ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ГИДРОРАЗРЫВА Х-ОБРАЗНОЙ СИСТЕМЫ СКВАЖИН В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ
DOI:
https://doi.org/10.25635/2313-1586.2023.02.047Ключевые слова:
Гидроразрыв, лабораторный эксперимент, стенд, физическое моделирование, трещина, напряженное состояние, компьютерная томографияАннотация
Представлены результаты лабораторных исследований закономерностей развития трещины гидроразрыва, создаваемой в двух пересекающихся скважинах в неоднородном поле напряжений. Эксперимент проводился в искусственных кубических блоках из пескобетона, а также его смеси с 2-миллиметровой фракцией угля. Скважины проходились безударным способом, одна из них была вертикальной. Для подачи рабочей жидкости в образовавшийся Х-образный интервал нагружения использовалось специальное устройство с пакерами нажимного типа из полиуретана.
Внутренняя структура блоков и траектории сформированных трещин изучались методом компьютерной томографии, основанном на ослаблении рентгеновского излучения различными по плотности породами и включениями. После выполнения разрывов оценивали величину раскрытия трещин в различных материалах, а также особенности их распространения в зависимости от геометрических параметров задачи и сжимающего поля напряжений.
Установлено, что в однородном поле напряжений скважины с высокой вероятностью объединятся единым продольным разрывом, расположенным в плоскости, пересекающей оси скважин вне зависимости от угла между ними.
В случае действия максимального напряжения, направленного перпендикулярно этой плоскости, в более крепких блоках трещина образуется на стенке одной из скважин по направлению действия данного напряжения. В блоках с добавлением угольной фракции также происходит соединение скважин разрывом, однако с увеличением расстояния между скважинами трещина переориентируется в направлении действия максимального напряжения.
Библиографические ссылки
Beltyukov N.L., 2021. Studying the Kaiser effect during modeling of rock loading conditions using the NX-borehole jack. Journal of Physics: Conference Series, Vol. 1945, 012023.
Курленя М.В., Сердюков С.В., Патутин А.В., 2015. Определение деформационных свойств горных пород по данным прессиометрических испытаний в интервале гидроразрыва скважины. Физико-технические проблемы разработки полезных ископа-емых, № 4, С. 96 – 102.
Rubtsova E.V., Skulkin A.A., 2018. Hydraulic fracturing stress measurement in underground salt rock mines at Upper Kama Deposit. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Vol. 134, 012049.
Леконцев Ю.М., Сажин П.В., 2019. Проблемы управления труднообрушающимися кровлями при отработке пологих угольных пластов. Интерэкспо Гео-Сибирь, Т. 2, № 4, С. 162 – 169.
Yang J., Liu B., Bian W., Chen K., Wang H., Cao C., 2021. Application cumulative tensile explosions for roof cutting in Chinese underground coal mines. Archives of Mining Sciences, Vol. 66, P. 421 – 435.
Jeffrey R., Mills K., Zhang X, 2013. Experience and results from using hydraulic fracturing in coal mining. Proceedings of the 3rd International Workshop on Mine Hazards Prevention and Control, Brisbane, P. 110 – 116.
Plaksin M.S. Rodin R.I., 2019. Improvement of degasification efficiency by pulsed injection of water in coal seam. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Vol. 377, 012052.
Shilova T., Patutin A., Rybalkin L., Serdyukov S., Hutornoy V., 2017. Development of the impermeable membranes using directional hydraulic fracturing. Procedia Engineering, Vol. 191, P. 520 – 524.
Lu W., He C. 2020. Numerical simulation of the fracture propagation of linear collaborative directional hydraulic fracturing controlled by pre-slotted guide and fracturing boreholes. Engineering Fracture Mechanics, Vol. 235, 107128.
Pavlov V.A., Serdyukov S.V., Martynyuk P.A., Patutin A.V., 2019. Optimisation of borehole-jack fracturing technique for in situ stress measurement. International Journal of Geotechnical Engineering, Vol. 13, № 5, P. 451 – 457.
Cheng Y., Lu Z., Du X., Zhang X., Zeng M., 2020. A crack propagation control study of directional hydraulic fracturing based on hydraulic slotting and a nonuniform pore pressure field. Geofluids, 8814352.
Cha M., Alqahtani N.B., Yin X., Kneafsey T.J. et al., 2017. Laboratory system for studying cryogenic thermal rock fracturing for well stimulation. Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 156, P. 780 – 789.
Курленя М.В., Алтунина Л.К., Кувшинов В.А., Патутин А.В., Сердюков С.В., 2012. Пеногель для гидроразрыва газоносных угольных пластов в шахтных условиях. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, № 6, С. 3 – 11.
Сердюков С.В., Курленя М.В., Рыбалкин Л.А., Шилова Т.В., 2019. Влияние гидроразрыва угля на фильтрационное сопротивление зоны дренирования дегазационной скважины. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, № 2, С. 3 – 13.
Cheng Y., Lu Y., Ge Z., Cheng L., Zheng J., Zhang W., 2018. Experimental study on crack propagation control and mechanism analysis of directional hydraulic fracturing. Fuel, Vol. 218, P. 316 – 324.
Патутин А.В., Азаров А.В., Рыбалкин Л.А., Дробчик А.Н., Сердюков С.В., 2022. Устойчивость развития трещины гидроразрыва между двумя параллельными скважинами. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, № 2, С. 34 44.
Азаров А.В., Патутин А.В., Сердюков С.В., 2022. О форме трещин гидроразрыва в окрестности сопряжения скважины с боковым стволом. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, № 5, С. 49 – 62.
Патутин А.В., Скулкин А.А., Прасолова В.С., 2023. Физическое моделирование гидроразрыва скважины с боковым стволом в искусственных блоках. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, № 2 (принята к печати).
Zuo S., Ge Z., Deng K., Zheng J., Wang H., 2020. Fracture initiation pressure and failure modes of tree-type hydraulic fracturing in gas-bearing coal seams. Journal of Natural Gas Science and Engineering, Vol. 77, 103260.
Савицкий Я.В., 2015. Современные возможности метода рентгеновской то-мографии при исследовании керна нефтяных и газовых месторождений. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геоло-гия. Нефтегазовое и горное дело, Т. 14, № 15, С. 28 – 37.
Cao W., Yildirim B., Durucan S., Wolf K. H., Cai W., Agrawal H., Korre A., 2021. Fracture behaviour and seismic response of naturally fractured coal subjected to true triaxial stresses and hydraulic fracturing. Fuel, Vol. 288, 119618.
Yushi Z., Shicheng Z., Tong Z., Xiang Z., Tiankui G., 2016. Experimental investigation into hydraulic fracture network propagation in gas shales using CT scanning technology. Rock Mechanics and Rock Engineering, 49, P. 33 – 45.
Рубцова Е.В., Скулкин А.А., 2017. О физическом моделировании процесса измерительного гидроразрыва в модельных образцах при их неравнокомпонентном нагружении. Проблемы недропользования, № 2 (13), С. 42 – 46. DOI: https://doi.org/ 10.18454/2313-1586.2017.02.042
Leontiev A., Rubtsova E., 2019. Analysis of crack formation in model specimens during hydraulic fracturing in holes. Trigger Effects in Geosystems, The 5th International Conference, Moscow, P. 247 – 256.
Chen J., Li X., Cao H., Huang L., 2020. Experimental investigation of the influence of pulsating hydraulic fracturing on pre-existing fractures propagation in coal. Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 189, 107040.
