Обоснование способа оценки компонентов напряженного состояния массива горных пород по деформациям системы "скважина - трещина гидроразрыва"

• Автор: Павлов, Валерий Анатольевич
• Шифр специальности: 25.00.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 170 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Аналитический обзор существующих технологий оценки напряженного состояния массива горных пород.

1.1. Способы измерения напряжений в горных породах

1.2. Классический метод измерительного гидроразрыва

1.3. Механический “сухой” разрыв

1.4. Дополнительные параметры в технологии «сухого» разрыва, технологические аспекты метода
2. Моделирование процесса деформирования системы «скважина - трещины гидроразрыва» в задаче оценки напряженного состояния массива горных пород при радиальном нагружении стенок скважины
2.1. Математическая постановка и решение задачи при использовании изолирующей оболочки (радиальноссиметричном нагружении)

2.1.1. Численные расчеты н их анализ для задачи с изолирующей оболочкой

2.1.2. Оценка давления раскрытия существующей трещины
2.2. Использование круговых деформаций контура отверстия для определения параметров внешнего поля напряжений при радиально симметричном нагружении стенок скважины
2.3. Результаты численного моделирования распределения напряжений вокруг скважины с трещиной при нагружении изолирующей оболочкой

3. Исследование процесса деформирования «скважина-трещина гидроразрыва» при направленно - одноосном нагружении, оценка параметров создаваемого нагружения и поведения трещины при использовании устройства направленного разрыва в интервале скважины
3.1. Математическая постановка задачи при использовании направленного нагружения
3.1.1. Результаты численных экспериментов при одноосном направленном нагружении
3.2. Стендовые эксперименты для получения параметра передачи нагрузки 1
3.3. Стендовые эксперименты по определению эффективности оценки напряженного состояния используя давления повторного открытия разноориентированыых систем трещин
3.4. Стендовые эксперименты по определению поведения трещины, создаваемой устройством направленного разрыва на объемных образцах горных пород
4. Алгоритм определения параметров внешнего поля напряжений при использовании изолирующей оболочки, направленного нагружения и деформационных измерений контура скважины 1

4.1. Практическая реализация метода измерения напряженного состояния массива с использованием изолирующей оболочки
4.1.1. Алгоритм определения параметров внешнего поля при использовании устройства с изолирующей оболочкой
4.2. Практическая реализация метода измерения напряженного состояния массива горных пород с использованием устройства направленного нагружения
4.3. Оборудование для проведения натурных экспериментов по предлагаемым технологиям
Заключение
Сп исок л итературы

Введение
Актуальность исследования.
Добыча полезных ископаемых является одним из определяющих параметров экономики России. Задача оценки компонентов напряженного состояния массива горных пород является одной из важнейших, так как напряженным состоянием определяется технология разработки месторождения, а также на ее основе производится прогноз проявления горного давления.
Знание напряженно-деформированного состояния горных массивов имеет фундаментальную значимость для решения широкого круга проблем, связанных с созданием безопасных технологий отработки месторождений и рациональным извлечением полезных ископаемых. Усложнение горно-геологических условий при добыче полезных ископаемых в связи с переходом на более глубокие горизонты, а также вовлечение в разработку месторождений с более сложными условиями по горному давлению ведут к возрастанию роли геомеханиче-ских измерений. Увеличение темпов добычи полезных ископаемых, рост глубин разработки делают необходимым контроль напряжений, действующих на большом удалении от выработанного пространства, то есть в тех зонах массива, которые будут подвергнуты выемке спустя некоторое время. Но даже в тех зонах, которые не будут непосредственно подвергнуты влиянию горных работ, происходит перераспределение напряжений, что может стать причиной динамических явлений в массиве.
Наиболее распространенным методом прямого измерения напряженного состояния массива горных пород является гидроразрыв. Расчет напряжений в этом методе проводят по данным измерений давлений раскрытия и закрытия единичной трещины гидроразрыва. В проницаемых горных породах такой подход не всегда возможен или ведет к значительным ошибкам из-за утечек рабочей жидкости. Многочисленные модификации метода позволили расширить область эффективного использования метода. Можно выделить следующие типы модифицированных методик на базе метода гидроразрыва:

14) и прикладываемой нагрузкой от зонда Определение свойств материала горной породы выполняется автоматически по реакции породы, окружающей скважину.
В данном случае на стенки скважины действует направленное нагружение. Механизм направленного нагружения в скважине создается парой фрикционных оболочек, внутрь которых помещена полимерная труба, расширяемая высоким давлением (рис.
п Псстсчиная. мвисящ*!
Нормально« н*п^ж«ение

Рис. 14. Иллюстрация принципа
16). Оболочки сделаны из сплава повышенной прочности. В результате того, что нагружающие оболочки являются тонкими и помещены непосредственно на вакуумный шланг, возникает радиальнонаправленное нагружение на стенках скважины формируемое данным устройством. Таким образом, формируемые напряжения под оболочками устройства на стенке скважины не являются чисто сжимающими, и это может привести к раскрытию трещин, находящихся не на щели устройства. Высокая точность измерения компонент напряжений обусловлена, по мнению авторов, достижением “баланса сил” на момент повторного раскрытия плоскости трещины, как показано на рис. 15. Рисунок показывает обычные результаты нагружения, представляемого в диаграммах “давление -деформации”, на которых точка F - образование трещины при первом цикле нагружения, N - повторное раскрытие трещины во втором цикле нагружения. Для “баланса сил” на момент повторного раскрытия устанавливается следующее соотношение:
Ьаы=Орм.
аN=(0/1) ры; (1.1)
где Ь - длина трещины на момент повторного раскрытия (см), О - диаметр скважины (см), п=(0/Ь)=/(а,Ь) а - фактор конструкции устройства, Ь - упругая жесткость породы, егдг - напряжения перпендикулярно плоскости трещины (Мпа). На первом этапе измерений данным методом, выше описанным устрой-