Ответы ЭКЗ Лосев РГУНГ

относительно друга вдоль некоторой плоскости

Разрывное разрушение – это разрушение, вызванное преодолением девиаторным напряжением уровня когезии горной породы без роста эффективного напряжения.

Девиаторное напряжение — это часть тензора напряжений, получаемая путём вычитания из него шаровой части этого тензора (средних напряжений).

В изотропной среде девиаторные напряжения ответственны за изменения формы, за пластическое течение, за ползучесть и в значительной мере определяют разрушение.

Шаровой тензор характеризует напряженное состояние всестороннего растяжения – сжатия частицы тела, а девиатор – напряженное состояние её формоизменения.

Другой формой разрушения пород при сжатии, представляющей интерес для исследования пористых пород, является так называемое уплотнение со сдвигом. Уплотнение со сдвигом обусловлено необратимыми деформациями

(пластичностью). Наблюдаемое снижение пористости происходит в результате деформации порового пространства при увеличении прилагаемого давления и/или напряжения сдвига выше предельной величины.

Напряжение в пластовых условиях на глубине никогда не бывает

растягивающим. Примером растягивающих нагрузок в пласте: ГРП

12.Калибровочная информация.

Калибровочная информация в геомеханике включает данные замеров

пластового давления, замеры высоты трещин ГРП, мини-ГРП (давление

закрытия трещин) и другие параметры.

Также для калибровки модели необходимы данные по минимальному

горизонтальному напряжению. На практике это давление закрытия трещины

мини-ГРП (на забое), LOT (leak-off test).

Мини-ГРП — это короткий нагнетательный тест, который обязательно проводится перед основным гидроразрывом пласта (ГРП).

Цель мини-ГРП — получение параметров, необходимых для корректировки геомеханических моделей и внесения поправок в программу проведения основного ГРП.

Поровое давление - берётся из данных с ГДМ (гидродинамическая модель), но если их нет, то используется MDT-тест (модульный динамический испытатель пластов), который даёт значение давления в виде точек по стволу скважины

Ещё одна важная составляющая калибровочной информации —

информация по направлению главных напряжений. Её можно получить из

кросс-дипольной акустики, имеджеров (при условии невысокого зенитного

угла). Также направление главных напряжений можно взять из данных

микросейсмических исследований, если таковые есть.

Кроме того, для калибровки геомеханической модели для скважин

необходимо оценить угол вывала, что можно сделать с помощью скважинного

акустического телевизора или акустического/электрического микросканера

либо при помощи геометрической аппроксимации.

13.Что такое механические фации, зачем их выделять?

Фация (от лат. facies — лицо, облик, наружность, форма) —

элементарная неделимая географическая единица, то есть однородный комплекс.

Механическая фация используется для обозначения понятия фация в геологии.

В геологии фация — это геологическое тело или ассоциация горных пород, которая обладает характерными признаками, отражающими условия их образования (термодинамические условия, концентрации компонентов,

агрегатное состояние, динамику осадконакопления и т. п.) и отличающими их от соседних или ассоциирующих с ними пород. Также фацией называют физико-географические условия отложения осадочной породы

или комплекса пород.

Механическая фация — это фация, которая обладает отличительными механическими свойствами горных пород. Она получается путём применения эмпирических зависимостей механических свойств от геофизических параметров геологического разреза.

На основании анализа данных ГИС геологический разрез разделяется на механические фации: выделяются литологические группы, имеющие различные упруго-прочностные характеристики и деформационное поведение под нагрузкой

Механические фации выделяют для учёта различных свойств горных пород, объединяя при этом породы с одинаковыми или очень близкими свойствами для оптимизации модели.

Так, выделение фаций позволяет учитывать, что разные породы могут по-разному реагировать на изменение внешних условий (давления,

напряжений, температуры и тд) и количественно прогнозировать эти реакции,

что в свою очередь снижает риски непредвиденных осложнений и аварий.

14.Динамический модуль Юнга и коэффициент Пуассона.

Динамический модуль Юнга (E') — это модуль, который измеряется при

применении переменных нагрузок (например, при колебаниях или ударных воздействиях). Он характерен для динамических условий и может быть значительно выше, чем статический модуль, из-за эффектов, связанных с

временными характеристиками материалов.

Статический модуль Юнга (E) — это мера жесткости материала,

определяемая как отношение напряжения (σ), возникающего в материале, к

деформации (ε) при приложении постоянной нагрузки. Это значение измеряется при медленных и равномерных нагрузках, когда материал находится в состоянии равновесия.

Основные отличия:

-Условия испытания: Статический модуль измеряется при медленных и постоянных нагрузках, в то время как динамический модуль — при колебательных или изменяющихся нагрузках.

-Значение: Динамический модуль обычно выше статического из-за временных эффектов, таких как инерция и гистерезис. Это связано с тем, что динамические модули измеряются почти мгновенно при малых деформациях,

вто время как статические модули — при гораздо больших деформациях и медленных воздействиях.

Нахождение:

Для статического модуля Юнга: Проводят испытания на растяжение,

компрессию или изгиб, фиксируя силу и измеряя изменение длины или формы.

Для динамического модуля Юнга: Используют методы, такие как резонансные испытания, где образец заставляется колебаться, и

анализируются частота и амплитуда колебаний.

Стандартный коэффициент Пуассона:

Динамический коэффициент Пуассона:

Примерно всё то же самое, что и с динамическим модулем Юнга.

Обычный коэффициент измеряют при долговременных нагрузках, в то время как динамический при колебательных циклических нагрузках. Он может отличаться от статического, так как во время динамических испытаний могут возникать дополнительные эффекты, такие как инерция и гистерезис.

Требуемая нагрузка для получения динамического равного статическому обычно больше из-за временных характеристик материала.

Зачем нужны динамические варианты: они позволяют оценить поведение горной породы не при постоянных нагрузках, а при временных и циклических, что может быть актуально при строительстве скважины и даёт

более полное представление о характеристиках материала.

15.Виды лабораторного тестирования керна на механические свойства.

Тесты: на сжатие (одноосный, трёхосный), на растяжение, на изгиб, на сдвиг,

на удар, на твёрдость, динамическое механическое тестирование

(тестирование с циклической нагрузкой), на трещиностойкость (способность породы противостоять созданию новых трещин под нагрузкой),

ультразвуковой (для определения внутренней структуры и упругих модулей).

Особенностями геомеханических исследований являются выполнение тестов в пластовых условиях — с воссозданием пластовой температуры,

порового и горного (обжимного) давлений, а также использование образцов керна различного размера (от диаметра 30 мм до фрагментов полноразмерного керна диаметром до 110 мм).

При проведении тестов на сжатие и растяжение параллельно находятся статические и динамические модуль Юнга и коэффициент Пуассона.

Комплекс геомеханических тестов образцов позволяет построить паспорт прочности горной породы.

Подробности:

Одним из ключевых и наиболее востребованных механических свойств горных пород являются так называемые упругие модули (модуль Юнга,

модуль сдвига, модули деформации, коэффициент Пуассона),

характеризующие способность образца горной породы упруго деформироваться под воздействием приложенной к нему силы. Упругие модули могут быть вычислены на основании скоростей прохождения через образец ГП продольных и поперечных акустических волн – такие значения модулей называются акустическими или динамическими. К сожалению, ввиду неполной способности акустических волн характеризовать механические свойства порового (пустотного) пространства горных пород, значения

динамических упругих модулей обычно могут заметно (в разы) отличаться от истинных значения для естественных горных пород, почти всегда имеющих некоторую (а в случае коллекторов – значительную) пористость. Поэтому особую ценность для решения задач геомеханики представляют определения механических параметров статическим методом, включающим прямые измерения изменения размеров образцов (длина, диаметр) при приложении к ним нагрузок. Стоит заметить, что современные установки для определения геомеханических свойств позволяют определять упругие модули динамическим и статическим способом одновременно, а также производить непрерывное измерение динамики порового объема и проницаемости в процессе нагружения образцов.

16.Как меняется прочность породы и модуль Юнга при обжиме?

Прочность — это способность материала сопротивляться

разрушающему воздействию внешних сил.

Прочность породы при высоких давлениях обжима зачастую увеличивается в связи с уплотнением структуры горной породы. Под действием нагрузки частицы породы начинают сближаться, что приводит к увеличению контактных сил между ними и улучшению взаимодействия.

Статический модуль Юнга зачастую меньше или равен динамическому.

При обжиме модуль упругости материала постепенно уменьшается по мере увеличения степени деформации.

Однако при этом сам по себе модуль Юнга тем выше, чем выше обжимное давление, пока материал не начал разрушаться. По аналогии с прочностью, создание более плотной структуры породы увеличивает её сопротивление деформации при нагрузке. Для разных пород будет наблюдаться разная зависимость между уровнем давления и модулем Юнга.

17.Что такое вертикальное напряжение, откуда берутся горизонтальные напряжения?

понимают напряжение в массиве грунта на определённой глубине от веса вышележащих слоёв грунта.

Вертикальное напряжение в породном массиве изначально связано с гравитацией и равно весу покрывающей породы. Оно может варьироваться от

при уплотнении в верхней зоне земной коры. (уплотнение слоёв может вызывать новые горизонтальные напряжения)

Изменение температуры и давления пород: из-за него может возникать метаморфизм пород, приводящий к созданию новых напряжений

Антропогенный фактор: строительство скважин и шахт может изменять напряжённое состояние горных пород, вызывая создание и/или изменение горизонтальных напряжений.

18.Для чего важно знать направление горизонтальных напряжений?

Знание направления горизонтальных напряжений важно для обоснования азимута наиболее устойчивых скважин при бурении в нестабильных породах, а также азимута расположения горизонтального ствола скважины и ориентации перфорации с точки зрения вероятности пескопроявления.

Ориентация горизонтальных напряжений оказывает значительное влияние на различные стадии разработки месторождений, например:

— оптимальный азимут горизонтального участка буримых скважин (с точки