Зиновьев А.А.  

Исследование влияния геометрических параметров оборудования на форму и размеры трещины гидроразрыва

Напряженное состояние массива горных пород измеряется для двух главных целей: для лучшего понимания тектонических процессов и для предсказания реакции массива на техногенные изменения напряженных условий.
Поле напряжений в породном массиве можно измерить различными способами. Наибольшее распространение получил метод определения напряжений по данным гид-равлического разрыва пласта.
В классической теории измерительного гидроразрыва стенка скважины в измери-тельном интервале, изолированном специальными пакерами, подвергается радиально симметричному нагружению вплоть до образования в породе трещины. Действующие в массиве напряжения оцениваются по характеру зависимости давления нагружения сте-нок скважины от времени. Давления необходимые для образования, развития, поддержа-ния и повторного открытия трещины замеряются.
Для измерения напряжений методом гидроразрыва используется двухпакерная установка. Различные организации используют зонды различных конфигураций, так как влияние параметров оборудования на точность оценок напряжений до конца не изучено.
Анализ научной литературы связанной с измерительным гидроразрывом показал, что в ходе экспериментов очень часто наблюдается негативный эффект. Трещина в про-цессе своего развития «обходит» пакер и может выйти на поверхность измерительной скважины, что приводит к невозможности получения достоверных оценок напряжений.
Для определения оптимальной конфигурации оборудования была написана про-грамма, численно моделирующая развитие трещины при различных условиях.
В первом приближении цилиндрическую скважину с зондом внутри можно заме-нить пятью плоскими трещинами, расположенными друг над другом.
Формально трещина – это поверхность разрыва вектора смещений. Если он постоя-нен на всех поверхности, то получающаяся конфигурация называется дислокацией, а скачок смещений – вектором Бюргерса. Рассматривая переменное раскрытие трещины как кусочно-постоянное в малых областях, можно считать, что она образованна наложе-нием большого числа дислокаций, локализованных в малых ячейках, естественно возни-кающих при разбиении трещины на прямоугольные элементы. Упругое поле каждой дислокационной петли пропорционально скачку смещений и описывается интегралами Пича – Келера вдоль линии дислокации, ограничивающей элемент площадки трещины.
Если подобрать для каждой ячейки такой вектор Бюргерса, чтобы суммарное дей-ствие всех дислокаций давало вектор напряжений, предписываемый граничным услови-ем на трещине, то задача нахождения ее раскрытия будет решена. Решение Пича – Келе-ра о дислокации позволяет получить систему линейных уравнений для приближенного нахождения раскрытия трещины.
Получив раскрытие трещины, поле напряжений можно рассчитать в любой точке, суммируя воздействия от всех дислокаций.
Данный метод был реализован для расчета формы трещины программой при различных условиях.