Подать статью
Стать рецензентом
Том 269
Страницы:
848-858
Скачать том:
RUS ENG
Научная статья
Геотехнология и инженерная геология

Критерии акустической эмиссии для анализа процесса разрушения горных пород и оценки формирования трещинных коллекторов на больших глубинах

Авторы:
В. Л. Трушко1
А. О. Розанов2
М. М. Саитгалеев3
Д. Н. Петров4
М. Д. Ильинов5
Д. А. Карманский6
А. А. Селихов7
Об авторах
  • 1 — д-р техн. наук директор Института специальных научных проектов Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
  • 2 — старший научный сотрудник Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
  • 3 — аспирант Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
  • 4 — канд. техн. наук доцент Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
  • 5 — канд. техн. наук заведующий лабораторией Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
  • 6 — ведущий инженер Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
  • 7 — аспирант Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
Дата отправки:
2024-09-09
Дата принятия:
2024-11-12
Дата публикации:
2024-11-12

Аннотация

С целью изучения механизма разрушения горных пород различного генезиса и формирования трещинных коллекторов на больших глубинах проведены лабораторные исследования образцов горных пород при нагружении в условиях всестороннего давления с регистрацией акустической эмиссии (АЭ) и параметров процесса изменения прочностно-деформационных свойств образцов. Исследованы пространственные распределения гипоцентров событий АЭ для каждого образца. По характеру распределений геометрия разрушения описана, затем визуально сопоставлена с положением сформированных макротрещин в образцах в результате испытаний. Рассчитаны временные тренды амплитудного распределения b , задаваемого законом Гуттенберга – Рихтера, которые сравнивались с кривыми нагружения и трендами рассчитанной активности АЭ. На основании анализа процесса АЭ для трех типов пород – магматических (уртиты), метаморфических (апатит-нефелиновые руды) и осадочных (известняки) – проведена параметризация акустической эмиссии для определения особенностей деформационного процесса и связанной с ним дилатансией. В результате выявлены три вида разрушений образцов, установлены их геометрия и изменения прочностных и сейсмических критериев.

Ключевые слова:
акустическая эмиссия физико-механические свойства b-фактор критерии разрушения дилатансия распределение гипоцентров
Перейти к тому 269

Литература

  1. Lockner D.A., Byerlee J.D., Kuksenko V. et al. Chapter 1. Observations of Quasistatic Fault Growth from Acoustic Emissions / Fault Mechanics and Transport Properties of Rocks. Academic Press, 1992. P. 3-31. DOI: 10.1016/S0074-6142(08)62813-2
  2. Lockner D.A., Byerlee J.D., Kuksenko V. et al. Quasi-static fault growth and shear fracture energy in granite // Nature. 1991. Vol. 350. № 6313. P. 39-42. DOI: 10.1038/350039a0
  3. Kuksenko V., Tomilin N., Damaskinskaya E., Lockner D. A two-stage model of fracture of rocks // Pure and Applied Geophysics. 1996. Vol. 146. № 2. P. 253-263. DOI: 10.1007/BF00876492
  4. Prischepa O.M., Kireev S.B., Nefedov Yu.V. et al. Theoretical and methodological approaches to identifying deep accumulations of oil and gas in oil and gas basins of the Russian Federation // Frontiers in Earth Science. 2023. Vol. 11. № 1192051. DOI: 10.3389/feart.2023.1192051
  5. Egorov A.S., Prischepa O.M., Nefedov Y.V. et al. Deep Structure, Tectonics and Petroleum Potential of the Western Sector of the Russian Arctic // Journal of Marine Science and Engineering. 2021. Vol. 9. Iss. 3. № 258. DOI: 10.3390/jmse9030258
  6. Ильинов М.Д., Петров Д.Н., Карманский Д.А., Селихов А.А. Аспекты физического моделирования процессов структурных изменений образцов горных пород при термобарических условиях больших глубин // Горные науки и технологии. 2023. Т. 8. № 4. С. 290-302. DOI: 10.17073/2500-0632-2023-09-150
  7. Коршунов В.А., Павлович А.А., Бажуков А.А. Оценка сдвиговой прочности горных пород по трещинам на основе результатов испытаний образцов сферическими инденторами // Записки Горного института. 2023. Т. 262. С. 606-618. DOI: 10.31897/PMI.2023.16
  8. Verbilo P., Karasev M., Belyakov N., Iovlev G. Experimental and numerical research of the jointed rock mass anisotropy in three-dimensional stress field // The Mining-Geology-Petroleum Engineering Bulletin. 2022. Vol. 37. № 2. P. 109-122.DOI: 10.17794/rgn.2022.2.10
  9. Xiao-Ping Zhang, Louis Ngai Yuen Wong. Cracking Processes in Rock-Like Material Containing a Single Flaw Under Uniaxial Compression: A Numerical Study Based on Parallel Bonded-Particle Model Approach // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2012. Vol. 45. Iss. 5. P. 711-737. DOI: 10.1007/s00603-011-0176-z
  10. Xiao-Ping Zhang, Louis Ngai Yuen Wong. Crack Initiation, Propagation and Coalescence in Rock-Like Material Containing Two Flaws: a Numerical Study Based on Bonded-Particle Model Approach // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2013. Vol. 46. Iss. 5. P. 1001-1021. DOI: 10.1007/s00603-011-0176-z
  11. Ильинов М.Д., Карташов Ю.М., Карманский А.Т., Козлов В.А. Влияние нарушенности горных пород на их реологические свойства // Записки Горного института. 2010. Т. 185. С. 31-36.
  12. Ильинов М.Д., Карташов Ю.М. Ускоренный метод определения реологических свойств горных пород // Записки Горного института. 2011. Т. 190. С. 207-209.
  13. Davis R.O., Selvadurai A.P.S. Plasticity and Geomechanics. Cambridge University Press, 2002. 300 p. DOI: 10.1017/CBO9780511614958
  14. Куксенко В.С., Махмудов Х.В., Мансуров В.А. и др. Структурные изменения при деформации природных гетерогенных материалов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2009. № 4. С. 55-59.
  15. Трушко В.Л., Протосеня А.Г. Перспективы развития геомеханики в условиях нового технологического уклада // Записки Горного института. 2019. Т. 236. С. 162-166. DOI: 10.31897/PMI.2019.2.162
  16. Грищенко А.И., Семенов А.С., Мельников Б.Е. Моделирование процессов деформирования и разрушения керна при его извлечении с больших глубин // Записки Горного института. 2021. Т. 248. С. 243-252. DOI: 10.31897/PMI.2021.2.8
  17. Рассказов И.Ю., Цирель С.В., Розанов А.О. и др. Использование данных сейсмоакустических наблюдений для определения характера развития очага разрушения породного массива // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2017. № 2. С. 29-37.
  18. Jie Li, Mingyang Wang, Kaiwen Xia et al. Time-dependent dilatancy for brittle rocks // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2017. Vol. 9. Iss. 6. P. 1054-1070. DOI: 10.1016/j.jrmge.2017.08.002
  19. LianYing Zhang, XianBiao Mao, AiHong Lu. Experimental study on the mechanical properties of rocks at high temperature // Science in China Series E: Technological Sciences. 2009. Vol. 52. Iss. 3. P. 641-646. DOI: 10.1007/s11431-009-0063-y
  20. Reches Z., Lockner D.A. Nucleation and growth of faults in brittle rocks // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 1994. Vol. 99. Iss. B9. P. 18159-18173. DOI: 10.1029/94JB00115
  21. Zang A., Wagner C., Stanchits S. et al. Fracture process zone in granite // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2000. Vol. 105. Iss. B10. P. 23651-23661. DOI: 10.1029/2000JB900239
  22. Zang A., Wagner C.F., Dresen G. Acoustic emission, microstructure, and damage model of dry and wet sandstone stressed to failure // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 1996. Vol. 101. Iss. B8. P. 17507-17521. DOI: 10.1029/96jb01189
  23. Baud P., Klein E., Wong T.-f. Compaction localization in porous sandstones: spatial evolution of damage and acoustic emission activity // Journal of Structural Geology. 2004. Vol. 26. Iss. 4. P. 603-624. DOI: 10.1016/j.jsg.2003.09.002
  24. S.-H. Chang, C.-I. Lee. Estimation of cracking and damage mechanisms in rock under triaxial compression by moment tensor analysis of acoustic emission // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2004. Vol. 41. Iss. 7. P. 1069-1086. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2004.04.006
  25. Карманский А.Т. Коллекторские свойства горных пород при изменении вида напряженного состояния // Записки Горного института. 2009. Т. 183. С. 289-292.
  26. Pollard D.D., Segall P. 8 – Theoretical displacements and stresses near fractures in rock: with applications to faults, joints, veins, dikes, and solution surfaces / Fracture Mechanics of Rock. Academic Press, 1987. P. 277-349. DOI: 10.1016/B978-0-12-066266-1.50013-2
  27. Hofmann H., Babadagli T., Jeoung Seok Yoon et al. A grain based modeling study of mineralogical factors affecting strength, elastic behavior and micro fracture development during compression tests in granites // Engineering Fracture Mechanics. 2015. Vol. 147. P. 261-275. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2015.09.008
  28. Пожиленко В.И., Гавриленко Б.В., Жиров Д.В., Жабин С.В. Геология рудных районов Мурманской области. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2002. 359 с.
  29. Scholz C.H. The frequency-magnitude relation of microfracturing in rock and its relation to earthquakes // Bulletin of the Seismological Society of America. 1968. Vol. 58. № 1. P. 399-415. DOI: 10.1785/BSSA0580010399
  30. Wyss M. Towards a Physical Understanding of the Earthquake Frequency Distribution // Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society. 1973. Vol. 31. Iss. 4. P. 341-359. DOI: 10.1111/j.1365-246X.1973.tb06506.x
  31. Zuhair Hasan El-Isa. Frequency-Magnitude Distribution of Earthquakes / Earthquakes – Forecast, Prognosis and Earthquake Resistant Construction. IntechOpen, 2018. P. 87-107. DOI: 10.5772/intechopen.77294
  32. Zang A., Stanchits S., Dresen G. Acoustic Emission Controlled Triaxial Rock Fracture and Friction Tests / Proceedings of the International Conference on Structural Integrity and Fracture, 25-27 September 2002, Perth, Australia. A.A. Balkema Publishers, 2002. P. 289-296.
  33. Malén K., Bolín L. A Theoretical Estimate of Acoustic-Emission Stress Amplitudes // Physica Status Solidi (B). 1974. Vol. 61. № 2. P. 637-645. DOI: 10.1515/9783112502020-030
  34. Scholz C.H. Microfracturing and the inelastic deformation of rock in compression // Journal of Geophysical Research. 1968. Vol. 73. Iss. 4. P. 1417-1432. DOI: 10.1029/JB073i004p01417
  35. Griffith A.A. The Phenomena of Rupture and Flow in Solids // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical or Physical Character. 1921. Vol. 221. Iss. 582-593. P. 163-198. DOI: 10.1098/rsta.1921.0006
Статистика
Просмотр аннотаций
27
Просмотр полного текста
12
Процитировано
Scopus:
0
Crossref:
0
Меню статьи

Похожие статьи

Особенности кинетики термического преобразования органического вещества баженовской и доманиковой толщ на основе результатов пиролитической хроматографии
2024 С. В. Можегова, Р. С. Герасимов, И. Л. Пайзанская, А. А. Алферова, Е. М. Кравченко
Термодинамическое моделирование как основа прогноза фазовых состояний углеводородных флюидов на больших и сверхбольших глубинах
2024 О. М. Прищепа, Д. С. Луцкий, С. Б. Киреев, Н. В. Синица
Черные сланцы – нетрадиционный источник благородных металлов и рения
2024 Е. Г. Панова, С. Ю. Енгалычев, Я. Ю. Фадин, Г. А. Олейникова, И. Ю. Тихомирова
Элементы платиновой группы как геохимические индикаторы при изучении полигенеза нефти
2024 И. В. Таловина, Р. К. Илалова, И. А. Бабенко
Исследование и обоснование комбинации процессов обогащения для получения чешуйчатого графита из техногенных углеродсодержащих пылей
2024 Н. Н. Орехова, Н. В. Фадеева, Е. Н. Мусаткина
Об особенностях состава и свойств древних нефтегазоматеринских отложений
2024 М. А. Большакова, К. А. Ситар, Д. Д. Кожанов