Напряженное состояние пород в условиях залегания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Напряжения и деформации в упругой области деформирования

2. Напряжения и деформации в пластической области деформирования

3. Теория прочностей

4. Сжимаемость пород

5. Измерение природных напряжений в массиве пород

Заключение

Библиография

земная кора порода деформация сжимаемость

ВВЕДЕНИЕ

Породы, залегающие в недрах земли, находятся под влиянием горного давления, которое обусловливается весом пород, тектоническими силами, пластовым давлением и термическими напряжениями, возникающими под влиянием тепла земных недр.

Напряженное состояние горных пород в условиях естественного залегания имеет геологическую природу и связано с существованием глобального поля напряжений, обусловленного преимущественно современным сжатием Земли. Это поле напряжений неоднородно не только по природе сил, его вызывающих (гравитационные, тектонические, и др.), но и по ориентировке в пространстве его составляющих. Во многих случаях оно характеризуется значительной анизотропией горизонтальных сжимающих напряжений. Распределение избыточных горизонтальных напряжений в горных породах земной коры показывает, что они связаны преимущественно с областями активных новейших и современных тектонических движений.

Изучение напряженного состояния земной коры на всю ее глубину в целом и массивов горных пород имеет не только важное научное, но и практическое значение. Знание напряженного состояния массивов горных пород позволяет в несколько раз увеличить надежность подземных сооружений. Поскольку все тектонические процессы связаны с действующим в каждый момент времени полем напряжения в земной коре, знание этого поля в настоящее время и геологическом прошлом необходимо для понимания геологических явлений.

1. НАПРЯЖЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ В УПРУГОЙ ОБЛАСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ

Породы, залегающие в недрах земли, находятся под влиянием горного давления, которое обусловливается весом пород, тектоническими силами, пластовым давлением и термическими напряжениями, возникающими под влиянием тепла земных недр.

Рисунок 1.1 - Компоненты напряжений, действующие в элементе породы

В результате воздействия на породу комплекса упомянутых сил элемент (кубик) породы, выделенный из массива, может находиться в общем случае в условиях сложного напряженного состояния, характеризующегося тем, что результирующие векторы напряжений, действующих на грани, не являются перпендикулярными к его граням. Разлагая эти результирующие векторы по направлению ортогональных осей, можно представить, что на каждой плоскости кубика будут действовать (рисунок 1.1) по три компоненты напряжений -- одна нормальная у, направленная перпендикулярно к грани кубика, и две касательные ф, действующие касательно к поверхности грани кубика

Учитывая, что выделенный элементарный кубик находится в равновесии, касательные напряжения, направленные противоположно друг другу в одной плоскости, должны быть равны, так как суммарный момент действующих на кубик сил равен нулю,

Компоненты напряжений зависят от ориентации выделенного элементарного объема породы в пространстве. Его можно ориентировать таким образом, что касательные напряжения будут равными 0. Тогда грани куба образуют главные площадки, соответствующие нормальные напряжения, называемые главными нормальными напряжениями, обозначаются у₁, у₂. у₃, причем

.(1.1)

Сумма нормальных напряжений, действующих по трем взаимно перпендикулярным направлениям, есть величина постоянная

(1.2)

- среднее нормальное напряжение (гидростатическое давление в точке).

По аналогии с главными нормальными напряжениями рассматриваются и главные касательные напряжения, которые действуют на площадках, соответственно делящих пополам угол между двумя главными напряжениями и проходящих через третье главное напряжение. Величина их может быть определена по формулам

 (1.3)

На направлениях главных напряжений, как на осях координат, построим элементарный октаэдр (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Октаэдрические напряжения

Нормальные напряжения, действующие на гранях октаэдра, равны

,(1.4)

а величина касательных напряжений на гранях октаэдра

,

или через главные нормальные напряжения

.(1.5)

В общем случае

.(1.6)

Величину, пропорциональную касательным октаэдрическим напряжениям и равную

называют интенсивностью касательных напряжений. Подстановкой значения ф_окт из выражения (1.6) при одноосном напряженном состоянии (например, растяжении) получим

Таким образом, напряженное состояние в точке может быть охарактеризовано двумя компонентами у₀ и ф_окт или у₀ и у_i.

Нормальные и касательные напряжения, действующие на элемент породы, вызывают соответствующие деформации его граней. Нормальные составляющие напряжений вызывают деформации сжатия элемента или растяжения е_x, е_y и е_z, а касательные напряжения -- деформации сдвига граней г_ху, г_yz, г_xz (деформация сдвига обычно измеряется углами сдвига, так как из-за малости их величины ). Суммарная деформация граней, г_ху, г_yz и г_xz -- величина, на которую уменьшается прямой угол между соответствующими гранями в результате сдвига. Каждый из них является следствием проявления и наложения друг на друга двух бесконечно малых сдвигов от двух пар касательных напряжений, стремящихся вращать элемент в противоположные стороны.

На рисунке 1.3 приведена схема проявления касательных напряжений в случае чистого сдвига грани ху (т. е. когда по внешним граням элемента отсутствуют нормальные напряжения). На рисунке 1.3, а показан сдвиг грани элемента при влиянии одной пары касательных напряжений ф_ху с углом сдвига г₁. а на рисунке 1.3, б -- сдвиг г₂ под влиянием другой пары ф_уx.

Рисунок 1.3 - Схема деформации грани xy под влиянием касательных напряжений (чистый сдвиг)

В результате наложения этих сдвигов деформация грани будет иметь вид, изображенный на рисунке 1.3, в. В результате сдвига прямой угол грани уменьшится на сумму этих углов

.

Если породы однородны и изотропны, то . При этом суммарный угол сдвига составит

. (1.7)

В случае полностью изотропного тела связь между напряжениями и деформациями можно выразить с помощью закона Гука.

Величина деформации прямо пропорциональна нормальному напряжению

где Е -- модуль деформации при растяжении и сжатии (модуль Юнга), МПа.

Пусть твердое тело находится под действием внешней нагрузки. Напряжения на гранях куба (с ребром равным ), выделенного в объеме тела, распределены равномерно. Тогда под влиянием вертикальной составляющей нагрузки высота куба изменится на величину . Соответствующая деформация

Пропорционально величине изменятся и поперечные размеры куба, т.е. и. Соответственно под влиянием горизонтальных составляющих нагрузки будет иметь место деформация

где µ--коэффициент Пуассона, связывающий деформации, вызванные одной силой, по взаимно перпендикулярным направлениям.

Просуммируем величины соответствующих деформаций и получим полную деформацию по заданному направлению

.

Наряду с деформациями растяжения или сжатия будут иметь место деформации сдвига, величины которых пропорциональны соответствующим касательным напряжениям. Деформация сдвига характеризует искажение первоначальной формы тела (рисунок 1.3).

Тогда в соответствии с обозначениями (см. рисунок 1.3)

,(1.8)

где G -- модуль деформации при сдвиге.

Причем

.(1.9)

Под действием внешних сил изменяются не только линейные размеры и форма тела, но и его объем. Причем объемная деформация пропорциональна среднему напряжению

,(1.10)

где V -- начальный объем элементарного куба, м³;

ДV -- изменение объема элементарного куба под действием внешней нагрузки, м³;

К -- модуль объемной деформации,

.(1.11)

В итоге получаем систему из семи уравнений, связывающие напряжения и деформации элементарного объема упругой модели твердого тела:

(1.12)

где E -- модуль продольной упругости (модуль Юнга), МПа;

В пределах упругих деформаций между этими упругими характеристиками однородных изотропных материалов существуют следующие зависимости:

(1.13)

Здесь в -- модуль объемного (всестороннего) сжатия, который выражает связь между давлением и относительным изменением объема ДV/V материала.

Модуль Юнга Е для большей части горных пород изменяется от 10⁹ до 10¹¹ Па, а коэффициент Пуассона -- от 0 до 0,5.

Практическое изучение напряженного состояния горных пород в условиях их естественного залегания осложняется анизотропией их свойств, проявлением трещиноватости, большим разнообразием механических и физических свойств пород, входящих в массив, зависимостью упругих характеристик пород (Е, , G и в) от давления, температуры, влажности и т.д. По этой причине пока нет достаточно обоснованной единой теории, описывающей напряженное состояние горных пород. И задачи из этой области с применением теории упругости обычно решаются для частных случаев. При этом результаты относятся лишь к частным конкретным геологическим условиям.

Некоторые данные о значениях главных напряжений в нетронутом массиве (г_ху, г_yz и г_xz) получены в процессе горных работ.

До нарушения условий залегания пород скважиной внешнее давление от действия собственной массы вышележащих пород и возникающие в породе ответные напряжения находятся в условиях равновесия.

Составляющие этого нормального поля напряжений имеют следующие значения.

По вертикали

,

где у_z-- вертикальная составляющая напряжений;

с -- плотность породы; кг/м³;

g -- ускорение свободного падения, м²/с;

H -- глубина залегания пласта, м.

По горизонтали (в простейшем случае)

,

где п -- коэффициент бокового распора.

Значение п для пластичных и жидких пород типа плывунов равно единице (тогда напряжения определятся гидростатическим законом), а для плотных и крепких пород в нормальных условиях, не осложненных тектонически, выражается во многих случаях долями единицы.

Коэффициент бокового распора и горизонтальное напряжение можно приближенно оценить следующим образом.

Выделим элементарный объем горной породы. Относительная деформация, которую это тело получило бы, например, вдоль оси х при сжатии его тремя взаимно перпендикулярными, равномерно распределенными силами, выраженными главными напряжениями согласно формулам (1.12)

(1.14)

Если принять, что в процессе осадконакопления происходило только сжатие пород в вертикальном направлении, а в горизонтальном направлении деформаций не было, то

.

Тогда, исходя из уравнения (1.14), получим

, (1.15)

т. е. коэффициент бокового распора

, (1.16)

тогда . При выполнении упомянутых условий горизонтальные напряжения в породах меньше вертикальных, что, по-видимому, часто имеет место при небольшой глубине залегания, если в разрезе нет пород с пластическими свойствами. В случае пластичных и текучих горных пород n=1, для хрупких пород значения n составляют 0,3--0,7.

Формула (1.13) выведена для условия, когда справедливо предположение об отсутствии деформации пласта в горизонтальном направлении и когда не учитывается пластичность горных пород. В условиях реальных пластов эти предположения не всегда справедливы, и в них поэтому возможны более сложные напряженные состояния горных пород.

При достаточно больших давлениях на значительных глубинах (2500--3000 м), по-видимому, происходит выравнивание напряжении вплоть до величин, определяемых гидростатическим законом, так как предполагается, что за длительные геологические периоды породы испытывают пластические или псевдопластические деформации. Однако чаще всего вследствие интенсивных тектонических процессов, происходивших в земной коре в течение геологических периодов, горные породы многократно деформировались, что, по-видимому, сопровождалось возникновением значительных различий между главными напряжениями. В областях, где в результате тектонических процессов происходили боковое сдавливание пород и образование надвига, наибольшим должно быть горизонтальное напряжение, которое может иногда в 2--3 раза превышать вертикальное горное давление. В зонах возникновения сбросов, не сопровождавшихся боковым сжатием, вертикальные напряжения пород должны значительно превышать горизонтальные.

2. НАПРЯЖЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ В ПЛАСТИЧЕСКОЙ ОБЛАСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ

Закон Гука соблюдается лишь в области малых деформаций. Дальнейшее деформирование приводит или к хрупкому разрушению тел, или к потере пропорциональности между напряжениями и деформациями, а также к появлению пластических (необратимых) деформаций.

Сложный характер зависимостей между деформациями и напряжениями приводит к тому, что нет общей теории поведения твердого тела в условиях пластического деформирования.

Для решения большинства задач механики горных пород рекомендуется исходить из следующих общих положений.

1. Направления главных нормальных напряжений и главных деформаций удлинения совпадают.

2. Объемная деформация пропорциональна среднему нормальному напряжению и описывается уравнением (1.10). Причем деформация изменения объема связана со средним нормальным напряжением линейно вплоть до момента разрушения. Если напряженное состояние является всесторонним равномерным сжатием, то материал не разрушается, как бы велико ни было приложенное давление.

3. Главные касательные напряжения пропорциональны главным деформациям сдвига

,(2.1)

- модуль пластичности;

G - модуль деформации при сдвиге в пределах пропорциональности.

Модуль пластичности является величиной переменной, зависящей от напряженного состояния в точке. В общем случае уравнения (уравнения Генки), связывающие деформации и напряжения, имеют вид:

(2.2)

В большинстве задач механики горных пород величиной можно пренебречь (условие несжимаемости). В этом случае условие

позволяет решать некоторые задачи, не прибегая к уравнениям Генки.

К моменту перехода от упругого деформирования к пластическому в твердом теле достигается предельное напряженно состояние. Очень важно иметь показатель, однозначно описывающий этот момент при любых условиях нагружения. Попытки отыскать такой универсальный показатель не увенчались успехом

Рассмотрим условия перехода твердых тел из упругого соотношения и пластическое, сформулированные исходя из опытных данных.

Условие Треска-Сен-Венана. Французский инженер Треск высказал предположение, что состояние пластичности наступает тогда, когда во всех точках среды максимальное касательное напряжение достигает определенного значения. Позднее Сен-Венан математически описал это условие

(2.3)

где - предел текучести материала при простом растяжений

Из выражения (2.3) следует, что главное промежуточное напряжение не влияет на состояние текучести, что не всегда подтверждается опытом.

Условие Мизеса. В соответствии с условием Мизеса состояние пластичности наступает тогда, когда удельная упругая энергия формоизменения достигнет определенной величины, характерной для материала данного тела.

Удельная упругая энергия деформирования

(2.4)

Представим величину U как сумму энергий упругого изменения объема U_о и упругого изменения формы Uф.

Удельная упругая энергия изменения объема

(2.5)

Тогда удельная упругая энергия изменения формы

(2.6)

После подстановки в выражение (2.6) выражений (2.4) и (2.5), а также соответствующих преобразований получим

(2.7)

Из выражения (2.7) следует, что момент достижения предельного состояния при переходе от упругого состояния твердого тела к пластическому однозначно определяется величиной октаэдрических касательных напряжений (см. рисунок 1.3).

Условие Мизеса учитывает все три главных напряжения и в случае трехосного напряженного состояния дает несколько лучшие результаты, чем условие Треска-Сен-Венана.

3. ТЕОРИЯ ПРОЧНОСТЕЙ

Испытания прочности материалов твердых тел проводятся обычно в стандартных условиях. В конкретных случаях расчета и прочность напряженное состояние твердого тела может быть самым различным. Существующие теории прочности позволяют с некоторыми допущениями вести прочностные расчеты, опираясь на показатели прочности или пластичности, полученные при стандартных испытаниях, не прибегая к специальным испытаниям в сложном напряженном состоянии.

Современные теории прочности создавались главным образом для конструкционных материалов, а поэтому в качестве предельного состояния принимается достижение предела текучести твердого тела и лишь для хрупких тел -- предела прочности.

Классические теории прочности. Первые исследования в области прочности материалов, связанные с именами Леонардо да Винчи и Галилея, привели к созданию первой теории прочности, согласно которой предельное состояние достигается тогда когда достигнет предельного значения одно из главных напряжений,

(3.1)

где у_п -- предельное значение напряжений, полученное при одноосном растяжении ( + ) или сжатии (--).

Согласно второй теории прочности предельное состояние достигается тогда, когда достигнет предельного значения величина главной деформации. Используя обобщенный закон Гука это условие можно записать через нормальные напряжения

(3.2)

Как первая, так и вторая классические теории прочности не нашли применения и имеют лишь историческое значение.

Третья теория прочности основана на гипотезе, что в процессе разрушения или достижения пластического состояния решающую роль играют касательные напряжения. Условие прочности имеет вид

(3.3)

Выразим касательные напряжения через главные по формулам (1.3) и получим

(3.4)

Из выражения (3.4) и (2.3) видно, что третья теория прочности совпадает с условиями Треска--Сен-Венана. Эта теория хорошо согласуется с экспериментом при двухосном напряженном состоянии и нашла широкое применение в технике.

Четвертая, или энергетическая, теория прочности основана на предположении, что разрушение или достижение пластического состояния наступает тогда, когда удельная энергия формоизменения достигает предельного значения. Через главные нормальные напряжения это условие записывается в следующем виде

. (3.5)

Аналогично было сформулировано условие Мизеса. Запишем выражение (2.7) через главные напряжения

. (3.6)

Для случая одноосного растяжения будем иметь у₁=у_п, у₂=0, у₃=0. Тогда предельная величина энергии формоизменения равна

. (3.7)

Согласно формулировки теории прочности .Подставляем значения и из выражений (3.6) и (3.7) в это неравенство и получаем выражение (3.5). Следователь энергетическая теория прочности полностью совпадает с условием Мизеса. В литературе она известна как теория Губера-Мизеса-Гени. Эта теория прочности широко используется в настоящее время, как и третья теория прочности.

Классические теории прочности применимы только для изотропных материалов с одинаковым сопротивлением разрушению или пределом текучести при одноосных испытаниях на растяжение и сжатие. Горные породы не являются таковыми. Однако однозначность характеристик предельного состояния, получаемая при использовании этих теорий, очень удобна при анализе напряженного состояния в твердых телах. Последнее и определило использование третьей и четвертой теорий прочности в механике горных пород для качественного анализа.

Теория прочности Мора в отличие от классических теорий учитывает как разные значения сопротивления разрушению при одноосном растяжении и сжатии, так и очевидный факт, что разрушение или состояние пластичности зависит от нормальных напряжений. Эта теория прочности широко применяется в горном деле и строительстве. Характеристикой твердого тела, согласно теории прочности Мора, является зависимость

, (3.8)

где ф_п -- предельное значение касательных напряжений,

; (3.9)

у_ср -- среднее напряжение,

(3.10)

Из выражения (3.10) видно, что теория прочности Мора не учитывает главное промежуточное напряжение.

Для определения вида зависимости (3.8) необходимо провести ряд независимых испытаний, например:

1) растяжение

;

2) сдвиг

;

3) сжатие

.

Огибающая к кругам Мора, построенным по результатам испытаний (рисунок 3.1), является графическим видом зависимости (3.8)

Рисунок 3.1 - Огибающая к кругам Мора

Если прибегнуть к замене величины ф_п на величину ф_п.окт, а величины у_ср на величину у₀. Тогда условие (3.8) примет вид

Так как , то можно записать условие прочности в виде

(3.11)

где -- предельная интенсивность касательных напряжений;

- среднее напряжение, определяемое по формуле (1.4).

Это условие прочности учитывает все три главных напряжения. По предложению Филоненко-Бородича, зависимость (3.11) названа обобщенным условием прочности Мора.

4. СЖИМАЕМОСТЬ ПОРОД

Условие, когда все три главные сжимающие напряжения равны, т.е., называется равномерным всесторонним сжатием. Из выражений (1.2) и (1.5) следует, что в этом случае касательные напряжения равны нулю. Из третьей и четвертой теорий прочности следует, что, как бы велико ни было среднее давление , в горных породах не должно возникать ни остаточных деформаций, ни разрушений. Горная порода должна деформироваться только упруго в соответствии с законом Гука (1.10).

Эти выводы хорошо подтверждаются при испытаниях плотных, однородных горных пород. В процессе деформирования пористых горных пород наблюдаются не только остаточные деформации, но и их разрушение, так как напряженное состояние скелета породы существенно отличается от равномерного всестороннего сжатия.

Испытания при равномерном всестороннем сжатии проводятся для изучения сжимаемости горных пород и минералов. Сжимаемость минералов и пород характеризуется коэффициентом объемного сжатия в и модулем объемной деформации при сжатии.

Под коэффициентом объемного сжатия в понимают относительное уменьшение объема V с увеличением давления на 1 кгс/см², т.е.

,(2.12)

(V₀-- первоначальный объем при нормальных давлении и температуре).

Если в процессе деформирования соблюдается закон Гука, то

.(2.13)

Подставив (2.13) в выражение (2.12), получим

,(2.14)

а так как , то , где K - модуль объемной деформации, определяемый по формуле (1.11),

В таблице 1 приведены коэффициенты объемного сжатия для некоторых минералов и горных пород по данным Адамса.

Из таблицы 1 видно, что коэффициент в для большинства минералов и горных пород составляет 10^-6 и даже 10^-7 см²/кгс, т.е. объем пород с увеличением давления на 1 кгс/см² уменьшается на несколько миллионных или даже десятимиллионных долей от их первоначального объема.

Таблица 1

Минерал или порода	Коэффициент объемного сжатия в•104 при давлении, кгс/см2
	2000	10000
Алмаз	0,18	0,18
Оливин	0,84	0,84
Кальцит	1,39	1,39
Полевые шпаты	1,51-1,88	1,34-1,68
Кварц	42,63	2,31
Каменная соль	4,01	3,53
Гранит	2,12	1,88
Сиенит	1,87	1,68 1,68
Габро	1,2	1,17

5. ИЗМЕРЕНИЕ ПРИРОДНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В МАССИВЕ ПОРОД

Для определения действующих в массиве горных пород напряжений применяются деформационные, геофизические и геологические методы, а также метод гидроразрыва.

Деформационные методы. К деформационным методам измерения напряжений относятся методы разгрузки и восстановления.

Методы разгрузки основаны на измерении упругих деформаций некоторого элемента массива пород при разгрузке от действовавших в нем напряжений и упругом восстановлении им первоначальных формы и размеров. По измеренным деформациям, зная модуль упругости и коэффициент поперечной деформации пород и используя математический аппарат теории упругости, вычисляют действующие напряжения. Теоретической базой метода служит теорема о разгрузке, согласно которой для любого сложного напряженного состояния зависимости между деформациями упругого восстановления при разгрузке и действовавшими в элементе среды напряжениями подчиняются теории упругости.

Методы разгрузки можно разделить на: 1) измерение торцевых деформаций; 2) измерение деформаций кольцевого цилиндра, образованного соосными скважинами; 3) измерение деформаций пород, вызванной проходкой скважины.

Методы восстановления заключаются в измерении давления, которое нужно создать в скважине или другой полости для того, чтобы компенсировать деформацию разгрузки, происшедшую при ее проходке. Для этого на поверхности массива до закладки в нем полости размещают индикаторы, которые при создании полости в результате деформации разгрузки показывают величины происходящих смещений. Затем в полость помещают устройство, позволяющее создать внутри нее давление, которое повышают до тех пор, пока индикаторы смещений не отметят полной компенсации деформации разгрузки и возвращения точек наблюдения в первоначальное положение. Величину этого давления принимают равной напряжению, действовавшему в массиве до разгрузки. При измерении напряжений методами восстановления нет необходимости определять упругие свойства пород.

Деформационные методы широко используются для изучения напряжений в верхних слоях земной коры, распределения напряжений вокруг горных выработок, напряженного состояния склонов на участках строительства крупных гидротехнических сооружений и т.д.

Геофизические методы. Эти методы основаны на измерении в исследуемом массиве искусственно создаваемых физических полей и регистрации этих параметров, меняющихся в зависимости от напряженного состояния. Сюда относятся сейсмоакустические, радио- и электрометрические методы.

Наиболее совершенными в настоящее время являются сейсмоакустические методы. Физической основой применения сейсмоакустических методов для оценки напряженного состояния массивов горных пород являются теоретические и экспериментальные зависимости скоростей распространения упругих волн и характеристик их затухания от величины действующих напряжений.

В последние годы для оценки напряжений с успехом применяется метод гидроразрыва. Экспериментальная часть методики во многом подобна гидравлическому возбуждению скважин, широко используемому при разработке нефтяных месторождений. Сущность метода состоит в следующем. В заданном интервале буровой скважины (наиболее сохранном и лишенном естественных трещин), ограниченном разъемными тампонами, создают давление жидкости на стенки скважины вплоть до образования трещины. Этот момент фиксируется внезапным падением давления. Максимальное давление Р_с называется давлением разрыва. Далее замеряется запирающее давление P_si, необходимое для того, чтобы держать вызванную трещину открытой.

С помощью последующих нагнетаний жидкости расширяют вызванную трещину и тем самым определяют прочностные характеристики среды. Ориентировка вызванной трещины в стенке скважины производится с помощью тампона-печати или телевизионных установок в скважине. Расчет величин напряжений основывается на следующих положениях: 1) одно из главных напряжений у₁, у₂, у₃ направлено параллельно оси буровой скважины; 2) трещина при гидроразрыве возникает и распространяется в плоскости, перпендикулярной к направлению минимального главного напряжения; 3) массив на участке проведения опыта линейно-упругий и водонепроницаемый; 4) разрывающее давление компенсирует первичное касательное напряжение в точке образования трещины и равно ему; 5) давление для раскрытия вызванной трещины соответствует главному напряжению, действующему нормально к плоскости трещины. Тогда для случая вертикальной скважины при образовании вертикальных гидроразрывов главные компоненты напряжений могут быть определены по следующим формулам

где с - плотность породы, кг/м³;

Н - глубина залегания, м;

R_t - прочность на разрыв;

P_o - поровое давление, Мпа.

Преимуществом данного метода перед деформационными методами является возможность его использования в глубоких разведочных скважинах, пробуренных с поверхности земли при отсутствии горных выработок.

Геологические методы. Рациональный комплекс методов оценки естественных напряжений не будет достаточно полным, если в нем не используются менее точные, косвенные геологические методы. Их применяют для выявления закономерностей распределения напряжений, связанных с развитием структуры отдельных участков земной коры.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Знание характера деформационных процессов в призабойной зоне пласта позволяет на ранней стадии освоения нефтяных месторождений выявить тип коллектора по результатам испытания первых скважин, что является крайне важным для дальнейшего проектирования систем разработки нефтяных месторождений.

БИБЛИОГРАФИЯ

Гиматудинов Ш. К., Ширковский А. И. Физика нефтяного и газового пласта: Учеб. для ВУЗов. - М.: «Недра», 1982. - 311 с.: ил.

Ломадзе В Д. Инженерная геология - Л: «Недра», 1978.

Сергеев Е М. Методическое пособие по инженерно-геологическому изучению горных пород - М: «Недра», 1984.

Спивак А И., Попов А Н. Механика горных пород: Учеб. для ВУЗов. - М: "НЕДРА" 1975.-200 с.

Медведев Ю. А., Физика нефтяного и газового пласта: Курс лекций. - Тюмень 2000.

Методические указания к выполнению курсовых проектов, курсовых и квалификационных работ для студентов очного обучения направления 650700 «Нефтегазовое дело» / авт. Ю. А. Медведев, В. В. Филин. - ТюмГНГУ, г. Тюмень, 2001.

Размещено на Allbest.ru