FEM analysis of proppant sticking in rock cracks

• Autorzy: Kwietniewski M. , Miedzińska D. , Niezgoda T.

Identyfikatory

DOI

10.2478/ace-2018-0016

Warianty tytułu

PL

Analiza MES wciskania proppantu w pęknięcie skalne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The problem of effective gas extraction from Polish shale rocks is an interesting research subject for scientists. A properly selected proppant, which protects cracks from closing during the fracturing process, inestimably contributes to an increase of extraction. Grains of proppant are transported along with a fracturing medium to reach the deepest regions of the crack. The proper support of the crack provides an easy flow of gas, therefore it is important in terms of extraction efficiency. This paper shows the interactions of a proppant grain with the crack surface in shale rock. FEM analysis was conducted to observe the stress region, which is generated as a result of pressing the grain into the crack surface. A model of a sphere which was pressed into the rock model with constant velocity was applied. The received results of stress depend on material properties and a range of proppant grain pressing.

PL

Terytorium Polski od kilku lat jest obiektem wzmożonych badań mających na celu opracowanie opłacalnej technologii wydobycia gazu z łupków. Polskie skały łupkowe różnią się pod względem fizycznym i chemicznym od tych występujących w Ameryce Północnej, są rozlokowane również na innej głębokości. Inna budowa skały stawia zatem nowe wyzwania dla wiertnictwa otworowego. Procesy szczelinowania zachodzą w nieco inny sposób, zatem konieczne jest opracowanie nowej technologii wydobycia. Jednym z ważniejszych aspektów tych badań jest dokładna analiza zachowania się skały obciążonej ciśnieniem szczelinowania. Do rozważenia jest tu mechanizm powstawania i propagacji pęknięcia oraz optymalny sposób podparcia szczeliny po zabiegu szczelinowania. Tę funkcję mają pełnić proppanty, które dostają się do złoża wraz z czynnikiem szczelinującym. Ziarenka, najczęściej ceramiczne o dużej twardości mają za zadanie zaklinować się w skale, aby utworzyć maksymalne rozwarcie szczeliny. Oczywiście, przy ogromnych naprężeniach wewnętrznych górotworu nastepuje wgniatanie ziaren w powierzchnię skały, co powoduje zmniejszenie przekroju poprzecznego szczeliny, a w skrajnych przypadkach może prowadzić do całkowitego zamknięcia szczeliny. Do analizy MES opracowano model geometryczny. Przyjęto, że model skały to czwarta część walca ze szczeliną w środkowej częćci o promieniu 1 mm. Wygenerowano model skały łupkowej o promieniu 8 mm oraz długości 10 mm. Analogicznie do modelu skały, przyjęto ziarenko proppantu jako 1/4 kuli. Dyskretyzację modelu przeprowadzono w oprogramowaniu LS – PrePost za pomocą elementów ośmiowęzłowych. Utworzony model składa się z 29554 elementów oraz 60696 węzłów.

Słowa kluczowe

EN

FEM analysis; proppant; shale rock; crack; fracturing; contact; Newmark

PL

analiza MES; proppant; skała łupkowa; pęknięcie; szczelinowanie; kontakt; Newmark

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 64, nr 2
• Strony: 55--65
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kwietniewski M.

• Military University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Mechanics and Applied Computer Science, Warszawa, Poland

autor

Miedzińska D.

• Military University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Mechanics and Applied Computer Science, Warszawa, Poland

autor

Niezgoda T.

• Military University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Mechanics and Applied Computer Science, Warszawa, Poland

Bibliografia

• 1 A. Nowakowski, J. Nurkowski, Z. Lizak., “Zależność wyniku testu ściśliwości próbki węgla od rodzaju płynu porowego”, Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN, Vol 14, No. 1-4, p. 53-62, 2012
• 2 J. Walaszczyk, L. Florkowska, “Komputerowa symulacja stanu naprężenia w sąsiedztwie wyrobiska górniczego z uwzględnieniem przepływu gazu”. Górnictwo i geoinżynieria. Year 34. Sheet 2. 2010.
• 3 LS-dyna keyword user's manual volume I LS-dyna r8.0, Livermore Software Technology Corporation (LSTC), 03/23/15 (r:6319).
• 4 M.L.J Suman, “Contact in LS-Dyna”, M.S. Ramaiah School of Advanced Studies, Bengaluru (pdf file, access 17.03.2017)
• 5 T. Majcherczyk, P. Małkowski, Z. Niedbalski, “Ocena przemieszczeń górotworu wokół wyrobiska korytarzowego z wykorzystaniem parametrów empirycznych”, Akademia Górniczo-Hutnicza Kraków, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Mat. Symp. p. 249–260.
• 6 www.dynasupport.com (access 27.11.2016)

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).