Обоснование и разработка метода определения механических свойств каменной соли с учетом начального поля напряжений

• Автор: Кошелев, Александр Евгеньевич
• Шифр специальности: 25.00.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 143 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЧНОСТНЫХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ КАМЕННОЙ СОЛИ В СЛОЖНОМ НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1 Геологическое строение и условия пригодности месторождений каменной соли для сооружения подземных резервуаров
1.2. Общие сведения о деформационных, прочностных и реологических свойствах каменной соли, определяемых в лабораторных условиях
1.2.1 Деформационные свойства
1.2.2 Прочностные свойства
1.2.3 Реологические свойства
1.3 Анализ напряженно-деформированного состояния однородного изотропного массива горных пород вокруг сферической незакрепленной выработки
1.4 Анализ исследований по оценке влияния начального поля напряжений в массиве на механические свойства соляных пород
1.5 Выводы по главе и постановка задачи исследований
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПОРОДНЫХ ОБРАЗЦОВ КАМЕННОЙ СОЛИ, НАХОДЯЩИХСЯ В НАЧАЛЬНОМ ГИДРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ НАПРЯЖЕНИЙ
2.1 Описание лабораторного оборудования для проведения испытаний
2.2 Подготовка образцов к испытаниям
2.3 Подготовка измерительного оборудования к экспериментам
2.4 Методика проведения испытаний
2.5 Обработка полученных экспериментальных данных
2.6 Определение оптимального времени нахождения породного образца в начальном гидростатическом поле напряжений
2.7 Анализ полученных результатов

2.8 Выводы по главе
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ПОРОДНЫХ ОБРАЗЦОВ КАМЕННОЙ СОЛИ, НАХОДЯЩИХСЯ В НАЧАЛЬНОМ ГИДРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ НАПРЯЖЕНИЙ
3.1 Методика проведения испытаний
3.2 Обработка данных, полученных при объемном сжатии методом быстрого нагружения
3.2Л Построение паспортов прочности по данным определения пределов прочности при объемном сжатии по двум схемам приложения нагрузок
3.2.2 Определение сцепления и угла внутреннего трения
3.3 Анализ полученных результатов
3.4 Выводы по главе
4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА ДЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ ОБРАЗЦОВ С УЧЕТОМ НАЧАЛЬНОГО ПОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ И ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ УМЕНЬШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ БУФЕРНОГО ГАЗА
4.1 Обоснование метода определения предела длительной прочности
4.2 Определение предела длительной прочности по двум схемам нагружения породных образцов при сложном напряженном состоянии
4.3 Анализ полученных результатов
4.4 Оценка возможного уменьшения давления буферного газа
4.5 Выводы по главе
Заключение
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования. Нефть, газ и продукты их переработки составляют примерно 80% в топливно-энергетическом балансе России. Неравномерность газонефтепотребления, географическая разобщенность районов добычи и переработки углеводородов существенно влияют на надежность транспортно-распределительной системы, повышение которой достигается путем резервирования газонефтепродуктов в каменной соли и других горных породах.
При создании и эксплуатации подземных хранилищ газа (ПХГ) в каменной соли необходимо иметь достоверную информацию о тех соляных залежах, в которых строится и эксплуатируется ПХГ: физико-механические свойства массива соляных пород используются для расчетов устойчивости хранилищ. В процессе экспериментальных исследований по изучению физикомеханических свойств соляных пород практически не учитывается история нагружения исследуемого породного образца в массиве, которая в большой степени влияет на его свойства.
В связи с тем, что подземные резервуары в каменной соли эксплуатируются без какого-либо крепления выработки-емкости, то для поддержания устойчивого объема подземного резервуара при его эксплуатации необходимо минимальное противодавление хранимого продукта. Снижение давления буферного газа, при помощи которого создается минимальное противодавление, является экономически выгодным в связи с тем, что буферный газ используется только для поддержания устойчивости подземного резервуара и его стоимость составляет более 20% от общих капитальных затрат при создании и эксплуатации ПХГ.
Результаты расчетов устойчивости подземных резервуаров с использованием физико-механических свойств каменной соли, определенных
наиболее характерны вывалы и разрушение приконтурного породного слоя в период создания выработки. В период эксплуатации выработки подземных хранилищ углеводородов становятся устойчивыми, но наблюдается значительная конвергенция. Важным выводом, вытекающим из практики эксплуатации подземных резервуаров в соляных породах, является наблюдаемое изменение структуры и состояния пород вблизи контура выработки из-за действующих высоких напряжений, приводящих к их разуплотнению и развитию зон запредельного деформирования [64], или же, наоборот, к увеличению устойчивости. В настоящее время не проводились исследования свойств соляных пород, реально имеющихся в окрестности таких сооружений.
Справочные сведения о поведении соляных пород в сложном напряженном состоянии [65, 66] носят ограниченный характер и недостаточны по своей представительности для широкого использования в конкретных геологических условиях. Имеющиеся немногочисленные определения свойств соляных пород в натурных условиях проведены, главным образом, на блоках пород косвенными методами в шахтах на небольших глубинах и мало пригодны для применения в расчетах параметров устойчивости безшахтных подземных резервуаров углеводородов.
Единственной экспериментальной работой по оценке влияния начального поля напряжения в массиве на механические свойства соляных пород является' работа [62], в которой отмечается, что в лабораторных условиях, как правило, испытываются уже «отдохнувшие» породы, в которых «память» на действовавшие в массиве напряжения значительно ослабла или исчезла полностью. В работе [62] делаются выводы только на основе данных, полученных при одноосном методе нагружения, и ничего не говорится о том сочетании нагрузок (сложном напряженном состоянии), которые действовали на породный образец в массиве.