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古地磁法地應力方向評價（大小和方向）對水平井方位、井網布置、井徑優化、水力壓裂設計與施工等都至關重要。地應力條件控制著巖石對水力壓裂的反應，影響支撐劑裂縫的導流能力，對水平井產能有著根本的影響。
對于非定向頁巖巖芯來說，古地磁法地應力方向評價包括三向主應力（垂向、最大水平、最小水平）大小的計算和方向的判識。水平主應力方向的判識分為巖芯定向和水平主應力方向測定兩個步驟，若采用定向取芯則無需巖芯定向測試，巖芯定向主要采用古地磁定向方法，而水平主應力方向測定采用聲學方法。
水平主應力大小的計算有兩種方法，一是巖石力學實驗參數計算，二是Kaiser效應方法?；谝陨蠝y試方法，冠德科技已建立古地磁定向+聲波速度測定水平應力方向、巖石力學參數計算地應力大小和Kaiser效應計算地應力大小的完整實驗流程和方法，提供地應力評價技術服務。
實驗原理
1
古地磁定向確定巖芯方位
古地磁定向的目的是確定巖芯的原地方位角，通過測定天然巖芯中的粘滯剩磁確定其與現代地磁北極的偏角，結合地理北極和地磁南極的夾角，就能恢復巖芯在地下的原始方位。
2
聲波速度測定水平主應力方向
巖芯從地層中取出將產生彈性應力釋放，導致巖石內微裂縫的發育。由于聲波速度和衰減對裂縫極其敏感，因此裂縫會導致聲波速度的各向異性。這種各向異性在巖芯上得以保留，其測量結果可用于確定巖芯尺度上水平主應力方向。
3
巖石力學參數計算地應力大小
三向主應力分別指上覆地層應力、最小水平主應力和最大水平主應力。
上覆地層應力也叫垂直應力，是由上覆地層重量引起的，如果上覆地層的平均密度為ρa，則上覆應力σv可由以下公式計算。
Z為深度，ρa為地層密度，采用密度測井數據計算可獲得更準確的上覆應力。
頁巖的巖石力學性質（楊氏模量、泊松比等）在水平和垂直方向上具有各向異性?；趲r石力學參數計算最大水平主應力和最小水平主應力的公式如下：
Eh,v，νh,v分別表示水平和垂直方向上的楊氏模量和泊松比；Pp表示孔隙壓力，通過地層測試或壓力恢復測試獲得；αh,v表示水平和垂直方向上的有效應力系數；kh為校正系數（與區域構造應力有關）。
4
Kaiser效應計算地應力大小
Kaiser效應的基本原理是，當材料受到荷載時，當施加的應力超過之前所經歷的最大應力時，材料會發出聲發射。使用Kaiser效應進行巖石地應力估算，需要在室內對巖芯進行單軸壓縮試驗。
Kaiser效應適用的深度范圍
實驗方法
1
古地磁定向實驗
對于非定向取芯的巖芯樣品，地應力評價的第一步就是要恢復巖芯樣品在地下的方位角，需要采用古地磁定向方法。古地磁測試實驗室由磁屏蔽空間、磁矢量系統、退磁系統等組成，如下圖。
巖石古地磁測試實驗室
地磁定向實驗分為試樣制作、剩磁測定和磁偏角計算三步。試樣制作是實驗成功的前提，用于古地磁測試的樣品要避免高溫和金屬（會使樣品消磁）。
古地磁定向是以剩磁水平分量確定磁北極方位，采用右手坐標系。
單個試樣退磁測量的正交投影圖
將這些剩磁結果導入REMASOFT古地磁數據處理軟件，投影到赤平面上，采用Fisher統計方法獲得巖芯的磁偏角。
REMASOFT古地磁數據處理軟件（Fisher統計）
2
全直徑巖芯圓周波速測量
我公司采用GCTS CVA-100圓周波速測定儀在全直徑巖芯圓周方向上每隔15°測量聲波速度，聲波速度最小方向即為全直徑巖芯上最大水平主應力方向。
GCTS CVA-100圓周速度儀及測量結果
3
巖石壓縮實驗
我公司采用英國INSTRON通用測試系統進行圓柱試樣的壓縮實驗，實驗過程中同步監測軸向和徑向應變，獲得應力-應變曲線，計算楊氏模量和泊松比。楊氏模量是軸向應力與軸向應變之比，泊松比是徑向應變與軸向應變之比。
圓柱試樣壓縮實驗及應力-應變曲線
4
有效應力系數
有效應力系數，又稱Biot系數，與巖石體積模量與組成巖石的礦物顆粒體積模量有關，巖石體積模量具有各向異性，頁巖水平和垂直方向上的體積模量（Kh, Kv）可由彈性參數（楊氏模量和泊松比）計算，公式如下：
水平和垂直方向上的有效應力系數（αh, αv）計算公式：
5
單軸壓縮+聲發射實驗
采用Kaiser效應估算原位地應力大小，實驗室中對巖芯試樣進行單軸壓縮試驗的同時，監測聲發射事件。
Kaiser效應測試
聲發射實驗試樣鉆取示意圖
上述方法組合，可得到兩條地應力評價實驗流程，一條是古地磁定向+聲波速度判識地應力方向，巖石彈性參數計算地應力大??；另一條是古地磁定向+Kaiser效應實驗確定地應力大小和方向，此方法不適用于構造應力地區，確定的地應力大小也可能不是地層當前的應力狀態。
