1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Механика твердого тела
  4. № 6, 2022

Известия РАН. Механика твердого тела, 2022, № 6, стр. 148-163

ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОБРАЗОВАНИЯ ВЫВАЛОВ НА СТЕНКАХ СКВАЖИН

Ю. Ф. Коваленко a, *, К. Б. Устинов a, В. И. Карев a

a Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
Москва, Россия

* E-mail: perfolinkgeo@yandex.ru

Поступила в редакцию 07.06.2022
После доработки 20.06.2022
Принята к публикации 22.06.2022

Аннотация

Проведено физическое моделирование образования вывалов в скважину на образцах горных пород с отверстиями, просверленными перпендикулярно плоскости залегания. Моделирование продемонстрировало появление ярко выраженных ориентированных вывалов при равномерных боковых напряжениях. Для объяснения наблюдаемых явлений предлагаются некоторые гипотезы. Согласно первой гипотезе, предполагается, что причина кроется в комбинированном влиянии анизотропии прочности и анизотропии упругости определенного типа, определяемой параметром, отличным от отношения модулей упругости вдоль и по нормали к слоистости. Согласно второй гипотезе, причиной может быть подавление роста вторичных вывалов после инициации первичного вывала. Согласно третьей гипотезе, причина может быть связана исключительно с анизотропией прочности определенного типа. Результаты представляются полезными при проектировании и разработке углеводородных месторождений и подземных хранилищ газа и при интерпретировании данных скважинных исследований для определения напряженного состояния в Земной коре.

Ключевые слова: измерения напряжений в массиве пород, вывалы в скважинах, интерпретация данных исследования скважин, анизотропия прочности, упругая анизотропия

Список литературы

  1. Каримов М.Ф. Эксплуатация подземных хранилищ газа. М.: Недра, 1981. 248 с.

  2. Мирзаджанзаде А.Х., Кузнецов О.Л., Басниев К.С., Алиев З.С. Основы технологии добычи газа. М.: Недра, 2003. 880 с.

  3. Башкатов А.Д. Предупреждение пескования скважин. М.: Недра, 1981. 176 с.

  4. Врачев В.В., Шафаренко В.П., Шустров В.П. Пескопроявление при эксплуатации ПХГ // Газовая промышленность. 1999. № 11. С. 62.

  5. Басниев К.С., Будзуляк Б.В., Зиновьев В.В. Повышение надежности и безопасности эксплуатации подземных хранилищ газа. М.: ООО “Недра-Бизнесцентр”. 2005. 391 с.

  6. Zoback M.D. Reservoir Geomechanics. California: Cambridge University Press, 2007. 443 p. https://doi.org/10.1017/CBO9780511586477

  7. Zang A., Stephansson O. Stress Field of the Earth’s Crust. Dordrecht: Springer, 2010. 322 p.

  8. Ljunggren C., Chang Y., Janson T., Christiansson R. An overview of rock stress measurement methods // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2003. № 40. P. 975–989.

  9. Timoshenko S.P., Goodier J.N. Theory of Elasticity. N. Y.: McGraw-Hill Book Company Inc., 1953. 471 p.

  10. Vernik L., Zoback M.D. Strength anisotropy of crystalline rock: Implications for assessment of in situ stresses from wellbore breakouts / Rock Mechanics Contributions and Challenges: Proc. of the 31st US Symposium. Ed. by W.A. Hustrulid, G.A. Johnson. London: CRC Press, 1990. P. ARMA-90-0841. https://doi.org/10.1201/9781003078944

  11. Germanovich L.N., Galybin A.N., Dyskin A.V., Mokhel A.N., Dunayevsky V. Borehole stability in laminated rock / Prediction and Performance in Rock Mechanics and Rock Engineering. Ed. by G. Barla. Rotterdam and Brookfield: CRC Press/Balkema, 1996. V. 2. P. 767–776.

  12. Kaiser P.K. Guenot A., Morgenstern N.R. Deformation of small tunnels. IV. Behaviour during failure // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Geomech. Abstr. 1985. V. 22. P. 141–152.

  13. Babcock E.A. Measurement of subsurface fractures from dipmeter logs // AAPG Bull. 1978. V. 62 № 7. P. 1111–1126. https://doi.org/10.1306/C1EA4FBD-16C9-11D7-8645000102C1865D

  14. Bell J.S., Gough D.I. Northeast-southwest compressive stress in Alberta: evidence from oil wells // Earth Planet Sci Lett. 1979. V. 45. P. 475–482. https://doi.org/10.1016/0012-821X(79)90146-8

  15. Karev V.I., Kovalenko Y.F. Triaxial loading system as a tool for solving geotechnical problems of oil and gas production / True Triaxial Testing of Rocks. Leiden: CRC Press/Balkema, 2013. P. 301–310.

  16. Karev V.I., Kovalenko Y.F., Ustinov K.B. Geomechanics of Oil and Gas Wells. Advances in Oil and Gas Exploration and Production. Cham: Springer International Publishing, 2020. 166 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-26608-0

  17. Рыжов А.Е., Виценовский М.Ю., Сауткин Р.С. Оценка коллекторских свойств карбонатных пород Приразломного нефтяного месторождения // Геология нефти и газа. 2012. №. 4. С. 39–53.

  18. Климов Д.М., Тер-Саркисов Р.М, Чигай С.Е., Коваленко Ю.Ф., Рыжов А.Е. Определение прочностных характеристик пород Штокмановского ГКМ и оценка рисков выноса песка при его разработке // Газовая промышленность. 2010. № 11. С. 57–60.

  19. Donath F.A. Experimental study of shear failure in anisotropic rock // Bull. Geol. Soc. America. 1966. V. 72. P. 985–990.

  20. Jaeger J.C., Cook N.G.W. Fundamentals of Rock Mechanics. 2nd ed. N. Y.: Chapman and Hall, 1979. 260 p.

  21. Karev V.I., Klimov D.M., Kovalenko Y.F., Ustinov K.B. Fracture of sedimentary rocks under a complex triaxial stress state // Mech. Solids. 2016. V. 51. P. 522–526. https://doi.org/10.3103/S0025654416050022

  22. Singh M., Samadhiya N.K., Kumar A., Kumar V., Singh B. A nonlinear criterion for triaxial strength of inherently anisotropic rocks // Rock Mech. and Rock Eng. 2015. V. 48 (4). P. 1387–1405.

  23. Karev V.I., Kovalenko Yu.F., Ustinov K.B. Modeling deformation and failure of anisotropic rocks nearby a horizontal well // J. Min. Sci. 2017. V. 53. № 3. P. 425–433. https://doi.org/10.1134/S1062739117032319

  24. Karev V.I., Klimov D.M., Kovalenko Yu.F., Ustinov K.B. Fracture model of anisotropic rocks under complex loading // Phys. Mesomech. 2016. V. 19. № 6. P. 34–40. doi.org/https://doi.org/10.1134/S1029959918030050

  25. Hill R. A theory of the yielding and plastic flow of anisotropic metals // Proc. Roy. Soc. London A. 1948. V. 193. P. 281–297

  26. Caddel R.M., Raghava E.S., Atkins A.G. A yield criterion for anisotropic and pressure dependent solids such as oriented polymers // J. Mater. Sci. 1973. V. 8. P. 1641–1646.

  27. Lui C., Huang Y., Stout M.G. On the asymetric yield surface of plastically orthotropic materials: a phenomenological study // Acta Mater. 1997. V. 45. № 6. P. 2397–2406

  28. Lekhnitskii S.G. Theory of Elasticity of an Anisotropic Elastic Body. San Francisco: Holden-Day, 1963. 404 p.

  29. Suo Z. Singularities, interfaces and cracks in dissimilar anisotropic media // Proc. R. Soc. Lond. A, Math. Phys. Sci. 1990. V. 427 (1873). P. 331–358.

  30. Zhuravlev A.B., Ustinov K.B. On values characterizing the degree of elastic anisotropy of transversely isotropic rocks. Role of shear modulus // Mech. Solids. 2019. V. 54. № 6. P. 958–967. https://doi.org/10.3103/S0025654419060104

  31. Batugin S.A., Nirenburg R.K. Approximate relation between the elastic constants of anisotropic rocks and the anisotropy parameters // J. Mining Sci. 1972. V. 8 (1). P. 5–9.

  32. Gassmann F. Introduction to seismic travel time methods in anisotropic media // Pure Appl. Geoph. 1964. V. 58. P. 63–112. https://doi.org/10.1007/BF00879140

  33. Annin B.D. Transverse-Isotropic Elastic Model of Geomaterials // Sib. Zh. Industr. Mat. 2009. № 12 (3). P. 5–14.

  34. De Saint-Venant. Mémoire sur la distribution des élasticités autour de chaque point d’un solide ou d’un milieu de contexture quelconque, particulièrement lorsqu’il est amorphe sans être isotrope (Deuxième article) // J. Math. Pures Appl. 2e Sér. 1863. V. 8. P. 257–430.

  35. Mimouna A., Prioul R. Closed-form approximations to borehole stresses for weak transverse isotropic elastic media // Int. J. Rock Mech. Mining Sci. 2017. № 98. P. 203–216. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2017.06.002

  36. Christensen R.M. Mechanics of composite materials. N. Y.: Wiley-Interscience, 1979. 348 p.

  37. Vavakin A.S., Salganik R.L. Effective elastic characteristics of bodies with isolated cracks, cavities, and rigid non-homogeneities // Mech. Solids. 1978. V. 13. № 2. P. 87–97.

  38. Dyskin A.V., Germanovich L.N., Ustinov K.B. Asymptotic solution for long cracks emanated from a pore in compression // Int. J. Fract. 1993. V. 62. P. 307–324. https://doi.org/10.1007/BF00017238

  39. Ustinov K.B. Asymptotic solution for long cracks emanated from a hole in bi-axial loading // Int. J. Fract. 1994. V. 68. P. 73–77. https://doi.org/10.1007/BF00013075

  40. Jeffery G.B. Plane stress and plane strain in bipolar coordinates // Phil. Trans. Roy. Soc. Lond. Ser. A. 1921. V. 221. P. 265–293.

  41. Chin-Bing Ling. On the stresses in a plate containing two circular holes // J. Appl. Phys. 1948. V. 19. № 1. P. 77–82.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Механика твердого тела

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал