Majoritatea rocilor (în absența presiunii hidrostatice) atât în stare de stres uniaxială și complex, cu încărcarea și descărcarea rapidă într-o gamă largă de tensiuni se supun legii lui Hooke - legea relativă de cuplare lineară la tulpinile corpului și tensiunile (Figura 1).
Pe măsură ce crește tensiunea la compresiune, deformarea eșantionului crește (vezi figura 1). La o tensiune corespunzătoare rezistenței la compresiune a probei, sSZH. există distrugerea sa (adică, nu are nici un rost să vorbim despre deformarea eșantionului, deoarece nu există nici un eșantion).
Natura dependenței determină durata acțiunii sarcinii pe proba - pentru o încărcare lentă, deformarea e a aproape tuturor rocilor se abate de la conexiunea liniară cu s (figura 1, curba t = ¥).
Se poate observa din figura 1, la o presiune s £ sS, deformarea reziduală nu este observată nici pentru încărcarea instantanee (t = 0), nici pentru încărcarea și descărcarea cu o expunere lungă (t = ¥).
În majoritatea rocilor, deformările ireversibile plastice la încărcare lentă (t = ¥) la tensiuni sS de 10-15% din efortul distructiv (sPAS t = ¥).
Proprietățile de plastic ale rocilor depind de natura temporară a încărcăturii:
1. Cu încărcarea și descărcarea ciclică repetate, deformările plastice scad treptat în fiecare ciclu.
Sub influența unei sarcini prelungite, anumite pietre pre-emit proprietăți reologice speciale, de exemplu, proprietățile de fluaj (fluaj).
Creepul (creep) de roci se produce sub acțiunea unei sarcini lungi și se caracterizează printr-o creștere treptată a tensiunii la stres constant.
Fenomenul fluajului este caracteristic argilelor, argilitelor, șisturilor argiloase, sare de potasiu. Creepul diferă de deformarea plastică prin faptul că apare atunci când solicitările nu durează mai mult decât limita elastică a stâncii (adică s
Aproape toate pietrele în condiții diferite de încărcare se comportă diferit (cum ar fi corpurile fragile sau din plastic):
1. când se întind, se îndoaie și se comprimă uniaxial - ca corpuri fragile (nu se manifestă aproape deloc proprietățile plastice - distrugerea rocilor are loc fără deformarea plastică a acestora);
2. Cu compresie totală, multe roci fragile, cu deformări simple, dobândesc proprietăți de plastic (mai des însă, pietrele sunt limitate din material plastic).
Se constată o discrepanță între proprietățile de deformare ale rocilor determinate în testele de laborator și deformările efective ale rocilor în condiții naturale.
De exemplu, testele de laborator ale mostrelor de gresie, șisturi și alte roci au arătat absența unei tranziții la o presiune de compresie a plasticului, care să corespundă adâncimilor de până la 3000 m.
Dar practica rocilor arată că, la adâncimi mai mici, apar deformări ale rocilor, similare cu rocile din plastic.
Acest lucru se datorează faptului că deformările plastice pot avea un mecanism diferit:
1. Datorită mișcărilor intergranulare. În roci, cum ar fi gresie, calcar și altele. Compusa de granule cimentate sau cristale mici Intergrown granule separate sunt deplasate una față de cealaltă și se rotesc și roci devin proprietăți plastice limitate (deformare pseudo plastic).
2. Datorită mișcărilor de translație ale atomilor din interiorul cristalelor de-a lungul planului de alunecare sub acțiunea încărcăturii (sare de rocă, roci etc.).
3. Datorită fenomenului de recristalizare a rocilor.
Structurile netede ale majorității rocilor de petrol, compuse din minerale elastice puternice, sunt asociate cu deformarea lor pseudoplastică, la o adâncime relativ redusă a așternutului, presiunea rocilor nu este suficientă pentru a transfera rocile într-o stare plastică.
Stările pseudoplastice de gresie, calcar, dolomiți și alte roci apar adesea ca urmare a manifestării numeroaselor microfracturi și micro-deplasări ale părților individuale ale stâncii de-a lungul lor.
În ciuda lipsei de cunoaștere a mecanismului plasticității, pseudoplasticității și fluctuațiilor de roci, sa constatat că aceste fenomene apar chiar și la adâncimi relativ superficiale.
De exemplu, este cunoscut faptul că afectarea câmpului de stres naturale în jurul minelor și puțuri de petrol în mare parte, cu timpul este redus - presiunea asupra generării și carcasele suporturi pentru o lungă perioadă de timp după foraj este în creștere (datorită existenței ductilitate fluaj și unele rase). Aceasta indică necesitatea și importanța studierii proprietăților de deformare plastică și a altor forme de deformare ale rocilor.
Se stabilește că pentru proprietățile mecanice ale rocilor sunt caracteristice următoarele caracteristici:
1. Anizotropia (de exemplu, modulul de elasticitate sub compresiune uniaxală a eșantionului de-a lungul patului și perpendicular pe acesta nu este același);
2. Dependența proprietăților presiunii. De exemplu, modulul Young pentru gresiile cu porozitate de 24-26%, cu compresie totală poate crește cu 140%;
3. Modulul de elasticitate observate atunci când un singur modul de încărcare de elasticitate observată prin eliminarea deformațiilor ireversibile de încărcare și descărcare și depozitare modulul repetate (evaluată în funcție de viteza de propagare a undei elastice) nu sunt în general identice. Modul de elasticitate mai mare modulul Young de 1,2 - 1,5 ori, iar modulul de elasticitate dinamic - 2 mai - 2,2 ori;
4. Există o diferență semnificativă în puterea aceleiași roci sub compresiune uniaxală - sSZH. îndoire este SIG. și tensiune uniaxală - sPAC (pentru rocile solide sSZH> sIL> ssPAC).
Valorile modulului lui Young și raportul Poisson de diferite tipuri de roci sunt date în tabel. 1 și 2.
Proprietățile mecanice ale rocilor din bazinul Donetsk, determinate în timpul testelor de compresie.
Modulul lui Young este E * 10-4. MPa
Gresie de cuarț granulată
Schimbări elastice în proprietățile rezervorului în timpul dezvoltării și exploatării câmpurilor de petrol și gaze.
Colectorii dezvoltate depozite se află sub influența a două tipuri de presiune - presiune de rocă (de presiune pe scheletul fazei solide datorită greutății rocii suprapusă) și presiunea rezervorului (presiunea fluidului în porii rocii). Importanța câmpurilor de operații au deformare rocă care apar la schimbarea presiunii rezervorului, ceea ce poate diminua selectarea fluidului și de recuperare menținând în același timp metode sintetice de presiune.
Pentru a elucida mecanismul efectelor presiunii formării asupra stării de stres a elementului rocă selectați rocă (1), închis într-o membrană elastică impermeabilă. După cum se vede în figura 1, înainte p presiunea în rezervor operație îndreptată împotriva s presiunea rocilor și, prin urmare, ajută la reducerea sarcina transmisă la matricea de rocă din greutatea suprapusă rocilor (când stratul impermeabil acoperiș), adică În acest caz, presiunea efectivă sEFF acționează asupra scheletului de rocă:
La extragerea uleiului din rezervor, presiunea rezervorului p intră în el, iar presiunea asupra scheletului sEFP crește.
Sa constatat că scăderea presiunii rezervorului reduce volumul spațiului porilor din următoarele motive:
1. Expansiunea elastică a boabelor (spre pori), datorită scăderii p;
2. o creștere a forțelor de compresiune ale sEFF. transmisă printr-un schelet solid (de asemenea, deplasarea particulelor spre pori);
3.
Unele dintre aceste procese sunt reversibile (expansiunea elastică a boabelor de rocă), unele sunt ireversibile (rearanjarea și fragmentarea boabelor de rocă). Ca urmare a proceselor ireversibile, porozitatea rocii nu este complet restaurată atunci când presiunea inițială a rezervorului este restabilită.
Volumul de rocă V este egal cu suma volumelor fazei solide VT și a porilor - VP:
prin urmare, atunci când tensiunea normală (a presiunii de exploatare) și presiunea rezervorului P se schimbă, toate cele trei volume V, Vp se schimbă. VT. În consecință, deformarea volumului de roci sub compresie completă este descrisă de trei coeficienți de compresibilitate, care sunt determinați de următoarele relații (b, bP, bT sunt coeficienții de compresibilitate ai pietrei, porilor și fazei solide):
Deformarea volumului rezervoarelor în condiții reale cu compresie completă depinde simultan de diferența (s-p) și de presiunea în porii p. Stresul efectiv (s-p) determină deformarea scheletului exterior al rocii, iar schimbarea presiunii în formarea p este deformarea fazei solide.
Între b, bP. bT există o legătură:
unde m este porozitatea rezervorului.
VN Shchelkachev a arătat că în exploatarea câmpurilor de petrol, gaze și orizonturi voniferous, coeficientul de elasticitate în vrac bC are o importanță deosebită:
Coeficienții compresibilității porilor bP depind de sEFF (tabelul 2)
Coeficienții compresibilității porilor (bP) ai rocilor sedimentare.