Моделирование развития трещин в горных породах при ударе клиновидным инструментом, при взрыве скважинных и шпуровых зарядов и при гидроразрыве в пространственном случае

Номер гранта:14-05-00156
Область научного знания:науки о земле
Тип конкурса: («а» (до 2016))(«а») инициативные научные проекты
Год выполнения:2014г.
Руководитель: Шер Е.Н.
Статус заявки:поддержана

Аннотация к заявке:

Исследование процесса разрушения горных пород является актуальной проблемой геомеханики, так как с этим связаны многие технологии в горном деле. Это и взрывные работы по добыче полезных ископаемых и разрушение пород инструментами ударных машин при скалывании и бурении. Хрупкое разрушение горных пород наблюдается при их гидроразрыве. Во многих таких случаях основные параметры разрушения определяются процессами развития трещин. К настоящему времени разработан ряд расчетных моделей плоского и криволинейного развития трещин в двухмерной постановке применительно к разрушению горных пород от взрыва, удара и гидроразрыва. В настоящем проекте предполагается рассмотреть в трехмерной постановке моделирование развития систем радиальных трещин, возникающих в горной породе при взрыве скважинного или шпурового заряда с учетом его длины и наличия свободной поверхности. Это позволит определить форму трещин и их размеры, оценить торцевое действие удлиненных зарядов и определить форму воронки разрушения породы со стороны свободной поверхности. Кроме этого будет проведено физическое и численное моделирование развития плоской трехмерной трещины, возникающей в горной породе при ударе клиновидным инструментом по поверхности породного массива с учетом длины режущей кромки клина, энергии удара и прочностных свойств породы. Также будут исследованы особенности развития криволинейной трещины гидроразрыва, создаваемой вблизи имеющихся с учетом вязкости рабочей жидкости разрыва. Технологическая схема множественного гидроразрыва используется при добыче сланцевого газа.

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

1. Для моделирования развития системы радиальных трещин, образующейся при взрыве удлиненных зарядов ВВ в хрупких горных породах, разработаны программы расчета развития равномерно распределенных по углу плоских радиальных трещин. Рассмотрены случаи камуфлетного и приповерхностного взрывания удлиненных зарядов заданной длины. Проведены расчеты формы и размеров радиальных трещин при изменении длины заряда, его радиуса. Получена оценка торцевого разрушающего действия удлиненного заряда. Проведено сравнение разрушающего действия взрыва заглубленного удлиненного заряда и приповерхностного. Проведены расчеты развития радиальных трещин при камуфлетном взрыве двух зарядов, расположенных в одной скважине на расстоянии друг от друга. Исследовано влияние свободной поверхности на форму и размеры радиальных трещин при взрыве скважинного заряда с малым заглублением. Определены в рассмотренных случаях параметры расположения зарядов, при которых размеры зоны разрушения максимальны. 2. Проведены экспериментальные исследования развития трещин при внедрении клиновидного инструмента в хрупкие среды. Регистрировалось развитие трещин в образцах из оргстекла при внедрении в них клиновидного инструмента перпендикулярно свободной поверхности. Разработана в трехмерной постановке теории упругости расчетная модель развития трещины в хрупком твердом теле при статическом внедрении перпендикулярно поверхности клиновидного инструмента с учетом ширины режущей кромки клина. Расчеты показали, что возникающая при внедрении клина трещина имеет в плане форму полуовала, описанного вокруг узкой щели, образованной внедренной частью клина. Отношение полуосей овала зависит от величины внедрения клина и ширины его режущей части. Установлено хорошее согласие расчетных и экспериментальных форм трещин, возникающих при внедрении клина в полупространство. Проведены расчеты развития плоской трещины, образующейся в горной породе при внедрении двух близко расположенных клиновидных инструментов. Определены значения расстояния между клиньями, при котором размеры площади образующейся трещины максимальны. 3. Разработана в плоской постановке теории упругости программа расчета криволинейного развития трещины гидроразрыва, образуемой рядом с имеющейся, созданной ранее и заполненной проппантом. При расчетах учитывается вязкость жидкости гидроразрыва, нагнетаемой в трещину и ее утечки в продуктивном пласте. Показано, что увеличение вязкости рабочей жидкости приводит к уменьшению искривления второй трещины и к существенному увеличению ее раскрытия рядом со скважиной. С использованием разработанных программ на примере развития серии из 6-ти близко расположенных трещин гидроразрыва, образуемых перпендикулярно скважине, показано, что, варьируя значения вязкости и расхода, можно приблизиться к оптимальным параметрам трещин гидроразрыва – приемлемому отклонению их от прямолинейного распространения и требуемому раскрытию. В осесимметричной постановке теории упругости проведено численное моделирование развития пяти последовательно создаваемых трещин множественного гидроразрыва. В качестве рабочей жидкости рассматривался пластический флюид. Показано, что использование пластического рабочего флюида также как и вязкого уменьшает отклонения трещин от прямолинейного развития и существенно увеличивает раскрытие их берегов, что способствует лучшему дренированию пласта и свободной транспортировке проппанта. Разработанные программы могут быть использованы при проектировании множественных гидроразрывов.
Аннотации к заявке и отчету приведены в авторской редакции. по состоянию на 27.05.2019.

Библиография

Приведена в авторской редакции.
Помог ли вам материал?
1    0