等情况可以加密。座封压力2MPa4MPa。旧标准要求初始座封压力宜不小于6MPa，而国际岩石力学建议方法中建议2MPa4MPa对封隔器加压，考虑到较高压力的封隔器对脆弱岩体的破坏性会影响水压致裂效果，此外在实际操作中4MPa满足大多数测量过程中的座封要求，因此采用国际标准要求的2MPa4MPa，当然较高强度的岩石中进行水压致裂测量时

20、可适当提高座封压力。关于水压致裂缝印模手段。目前获取水压致裂缝或原生裂隙缝的方位，有多种手段，如井下超声波扫描法、井下光学成像扫描法、微地震检测的压裂缝成像法等，但由于印模法操作容易、结果可靠、设备轻便，最为常用，因此标准中介绍的印模过程专指印模法。印模器定向数据获取方式。以往印模定向器的工作原理，主要是利用相片曝光方式，记录磁北针（或重锤）与基线的夹角，近年已经发展成熟使用数据采集器采集记录方向数据，因此获取定向器数据方式与以往有所不同。确定瞬时闭合压力PS的方法选取方式。根据测量曲线形态选用不同方法确定压裂参数，因为某些曲线对某种方法不敏感，难以获知可靠的拐点，可换用其它方法，或用计算机软件确定。多孔交汇法的钻孔方向。平孔、斜孔在向洞壁钻进时，孔与孔之间夹角不宜太小，使得两孔数据容易都受同一因素影响；另外孔与洞壁之间的夹角也不宜过小，由于钻孔整体靠近孔壁，不容易躲开硐室开挖的影响范围。多孔交汇法常见钻孔布置方式中3孔交点在垂直孔孔口上方1 m2m。主要是考虑到测量时测量人员的操作便利。平孔钻进方向微上倾。是为了考虑钻进时孔内排水方便。多孔交汇法垂直孔的轴Xi一般取正北向。由于垂直孔倾角为90，Xi轴可以