Оценка прочностных и упругих свойств горных пород дагинского горизонта шельфа Сахалина

При освоении месторождений Сахалинского шельфа актуальной задачей является оценка деформационно-прочностных и упругих свойств горных пород, величины которых необходимо  знать как при строительстве скважин, так и при разработ ке месторождений УВ. Объектом  исследований при определении упругих параметров  и прочности на сжатие и растяжение были сухие цилиндрические образцы песчаника   с пористостью от 10% до 26,5%, изготовленные из керна дагинского горизонта пермского возраста, отобранного из скважин, пробуренных на восточном шельфе Сахалина. Определения пределов прочности на сжатие и растяжение, модуля Юнга (упругости), коэффициента Пуассона и паспортов прочности образцов горных пород проводились в соответствии с ГОСТами. Выявлена прямaя линейная зависимость предела прочности на сжатие от пористости образцов, которую можно рекомендовать для оценки величины прочности в зависимости от пористости образцов. Зависимость предела прочности на сжатие от скорости продольной волны также оказалась информативной и позволила получить оценку величины прочности в зависимости от скорости продольной волны. В то же время сопоставление предела прочности на растяжение и пористости исследованных образцов не позволило получить приемлемой зависимости между этими параметрами. По результатам стандартных испытаний получены оценки средних величин прочностных и упругих свойств сухих образцов песчаника дагинского горизонта в атмосферных условиях: прочность на сжатие 27,2 МПа; прочность на растяжение 5,77 МПа; модуль Юнга (статический/динамический) 6,13/6,37 ГПа; коэффициент Пуассона (статический/ динамический) 0,225/0,237; сцепление (когезия) 7,00 МПа; угол разрушения (внутреннего трения) 36,3 °. Построены несколько диаграмм с кругами Мора: по минимальным и максимальным величинам и по средним значениям пределов прочности на сжатие и растяжение. Огибающие кругов Мора позволили оценить значения нормальных и касательных напряжений при переходе от упругого к пластичному деформированию и рассчитать сцепление и угол разрушения. Для диапазона эффективных сжимающих напряжений 40—50 МПа, близких к действующим в пластовых условиях, показано, что угол внутреннего трения равен 6,8 °, а сцепление 17,77 МПа.

Жуков В. С. Оценка прочностных и упругих свойств горных пород дагинского горизонта шельфа Сахалина // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2020. – № 4. – С. 44–57. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-4-0-44-57.

Жуков Виталий Семенович — д-р техн. наук, старший научный сотрудник, главный научный сотрудник, ООО «Газпром ВНИИГАЗ», e-mail: VZhukov@vniigaz.gazprom.ru.

1. Жуков В. C., Кузьмин Ю. О. Физическое моделирование современных геодинамических процессов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2003. — № 5. — С. 71—77.

2. Жуков В. С. Оценка прочностных и упругих свойств горных пород дагинского горизонта шельфа Сахалина / Освоение ресурсов нефти и газа российского шельфа: Арктика и Дальний Восток (ROOGD-2018): тезисы докладов VII Международной научнотехнической конференции 27–28 ноября 2018 г. — М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2018. — С. 29.

3. Zoback M. D. Reservoir geomechanics. Cambridge university press. 2007. 505 p.

4. Schön J. H. Physical properties of rock, Handbook of Petroleum Exploration and Production, Elsevier, USA, 2015. 494р.

5. Chang C., Zoback M. D., Khaksar A. Empirical relations between rock strength and physical properties in sedimentary rocks // Journal of Petroleum Science and Engineering, 2006, Vol. 51, No 3, pp. 223–237.

6. Sone H., Zoback M. D. Mechanical properties of shale-gas reservoir rocks—Part 1: Static and dynamic elastic properties and anisotropy // Geophysics, 2013, Vol. 78, No 5, рр. 381–392.

7. Hoek E., Martin C. D. Fracture initiation and propagation in intact rock — a review // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2014, Vol. 6, No 4, рр. 278—300.

8. Jamshidi A., Zamanian H., Sahamien R. Z. The effect of density and porosity on the correlation betmeen uniaxial compressive strength and p-wave velocity // Rock Mechanics and Rock Engineering, 2018, Vol. 51, pp. 1279–1286.

9. Kaiser P. K., Kim B. H. Characterization of strength of intact brittle rock considering confinement-dependent failure processes // Rock Mechanics and Rock Engineering, 2015, Vol. 48, pp. 107—119.

10. Motra H. B., Zertani S. Influence of loading and heating processes on elastic and geomechanical properties of eclogites and granulites // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2018, Vol. 10, No 1, рр. 127—137. DOI: 10.1016/j.jrmge.2017.11.001.

11. Туранк К., Фурментро Д., Денни А. Распространение волн и границы раздела в породах / Механика горных пород применительно к проблемам разведки и добычи нефти. Сборник научных статей. Перевод с англ. и фр. под ред. В. Мори и Д. Фурментро. — М.: Мир, 1994. — С. 176—184.

12. Жуков В. С. Оценка трещиноватости коллекторов по скорости распространения упругих волн / Проблемы ресурсного обеспечения газодобывающих районов России до 2030 г. Сборник научных статей. — М.: ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 2012. — С. 148—152.

13. Жуков В. С. Патент РФ № 2516392, 13.09.2012. Способ определения трещинной пористости пород. 2014. Бюл. № 14.

14. Жуков В. С., Моторыгин В. В. Патент РФ № 2646956, 31.05.2017. Способ определения трещинной пористости горных пород. 2018. Бюл. № 8.

15. Жуков В. С., Моторыгин В. В. Влияние межзерновой пористости и трещинной пустотности горных пород на скорость продольной волны // Научно-технический сборник Вести газовой науки. — 2018. — № 3 (35). — С. 249—255.

16. Цой П. А., Усольцева О. Н. Применение кругов Мора для связи и модельной оценки прочностных данных разноразмерных образцов горных пород // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2019. — № 2. — С. 23—29.

17. Хажыылай Ч. В., Еременко В. А., Косырева М. А., Янбеков А. М. Расчет паспорта прочности горных пород, находящихся в естественных условиях массива, с использованием Критерия Хука-Брауна и программы ROCDATA // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 12. — С. 92—101. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-120-92-101.

18. Коршунов В. А., Карташов Ю. М., Козлов В. А. Определение показателей паспорта прочности горных пород методом разрушения образцов сферическими инденторами // Записки Горного института. — 2010. — Т. 185. — С. 41—45.

19. Латышев О. Г., Корнилков М. В. Направленное изменение фрактальных характеристик, свойств и состояния пород поверхностно-активными веществами в процессах горного производства: научная монография. — Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2016. — 407 с.

20. Карташов Ю. М., Матвеев Б. В., Михеев Г. В. и др. Прочность и деформируемость горных пород. — М.: Недра, 1979. — 269 с.