О синергетике поведения горных пород в условиях горного и пластового давления

Автор(и)

  • Юрій Іванович Войтенко Український державний геологорозвідувальний інститут http://orcid.org/0000-0003-3077-2207
  • Віктор Георгійович Кравець Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» http://orcid.org/0000-0003-3077-2207
  • Валентин Вацлавович Коробійчук Державний університет «Житомирська політехніка» http://orcid.org/0000-0002-1576-4025

DOI:

https://doi.org/10.26642/ten-2020-2(86)-150-161

Ключові слова:

горная порода, динамическое воздействие, прочность, структурные изменения горной породы, напряженно-деформированное состояние

Анотація

В публикации рассмотрены элементы структуры, масштабный эффект, вид напряженно-деформированного состояния и их влияние на прочность горной породы. Также изучено влияние насыщающих флюидов и вида напряженно-деформированного состояния на прочность горной породы и ее диспергирование. Определено влияние динамических воздействий на прочность и структурные изменения. Диссипация энергии в твердом теле происходит только при возникновении сдвиговых напряжений с образованием деформированного состояния. При этом время релаксации энергии определяется суммой времен действия и деформационного последействия после прохождения импульса, а время релаксации импульса соразмерно со временем действия динамической нагрузки. Поэтому время релаксации энергии намного превышает время релаксации импульса. При отсутствии внешнего воздействия на горные породы в окрестности выработки состояние геологической среды определяется величиной горного и пластового давлений, в частности соотношением компонент тензора напряжений, а при наличии жидкости в выработке (скважине) – также величиной ее давления. Дисперсия прочности горной породы и условие ее предельного равновесия определяется соотношением «размер выработки–размер макротрещины или множества трещин в ее окрестности», видом насыщающего флюида и видом напряженно-деформированного состояния в горном массиве. При внешнем слабом, по сравнению с потенциальной энергией пласта, динамическом воздействии на хрупкие и квазихрупкие горные породы (взрыв, удар, проникание) в зависимости от параметров воздействия в окрестности выработки или пробитого отверстия, кроме макротрещин, образуются диссипативные структуры в виде мельчайших трещин на микро- и мезоуровне. Они в последствии под действием горного давления и соответствующих насыщающих жидкости или газа формируют зоны диспергирования и каналы для притока пластовых флюидов к скважине, увеличивая проницаемость горной породы и обеспечивая нелинейное, постепенное во времени увеличение продуктивности скважины.

Біографії авторів

Юрій Іванович Войтенко, Український державний геологорозвідувальний інститут

Yu.I. Voitenko

Віктор Георгійович Кравець, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

V.G. Kravets

Валентин Вацлавович Коробійчук, Державний університет «Житомирська політехніка»

V.V. Korobiychuk 

Посилання

Fuller, R.B. (1982), Synergetics, MacMillan, N. Y., 350 p.

Haken, G. (1980), Synergetics, Mir, M., 400 p.

Mikhaluk, А.V. and Voitenko, Yu.I. (1991), Pulsed rupture of rocks, Nауk. dumkа, Кiev, 204 p.

Griniov, V., Zakharova, L., Diedich, I. and Nazymko, V. (2017), «Distant interaction of rock mass clusters around underground opening», Mining of Mineral Deposits, Vol. 11, No. 2, pp. 79–83.

Starostina, V.I., Sherbakov, S.S. and Sakys, D.R., Synergetics in Geology, [Online], available at: https://www.sciencedirect.com/science/journal/18725791

Khlyupin, A.N. and Dinariev, O.Yu. (2015), «Fractal Analysis of the 3D Microstructure of Porous Materials», Technical Physics, Vol. 60, No. 6, pp. 805–819.

Balankin, A.S. (1990), «Self-organization and dissipative structures in the deformed body», Technical Physics Letters, Vol. 16, No. 7, pp. 14–20.

Voitenko, Yu., Kravets, V., Shukurov, A. and Drachuk, O. «Peculiarities of britlle and ductile materials destruction and deformation during the explosion of industrial shaped charges», Mining of Mineral Deposits, Vol. 11, No. 2, pp. 12–20.

Mykuljak, S.V. (2018), «Hierarchical block model for earthquakes», PHYSICAL REVIEW E 97, 062130, pp. 1–7.

Rodionov, V.N., Sizov, I.A. and Tsvetkov, V.M. (1986), Fundamentals of geomechanics, Nedra, M., 306 p.

Griffiths, L., Heap, M.J., Baud, P. and Schmittbuhl, J. (2017), «Quantification of microcrack characteristics and implications for stiffness and strength of granite», International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, No. 100, pp. 138–150.

Vojtenko, Yu.I. and Kovtun, O.V. (2016), «On fracturing of brittle and ductile rocks by impact and explousion», Herald of the Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Series Mining, Vol. 30, pp. 36–48.

Koсhetkov, S.I. and Voitenko, Yu.I. (2017), «About the causes of spontaneous combustion of coals», Mineralnі resursy Ukrainy, No. 4, pp. 11–14.

Kochanov, A.N. and Odintsеv, V.N. (2016), «Wave prefracturing of solid rocks under blasting», Journal of Mining Science, Vol. 52, No. 6, pp. 1080–1089.

Mikhalyuk, A.V. (2001), Dilatansy and its influence on the properties of rocks under pre-limiting dynamic loads, Vipol, Kiev, 102 p.

Savruk, M.P. (1988), «Vol. 2: Stress intensity factors in cracked bodies», Fracture Mechanics and strength of materials, in Handbook of 4 vol., UkrSSR Physico-mech. in-t, Nauk. dumka, Kiev, 619 p.

Vojtenko, Yu.I. (2000), «Physical and technical bases of borehole geotechnologies with controlled fracturing», D.Sc. Thesis of dissertation, spec. 05.15.11, Kiev, 377 p.

Guz, A.N. (1991), «Vol. 2: Brittle fracture of materials with initial stresses», Nonclassical problems of fracture mechanics, in 4 vol., Ukrainian Academy of Sciences, Institute of Mechanics, Kiev, 288 p.

Feldman, E., Kalugina, N. and Chesnokova, O. (2017), «Evolution of cracks in selvedge of the coal bed during its stationary working», Mining of Minеral Deposits, Vol. 11, No. 2, pp. 41–45.

Ivanova, N.I. (1981), «The study of the microcracks of mechanically stressed quartz diorite in the presence of aqueous phases», Physico-chemical mechanics and lyophilic disperse systems, Nauk. dumka, K., Vol. 13, pp. 111–114.

Ivanova, N.I., Kogan, B.S. and Pertsov, N.V. (1981), «The effect of the liquid phase in the formation of cracks in structures mechanically strained quartz diorite», Doklady Akad. Geology, Vol. 259, No. 6, pp. 1423–1428.

Prokopenko, V.A., Kovzun, I.G., Ulberg, Z.R. et al. (2018), «Physicochemical geomechanic and nanochemical processes in natural and technogenic minerals», Visn. National Academy of Sciences of Ukraine, No. 2, pp. 83–96.

Panasyuk, V.V., Andreikiv, A.E. and Parton, V.Z. (1988), «Vol. 1: Fundamentals of Fracture Mechanics», Fracture Mechanics and strength of materials, Handbook of 4 vol., UkrSSR Physico-mech. in-t, Nauk. dumka, Kiev, 488 p.

Kravchenko, O.V. (2013), «Hydrogen activation in processes increase permebility oil and gas-bearing rocks», Eastern-Еuropean journal of enterprise technologies, No. 1/6 (61), pp. 21–25.

Leksowskij, A.M., Borovikov, V.A., Bozorov, N.S. et al. (2002), «The Zone of Damage for High-Modulus Materials in Explosion-Loaded Granite», Technical Physics Letters, Vol. 28, No. 8, pp. 705–710.

Karev, V.I. (2010), «Effect of the stress-strain state of rocks on the filtration process and well flow rate», abstract for degree of D.Sc. dissertation, spec. 01.02.04, IPMash RAS, S.-Pb., 34 p.

Pysarenko, G.S., Kvitka, О.L. and Umans'kyj, Е.S., Strength of materials, Logos, К., 562 р.

Hubych, I.B., Krups'kyj, Yu.Z. and Derenevs'kyj, A.M. (2018), «New methods of hydrocarbon saturation evaluation of abandoned wells», Zbirnyk naukovykh prats' UkrDHR. Scientific papers of Ukrainian State Geological Exploration Institute, No. 3, pp. 118–125.

Yurevich, G.G. and Trofimov, V.D. (1980), Rock mechanics of deep underground explosions, Nedra, M., 156 p.

Nagornyj, V.P. and Denysjuk, I.I. (2013), «Technologies for the intensification of hydrocarbon production», in Nagornyj, V.P. (ed.), NAS of Ukraine, S.I. Subbotin Institute of Geophysics, Kyiv, pp. 268.

Voitenko, Yu.I. (2019), «Synergetics of geological mediums and its impact on the effectiveness of the exploition and exploration for mineral deposits», Mineral resources of Ukraine, No. 3, pp. 15–21.

Vojtenko, Yu.I. (2013), «The effectiveness of strong methods of stimulation of oil and gas production and the prospects of their use for unconventional reservoirs», Oil & gas industry of Ukraine, No. 5, Р. 42–45.

Zakusylo, R.V., Kravec', V.G. and Korobijchuk, V.V. (2011), Zasoby inicijuvannja promyslovyh zarjadiv vybuhovyh rechovyn, monografija, ZhDTU, Zhytomyr, 212 p.

Kravec', V.G., Korobijchuk, V.V. and Bojko, V.V. (2015), Fizychni procesy prykladnoi' geodynamiky vybuhu, monografija, ZhDTU, Zhytomyr, 408 p.

Korobijchuk, V.V., Sobolevs'kyj, R.V. and Zubchenko, O.A. (2006), «Doslidzhennja shljahiv minimizacii' vytrat pry burovybuhovomu sposobi vydobuvannja blokiv dekoratyvnogo kamenja», Visnyk Zhytomyrs'kogo derzhavnogo tehnologichnogo universytetu, Serija Tehnichni nauky, No. 4 (39), Zhytomyr, pp. 301–308.

Korobijchuk, V.V., Podchashyns'kyj, Ju.O., Remezova, O.O. et al. (2007), «Doslidzhennja vplyvu burovybuhovyh robit na jakist' blochnoi' produkcii' kar’jeru na osnovi vyznachennja geometrychnyh harakterystyk i'i' trishhynuvatosti», Visnyk Zhytomyrs'kogo derzhavnogo tehnologichnogo universytetu, Serija Tehnichni nauky, No. 3 (42), Zhytomyr, pp. 143–150.

Kryvoruchko, A.O., Korobіjchuk, V.V., Soboloevs'kyj, R.V. et al. (2016), «Vyznachennja optymal'nogo naprjamku vedennja girnychyh robit pry vydobuvanni blokiv z pryrodnogo kamenju», Visnyk Zhytomyrs'kogo derzhavnogo tehnologichnogo universytetu, Serija Tehnichni nauky, Zhytomyr, No. 3 (78), pp. 150– 163.

Sobolevskyi, R., Zuievska, N., Korobiichuk, V. et al. (2016), «Cluster analysis of fracturing in the deposits of decorative stone for the optimization of the process of quality control of block raw material», Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, Vol. 5/3 (83), pр. 21–29.

Korobiichuk, V., Shamrai, V., Iziumova, O. et al. (2016), «Definition of hue of different types of pokostivskiy granodiorite using digital image processing», Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, Vol. 4/5 (82), pр. 52–57.

Korobiichuk, I., Korobiichuk, V., Nowicki, M. et al. (2016), «The study of corrosion resistance of Pokostivskiy granodiorites after processing by various chemical and mechanical methods», Construction and Building Materials, Vol. 114, pp. 241–247.

Sobolevskyi, R., Vaschuk, O., Tolkach, O. et al. (2017), «A procedure for modeling the deposits of kaolin raw materials based on the comprehensive analysis of quality indicators», Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, Vol. 3 (87), pр. 54–67.

Korobiichuk, V. (2016), «Study of Ultrasonic Characteristics of Ukraine Red Granites at Low Temperatures», International Conference on Systems, Control and Information Technologies 2016, Springer International Publishing, pp. 653–658.

Korobijchuk, V.V., Sokolovs'kyj, V.O. and Is'kov, S.S. (2019), Rujnuvannja girs'kyh porid ta bezpeka vybuhovyh robit, pidruchnyk, ZhDTU, Zhytomyr, 332 p.

Korobijchuk, V.V. (2011), «Metod ocinky tysku, shho vynykaje pry teplovomu rozshyrenni krystaliv solej i l'odu v porah pryrodnogo kamenju», Visnyk Zhytomyrs'kogo derzhavnogo tehnologichnogo universytetu, Serija Tehnichni nauky, No. 3 (58), pp. 176–179.

Shamraj, V.I., Korobijchuk, V.V. and Sobolevs'kyj, R.V. (2017), «Management of waste of stone processing in the framework of Euro integration of Ukraine», Visnyk Zhytomyrs'kogo derzhavnogo tehnologichnogo universytetu, Serija Tehnichni nauky, Zhytomyr, No. 2 (80), pp. 234–239.

Korobijchuk, V.V. (2012), «Ocinka rezul'tativ doslidzhennja zalezhnosti parametriv pruzhnih hvyl' vid tysku v zrazkah pryrodnogo dekoratyvnogo kamenju», Visnyk Nacional'nogo tehnichnogo universytetu Ukrai'ny «KPI», Serija Girnyctvo, zb. nauk. prac', ZAT «Tehnovybuh», NTUU «KPI», Kyi'v, Issue 22, pp. 101–105.

Shamrai, V., Korobiichuk, V., Levytskyi V. et al. (2018), «Evaluation of the effectiveness of natural stone surface treatment from Ukraine by mechanical and chemical methods», Rudarsko-geološko-naftni zbornik, Vol. 33, No. 4, pp. 15–22.

Korobijchuk, V.V. (2013), «Doslidzhennja trishhynuvatosti Leznykivs'kogo rodovyshha granitiv z perspektyvoju vydobutku blochnoi' produkcii'», Vostochno-evropeiskii zhurnal peredovykh tekhnologii, Tekhnologicheskii tsentr, Khar'kov, Issue 6/5 (66), pp. 23–27.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-12-02

Номер

Розділ

ГІРНИЦТВО