RU2655007C1 - Способ прессиометрических испытаний горных пород - Google Patents
Способ прессиометрических испытаний горных пород Download PDFInfo
- Publication number
- RU2655007C1 RU2655007C1 RU2016147060A RU2016147060A RU2655007C1 RU 2655007 C1 RU2655007 C1 RU 2655007C1 RU 2016147060 A RU2016147060 A RU 2016147060A RU 2016147060 A RU2016147060 A RU 2016147060A RU 2655007 C1 RU2655007 C1 RU 2655007C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- well
- fracture
- pressure
- rocks
- walls
- Prior art date
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims description 10
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims 2
- 208000010392 Bone Fractures Diseases 0.000 abstract description 22
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract description 5
- 208000003044 Closed Fractures Diseases 0.000 abstract 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 206010017076 Fracture Diseases 0.000 description 21
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 2
- 208000002565 Open Fractures Diseases 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21C—MINING OR QUARRYING
- E21C39/00—Devices for testing in situ the hardness or other properties of minerals, e.g. for giving information as to the selection of suitable mining tools
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D1/00—Investigation of foundation soil in situ
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Paleontology (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу исследования скважин и может быть использовано для определения физико-механических свойств горных пород в их естественном залегании. Технический результат заключаются в повышении информативности и достоверности прессиометрических исследований необсаженных скважин с получением дополнительной информации о физико-механических свойствах горных пород в их естественном залегании. Способ включает нагружение стенок скважины ступенями возрастающего давления путем подачи заданных объемов флюида в прессиометрический зонд. Измеряют изменившееся давление и перемещения стенок скважины. При этом нагружение стенок скважины проводят в интервале, содержащем закрытую трещину гидроразрыва. Раскрывают эту трещину за счет повышения давления нагружения и используют измеренное давление раскрытия трещины гидроразрыва в расчетах деформационных свойств горных пород. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к способам исследования скважин и может быть использовано для определения физико-механических свойств горных пород в их естественном залегании. Достоверное определение свойств горных пород позволяет эффективно и безопасно разрабатывать месторождения полезных ископаемых, вести наземное и подземное строительство в сложных горно-технологических условиях.
Известен способ прессиометрических испытаний грунтов, включающий нагружение стенок скважины радиальным давлением, измерение образующихся при этом перемещений оболочки эластичной камеры зонда и определение модуля сдвига (см. Трофименков Ю.Г., Воробков Л.Н. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов. - М.: Стройиздат, 1981 - с. 152.). Схема интерпретации полученных данных и определение упругих модулей основывается на решении задачи Ламэ для толстостенной бесконечно длинной трубы под действием внутреннего давления. При этом полагают, что внутренний диаметр трубы равен диаметру скважины, а внешний диаметр трубы соответствует зоне влияния скважинного зонда на массив горных пород. Это решение не учитывает возможную неоднородность грунта, его уплотнение и деформацию порового пространства при приложении нагрузки на стенки скважины.
Также известна модификация данного способа с использованием устройств с секторным приложением нагрузки (см. ГОСТ 20276-2012, Приложение А), включающая нагрузку стенок скважины посредством раздвижения двух стальных пуансонов-штампов, располагаемых на диаметрально противоположных сторонах устройства и определения деформационных свойств по результатам последующей разгрузки.
К недостаткам данного способа относится невозможность прямых замеров нагрузки, передаваемой непосредственно на стенки скважины каждым сектором прессиометра, а также сложность технических решений, с помощью которых можно реализовать замеры линейных перемещений стенок скважины под действием этой нагрузки.
К общим проблемам приведенных прессиометрических методов относится то, что для большинства практических задач необходимо знать не модуль сдвига, определяемый по данному методу, а модуль Юнга, для вычисления которого при интерпретации результатов прессиометрических испытаний используется коэффициент Пуассона вмещающих пород. Чаще всего значение коэффициента Пуассона берется из табличных данных, что уменьшает достоверность рассматриваемых способов и может привести к неверным технологическим решениям. Другим общим недостатком является принимаемое в приведенных способах приближение, согласно которому при нагрузке изучаемого интервала контур скважины деформируется равномерно и описывается окружностью с определенным радиусом. Такая модель нагружения не учитывает возможные деформации стенок скважины в неравномерном поле напряжений, в результате которых ее контур принимает вид эллипса.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известный способ прессиометрических испытаний горных пород и скальных грунтов по патенту SU 1785548 (МПК E02D 1/00, опубл. 30.12.1991), включающий нагрузку стенок скважины ступенями возрастающего давления с различным временем выдержки для различных типов вмещающих пород, определение приведенного времени и построение зависимости относительного перемещения породы в стенке скважины от приведенного времени. К недостаткам известного способа по патенту SU 1785548 относится использование в расчетных формулах параметров, для вычисления которых необходимо проводить дополнительные исследования образцов в лабораторных условиях, что снижает производительность метода и повышает стоимость работ.
Технические задачи, решаемые в предлагаемом изобретении, заключаются в расширении возможностей известных способов прессиометрических исследований необсаженных скважин, в получении дополнительной информации о физико-механических свойствах горных пород в их естественном залегании.
Поставленные задачи решаются тем, что в способе прессиометрических испытаний горных пород, включающем нагружение стенок скважины ступенями возрастающего давления путем подачи заданных объемов флюида в прессиометрический зонд, измерение изменившегося давления и перемещений стенок скважины в момент прекращения подачи флюида, расчет параметров горных пород по измеренным данным, согласно техническому решению, нагружение стенок скважины проводят в интервале, содержащем закрытую трещину гидроразрыва, раскрывают эту трещину за счет повышения давления нагружения, и используют измеренное давление раскрытия трещины гидроразрыва в расчетах деформационных свойств горных пород.
Такая совокупность существенных признаков позволяет повысить информативность и достоверность прессиометрических способов испытаний горных пород, дает возможность получить дополнительные данные об околоскважинной области в массиве, затронутой развитием трещины гидроразрыва. Наличие на контуре скважины раскрываемой трещины гидроразрыва ведет к изменению характера регистрируемой в ходе эксперимента зависимости перемещений стенок скважины от прилагаемой нагрузки, что обеспечивает получение дополнительной информации о вмещающих горных породах. На прессиометрической диаграмме начало раскрытия трещины соответствует точке перехода линейного участка деформирования скважины со сплошным контуром в нелинейный участок неполного раскрытия существующей трещины гидроразрыва.
Трещина гидроразрыва может быть направлена вдоль оси скважины, что позволяет проводить ее раскрытие при меньших давлениях в прессиометрическом зонде, или поперек оси скважины, а стенки скважины дополнительно нагружают вдоль оси скважины возрастающей касательной нагрузкой и измеряют эту нагрузку, что позволяет определять действующее вдоль оси скважины горное давление и использовать его для расчетов деформационных свойств горных пород.
Для трещины гидроразрыва может быть известно давление запирания, измеренное при выполнении гидроразрыва, и оно может быть использовано в расчетах деформационных свойств горных пород, что позволяет расширить возможности способа прессиометрических испытаний за счет дополнительного определения минимального действующего напряжения σmin.
Расчеты деформационных свойств горных пород могут выполняться по данным, измеренным при раскрытой или не полностью раскрытой трещине гидроразрыва, или когда нагружение стенок скважины проводится в интервале, содержащем трещину направленного гидроразрыва известной ориентации, или в двух близко расположенных интервалах, содержащих трещины направленного гидроразрыва с отличными друг от друга известными ориентациями, что приводит к получению дополнительной информации об околоскважинной области горных пород, затронутой развитием трещины гидроразрыва и повышает достоверность и возможности метода.
Для расчетов деформационных свойств горных пород можно использовать две области прессиометрической кривой ΔR(P), одна из которых соответствует нагружению стенок скважины до давления раскрытия трещины гидроразрыва, а другая выше него, что расширяет возможности прессиометрического способа испытаний и повышает его эффективность:
где ΔR(P) - прессиометрическая кривая, описывающая изменение радиуса скважины ΔR при нагрузке Р;
C1(E,ν) и C2(E,ν) - функции, зависящие от модуля Юнга Е и коэффициента Пуассона ν;
A(R0,P0,σmin,σmax) - функция, зависящая от начального значения радиуса скважины R0 при начальном давлении Р0, минимального σmin и максимального σmax сжимающих напряжений в горных породах;
B(R0,P0,σmin,σmax,Pr) - функция, зависящая от переменных R0, Р0, σmin и σmax, а также давления раскрытия трещины гидроразрыва Pr.
Предлагаемый способ поясняется на фиг. 1. Для проведения исследований бурят скважину 1, в которую с помощью колонны труб 5, или иным способом, доставляют прессиометрический зонд 4 на заданное расстояние от устья скважины. Прессиометрический зонд имеет одну или несколько эластичных камер, и может быть оборудован датчиками измерения перемещений оболочки зонда. Общая длина камер зонда должна быть не менее четырех их диаметров, а диаметр скважины не должен превышать диаметра зонда более чем на 10 мм.
В данной скважине в заданном интервале измерений заранее с помощью известных способов и технических решений создается трещина гидроразрыва 3, которая может быть направлена вдоль или поперек оси скважины, и давление запирания которой может быть известно по результатам выполнения гидроразрыва и использовано для расчета деформационных свойств горных пород. Трещина может быть создана посредством направленного гидроразрыва и иметь известную ориентацию, либо таких трещин может быть две в близко расположенных интервалах, причем их ориентация будет различна.
Затем по трубам 5 в прессиометрический зонд подают давление до момента соприкосновения оболочки зонда со стенками скважины и определяют начальный радиус скважины R0, относительно которого в дальнейшем измеряют деформацию стенок скважины. Далее приступают к нагружению стенок скважины ступенями давления, при этом измерение давления в камере зонда необходимо проводить с погрешностью не более 5% ступени, а значение давления на каждой ступени и время действия этого давления выбирают исходя из типа горных пород. В процессе нагрузки происходит раскрытие существующей трещины гидроразрыва 3 с формированием области 2, в которой берега трещины не соприкасаются друг с другом. По данным испытаний строят график зависимости перемещения стенок скважины от давления в прессиометрическом зонде.
На графике проводят осредняющую прямую методом наименьших квадратов или графическим методом. Первой точкой, включаемой в осреднение, является точка, соответствующая моменту полного обжатия неровностей стенок скважины, которая является началом линейного участка графика. За конечную точку, ограничивающую линейный участок графика, принимают точку, соответствующую моменту раскрытия трещины гидроразрыва при давлении Pr. Дальнейшее повышение давления в зонде приводит к получению данных при раскрытой трещине гидроразрыва, либо когда трещина гидроразрыва раскрыта не на всю длину.
Для расчетов деформационных свойств горных пород используют две области прессиометрической кривой ΔR(P), одна из которых соответствует нагружению стенок скважины до давления раскрытия трещины гидроразрыва, а другая выше него
где ΔR(P) - прессиометрическая кривая, описывающая изменение радиуса скважины ΔR при нагрузке Р;
C1(E,ν) и C2(E,ν) - функции, зависящие от модуля Юнга Е и коэффициента Пуассона ν;
A(R0,P0,σmin,σmax) - функция, зависящая от начального значения радиуса скважины R0 при начальном давлении Р0, минимального σmin и максимального σmax сжимающих напряжений в горных породах;
B(R0,P0,σmin,σmax,Pr) - функция, зависящая от переменных R0, Р0, σmin и σmax, а также давления раскрытия трещины гидроразрыва Pr.
Совместное решение данных уравнений позволяет определить модуль Юнга Е и коэффициент Пуассона ν горных пород в месте их залегания.
Таким образом, дополняя обычные исследования скважины со сплошным контуром исследованиями этой же скважины с раскрываемой трещиной можно расширить возможности существующих методов прессиометрических испытаний, повысить эффективность и надежность определения физико-механических свойств горных пород.
Claims (15)
1. Способ прессиометрических испытаний горных пород, включающий нагружение стенок скважины ступенями возрастающего давления путем подачи заданных объемов флюида в прессиометрический зонд, измерение изменившегося давления и перемещений стенок скважины в момент прекращения подачи флюида, расчет параметров горных пород по измеренным данным, отличающийся тем, что нагружение стенок скважины проводят в интервале, содержащем закрытую трещину гидроразрыва, раскрывают эту трещину за счет повышения давления нагружения и используют измеренное давление раскрытия трещины гидроразрыва в расчетах деформационных свойств горных пород.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что трещина гидроразрыва направлена вдоль оси скважины.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что трещина гидроразрыва направлена поперек оси скважины, а стенки скважины дополнительно нагружают вдоль оси скважины возрастающей касательной нагрузкой и измеряют эту нагрузку.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, для трещины гидроразрыва известно давление запирания, измеренное при выполнении гидроразрыва.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, давление запирания трещины гидроразрыва используют в расчетах деформационных свойств горных пород.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расчеты деформационных свойств горных пород выполняют по данным, измеренным при раскрытой трещине гидроразрыва.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что трещину гидроразрыва раскрывают не на всю длину.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагружение стенок скважины проводят в интервале, содержащем трещину направленного гидроразрыва известной ориентации.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что нагружение стенок скважины проводят в двух близко расположенных интервалах, содержащих трещины направленного гидроразрыва с отличными друг от друга известными ориентациями.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для расчетов деформационных свойств горных пород используют две области прессиометрической кривой, одна из которых соответствует нагружению стенок скважины до давления раскрытия трещины гидроразрыва, а другая выше него
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016147060A RU2655007C1 (ru) | 2016-12-01 | 2016-12-01 | Способ прессиометрических испытаний горных пород |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016147060A RU2655007C1 (ru) | 2016-12-01 | 2016-12-01 | Способ прессиометрических испытаний горных пород |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2655007C1 true RU2655007C1 (ru) | 2018-05-23 |
Family
ID=62202363
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016147060A RU2655007C1 (ru) | 2016-12-01 | 2016-12-01 | Способ прессиометрических испытаний горных пород |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2655007C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2798081C1 (ru) * | 2022-11-14 | 2023-06-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Специальные геофизические системы данных" ООО (НПП "Спецгеофизика") | Способ определения хрупкости горных пород |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU877005A1 (ru) * | 1980-01-15 | 1981-10-30 | Институт Горного Дела Со Ан Ссср | Способ определени напр женно-деформированного состо ни в массиве горных пород |
SU1086066A1 (ru) * | 1982-05-24 | 1984-04-15 | Всесоюзное Морское Научно-Производственное Объединение Инженерной Геологии "Союзморинжгеология" | Способ прессиометрических испытаний грунта в скважине и прессиометр дл его осуществлени |
SU1110899A1 (ru) * | 1983-03-10 | 1984-08-30 | Государственный Проектный Институт Горной Химии "Госгорхимпроект" | Способ определени напр жений в горных породах |
SU1242613A1 (ru) * | 1985-01-31 | 1986-07-07 | Институт Сейсмостойкого Строительства И Сейсмологии Ан Таджсср | Способ оценки напр женного состо ни горных пород |
SU1785548A3 (ru) * | 1991-02-19 | 1992-12-30 | Гocудapctbehhoe Haучho-Пpoизboдctbehhoe Oб'eдиhehиe "Mopckaя Иhжehephaя Гeoлoгия" | Способ прессиометрических испытании грунта |
SU1827007A3 (ru) * | 1990-06-28 | 1993-07-07 | Бakулиh Ahдpeй Bиktopobич | Способ импульсного гидроразрыва породного массива |
US5253519A (en) * | 1989-06-09 | 1993-10-19 | Societe Anonyme Stiled E.R.G. | Method and apparatus for in-situ measurement of ground heave characteristics |
RU2485313C1 (ru) * | 2012-01-10 | 2013-06-20 | Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН | Способ оценки напряженного состояния горных пород |
-
2016
- 2016-12-01 RU RU2016147060A patent/RU2655007C1/ru active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU877005A1 (ru) * | 1980-01-15 | 1981-10-30 | Институт Горного Дела Со Ан Ссср | Способ определени напр женно-деформированного состо ни в массиве горных пород |
SU1086066A1 (ru) * | 1982-05-24 | 1984-04-15 | Всесоюзное Морское Научно-Производственное Объединение Инженерной Геологии "Союзморинжгеология" | Способ прессиометрических испытаний грунта в скважине и прессиометр дл его осуществлени |
SU1110899A1 (ru) * | 1983-03-10 | 1984-08-30 | Государственный Проектный Институт Горной Химии "Госгорхимпроект" | Способ определени напр жений в горных породах |
SU1242613A1 (ru) * | 1985-01-31 | 1986-07-07 | Институт Сейсмостойкого Строительства И Сейсмологии Ан Таджсср | Способ оценки напр женного состо ни горных пород |
US5253519A (en) * | 1989-06-09 | 1993-10-19 | Societe Anonyme Stiled E.R.G. | Method and apparatus for in-situ measurement of ground heave characteristics |
SU1827007A3 (ru) * | 1990-06-28 | 1993-07-07 | Бakулиh Ahдpeй Bиktopobич | Способ импульсного гидроразрыва породного массива |
SU1785548A3 (ru) * | 1991-02-19 | 1992-12-30 | Гocудapctbehhoe Haучho-Пpoизboдctbehhoe Oб'eдиhehиe "Mopckaя Иhжehephaя Гeoлoгия" | Способ прессиометрических испытании грунта |
RU2485313C1 (ru) * | 2012-01-10 | 2013-06-20 | Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН | Способ оценки напряженного состояния горных пород |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2798081C1 (ru) * | 2022-11-14 | 2023-06-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Специальные геофизические системы данных" ООО (НПП "Спецгеофизика") | Способ определения хрупкости горных пород |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7580796B2 (en) | Methods and systems for evaluating and treating previously-fractured subterranean formations | |
US8776609B2 (en) | Use of fiber optics to monitor cement quality | |
US8800653B2 (en) | Systems and methods for monitoring a well | |
CA2770296C (en) | Systems and methods for monitoring a well | |
US20240151870A1 (en) | Tube Wave Analysis of Well Communication | |
US8408296B2 (en) | Methods for borehole measurements of fracturing pressures | |
Aslannezhad et al. | Evaluation of mechanical, chemical, and thermal effects on wellbore stability using different rock failure criteria | |
US12006819B2 (en) | Hydraulic integrity analysis | |
Zhang et al. | Hydraulic fracture growth from a non-circular wellbore | |
Jung et al. | Fatigue behavior of granite subjected to cyclic hydraulic fracturing and observations on pressure for fracture growth | |
EP0476758B1 (en) | Detection of fracturing events using derivatives of fracturing pressures | |
CN114753834A (zh) | 一种井壁各向异性水平地应力测量方法 | |
RU2655007C1 (ru) | Способ прессиометрических испытаний горных пород | |
US10753203B2 (en) | Systems and methods to identify and inhibit spider web borehole failure in hydrocarbon wells | |
CA2209306A1 (en) | Method for determining closure of a hydraulically induced in-situ fracture | |
Smith et al. | Cyclic steam stimulation below a known hydraulically induced shale fracture | |
Kuhlman et al. | Field tests of downhole extensometer used to obtain formation in-situ stress data | |
Carnegie et al. | An advanced method of determining insitu reservoir stresses: wireline conveyed micro-fracturing | |
CN109899050A (zh) | 形成复杂裂缝网络的煤层气藏压裂方法 | |
Burghardt et al. | Integration of Shut-In Pressure Decline, Flow back, Hydraulic and Sleeve Re-Opening Tests to Infer In-Situ Stress | |
Aidagulov et al. | Notching as a Novel Promising Technique to Reduce Fracture Initiation Pressure in Horizontal Openhole Wellbores | |
US5272916A (en) | Methods of detecting and measuring in-situ elastic anisotropy in subterranean formations | |
US11726224B2 (en) | B annulus acoustic pressure sensing | |
US11753923B2 (en) | Using pre-fracturing hydraulic conductivity measurements to avoid fracture treatment problems | |
Eltaleb et al. | New Pump-In Flowback Model Verification with In-Situ Strain-Measurements and Numerical Simulation. Energies 2023, 16, 1970 |