Volume 23, Number 3 (1996)
Series

Petro Geoscience 2. IN SITU STRESSES IN SEDIMENTARY ROCKS (PART 2): APPLICATIONS OF STRESS MEASUREMENTS

J. S. Bell
Geological Survey of Canada, Calgary, Alberta.
Published September 9, 1996
How to Cite
Bell, J. S. (1996). Petro Geoscience 2. IN SITU STRESSES IN SEDIMENTARY ROCKS (PART 2): APPLICATIONS OF STRESS MEASUREMENTS. Geoscience Canada, 23(3). Retrieved from https://journals.lib.unb.ca/index.php/GC/article/view/3910

Abstract

This paper addresses the applications of in situ stress measurements in sedimentary rocks, with emphasis on Canadian case histories. Combined with other data, the measurements allow stress regimes in sedimentary basins to be characterized as attached or detached to underlying rocks. With information on stress orientations and relative magnitudes, hydraulic fracture propagation azimuths can be predicted, as can preferred flow directions in hydrocarbon reservoirs. If enough data are available to diagnose anomalous stress orientations in a basin, a number of significant geomechanical inferences can be made. Stress orientations, together with magnitudes, help assess the likelihood of serious borehole wall collapse during drilling, whereas stress magnitudes alone will help determine in which rock units hydraulic fractures will advance. Fluid production rates appear to be inversely related to stress magnitudes in coalbed methane deposits and it is likely that a similar situation exists with respect to conventional oil and gas reservoirs. Overpressuring mechanisms are particularly sensitive to stress magnitudes and vice versa, depending on the tectonic setting. Induced earthquakes may be triggered by changes in effective stress, a function of stress magnitude and fluid pressure. Today's stress regimes give us a window into the recent geological past, and possibly the future, in that they are manifestations of the ongoing structural evolution of the earth's surface. Horizontal stress orientations appear to reflect both the present motions of tectonic plates and their overall geometry: in short, today's geotectonics. However, at least in sedimentary rocks, stress orientation measurements give minimal indications of remnant (past) stresses inherited from former regimes. Although stress magnitudes seem to be controlled largely by today's lithostatic loads and by contemporary tectonic compression, they also appear to involve components of remnant stresses derived from former loads (such as ice sheets), crustal rebound and a region's thermal history. Sommaire Ce rapport addresse les applications des mesures des contraintes in-situ dans des sédiments, accentuant les exemples Canadiens. En combination avec d'autres données, les mesures permettent de charactériser les regimes de contraintes dans les bassin sédimentaires comme attachés ou détachés. Avec l'information des orientations et des grandeurs relatives des contraintes, on peut prédire les azimuths de propagation des fractures hydrauliques, de même les directions préférées d'écoulement dans les reservoirs d'hydrocarbures. Si on dispose de données suffisantes pour déterminer les orientations anormales des contraintes dans un bassin, alors il y a quelques inferences significatives à réaliser. Les orientations des contraintes, en concert avec les grandeurs, aident à estimer les possibilités pour le gauchissement sérieux des murs des puits de forage, puisque c'est seulement les grandeurs qui déterminent les formations dans les-quelles des fractures hydrauliques avanceront. La rapidité de production des fluides des dépôts de gaz d'huille semble être inversement reliée aux grandeurs des contraintes. Il est probable qu'une situation pareille existe dans les réservoirs conventionels de pétrole et de gaz. Les mécanismes de surpression sont particulièrement sensitifs aux grandeurs des contraintes et vice versa, dépendant de l'environment tectonique. Les tremblements de terres induits sont provoqués par des changements en contraintes effectives et par variations en pressions fluides. Les régimes actuels de contrainte nous offrent une vision du passé géologique récent, et peut-être de l'avenir, parce qu'ils sont des manifestations de l'évolution structurale contemporaine de la surface de la Terre. Il est évident que les orientations des contraintes horizontales reflètent les mouvements actuels de plaques tectoniques et même leur géométrie, en bref, les géotectoniques d'aujourd'hui. Toutefois, au moins dans les roches sédimentaires, les mesures d'orientation des contraintes offre des indications minimales des contraintes rémanentes des régimes préexistents. D'autre part, quoique les grandeurs des contraintes paraissent être controllées largement par les charges lithostatiques actuelles et les pressions tectoniques contemporaines, ils semblent impliquer les contraintes passées et dérivées des charges préexistentes (glaces sur la terre), des retours élastiques de la croûte et de l'histoire thermale d'une région.