The mechanism of fractured porosity formation in heterogeneous rocks under irreversible volume-stress deformation

• Autorzy: Bondar Halyna , Yevdoschuk Mykola

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2020.05.01

Warianty tytułu

PL

Mechanizm tworzenia porowatości spękaniowej w skałach niejednorodnych pod wpływem nieodwracalnego odkształcenia naprężeniowo-objętościowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper deals with the study of the deformation, strength, and reservoir properties of rocks under various stress conditions, typical of great depths. The effect of all-round compression causes a change in the elastic, plastic, and strength characteristics of rocks. Some features of fracture formation and development in inhomogeneous solids under tension and compression were determined. The irreversible deformation mechanism of rocks under an uneven volume stress was considered. The irreversible deformation of rocks combines two types of deformation–intergranular slip, which produces the development of micro-fracturing, and intracrystalline slip, which mainly develops only at high pressure. The typical types of rock damage for uneven triaxial compression (transcrystalline and intercrystalline damage) were investigated. The phenomenon of loosening and increasing the volume as a result of irreversible deformations is mainly caused by the simultaneous formation of intergranular micro-cracks and micro-shifts along grain boundaries. As a result of these micro-dislocation combinations, macroscopic shift planes are formed, followed by irreversible deformation. On the surfaces of deformed samples, slip lines often appear; these are the traces of these macroscopic shift planes. Rock samples deformed due to high pressure are presented. The slip plane traces are clearly visible on the samples’ surfaces. It has been stated that under conditions typical of 8–10 km depths, irreversible deformation occurs with decompaction of their structure, increasing the coefficients of porosity and permeability. The effect of rocks deconsolidation caused by stress can be so significant, that in some cases may even increase the volume of voids by 1.5–2 times. The processes of dissolution and leaching of chemically unstable elements are of great importance in determining the filtration capacity and reservoir properties of deep-lying rocks, affected by irreversible deformation changes. Different dependences of volume growth, decompaction intensity coefficient, and permeability coefficient on the overall compression under uneven triaxial stress–which was based on the data of sandstone and marble–have been illustrated. The volume growth is quantitatively determined with the help of the decompaction intensity coefficient, and it is correlated with the collector and filtration capacity of rocks.

PL

Artykuł dotyczy badań odkształcenia, wytrzymałości oraz właściwości zbiornikowych skał w różnych warunkach naprężenia typowych dla znacznych głębokości. Wpływ ściskania obwodowego powoduje zmianę właściwości sprężystych, plastycznych i wytrzymałościowych skał. Określono niektóre cechy tworzenia i rozwoju pęknięć w niejednorodnych ciałach stałych pod wpływem rozciągania i ściskania. Rozważano mechanizm nieodwracalnego odkształcenia skał pod wpływem niejednolitego naprężenia objętościowego. Nieodwracalne odkształcenie skał łączy dwa rodzaje odkształcenia: poślizg międzyziarnowy, powodujący rozwój mikropękania, oraz poślizg międzykrystaliczny, który rozwija się tylko przy wysokim ciśnieniu. Badano rodzaje zniszczenia skał typowe dla niejednolitego trójosiowego ściskania (zniszczenie śródkrystaliczne i międzykrystaliczne). Zjawisko rozluźniania i zwiększenia objętości w wyniku odkształceń nieodwracalnych jest powodowane przez jednoczesne tworzenie mikropęknięć międzyziarnowych oraz mikroprzesunięcia wzdłuż granic ziaren. W wyniku tych kombinacji mikrodyslokacji tworzone są makroskopowe płaszczyzny przemieszczenia, a następnie odkształcenie nieodwracalne. Na powierzchni próbek odkształconych często pojawiają się linie poślizgu, które są śladami tych makroskopowych płaszczyzn poślizgu. Zaprezentowano próbki skalne odkształcone z powodu wysokiego ciśnienia. Na powierzchni próbek widoczne są wyraźnie ślady płaszczyzn poślizgu. Stwierdzono, że w warunkach typowych dla głębokości 8–10 km występuje odkształcenie nieodwracalne z rozgęszczeniem ich struktury, zwiększeniem współczynników porowatości i przepuszczalności. Wpływ dekonsolidacji skał powodowany przez naprężenie może być tak istotny, że całkowicie usuwa konsolidację skał, powodowaną przez naprężenia efektywne, a w niektórych przypadkach może zwiększyć objętość pustek nawet 1,5–2 razy. Procesy rozpuszczania i ługowania elementów niestabilnych chemicznie mają duże znaczenie dla określenia zdolności filtracji oraz właściwości zbiornikowych skał zalegających głęboko pod wpływem nieodwracalnych zmian odkształcenia. Zilustrowano różne zależności wzrostu objętości, współczynnika intensywności dekompakcji i współczynnika przepuszczalności od całkowitego ściskania pod wpływem niejednolitego naprężenia trójosiowego, oparte na danych dla piaskowca i marmuru. Wzrost objętości jest ilościowo określony za pomocą współczynnika intensywności dekompakcji i jest skorelowany z właściwościami filtracyjnymi skał.

Słowa kluczowe

EN

capacity; reservoir properties; deformation; compression; tension; cracks; loosening; decompaction

PL

filtracja; właściwości zbiornikowe; odkształcenie; ściskanie; rozciąganie; pęknięcia; rozluźnienie; dekompakcja

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 76, nr 5
• Strony: 287--290
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.

Twórcy

autor

Bondar Halyna

• Institute of Geological Sciences of NAS of Ukraine

autor

Yevdoschuk Mykola

• Institute of Geological Sciences of NAS of Ukraine

Bibliografia

• Adams F.D., Coker E.С., 1910. An experimental investigation into the flow of rocks. The Amer. Y. of Science, 29(74): 465.
• Baidyuk B.V., 1963. Mechanical properties of rocks at high pressures and temperatures. Gostptehizdat, Moscow: 102.
• Boker R., 1915. Die Mechanik der bleibeden Formandering in kristallinisch sufgebauten Korpern. Ver. deutch Yngenieure Mitt. Forschungsarbeiten, 175: 1–51.
• Bridgeman P.V., 1935. High pressure physics. ONTI, Moscow.
• Flickr. https://www.flickr.com/photos/jsjgeology/31518775771/in/photostream/ (access: 04/2019).
• Griggs D.Т., Handin I. (eds), 1960. Rocks deformation. The Geol. Soc. Am. Mem., 79.
• Handin I., 1966. Strength and ductility. Handbook of Physical constants. The Geol. Soc. Am., Mem., 97.
• Jokobori T., 1965. An Interdisciplinary Approach to Fracture and Strength of Solids. Wolters – Noordhoff. Scientific Publications LTD. Groninger.
• Pavlova N.N., 1975. Deformation and reservoir properties of rocks. Nedra, Moscow: 240.
• Research Gate. https://www.researchgate.net/figure/Polished-surface-of-a-borecore-from-well-A-2-sample-M1-and-the-clasts-selectedfor_fig3_270888256 (access: 04/2019).
• Schreiner L.A., Baidyuk B.V., Pavlova N.N., 1968. Deformation properties of rocks at high pressures and temperatures. Nedra, Moscow: 358.
• Smekhov E.M. (ed.), 1968. The problem of oil and gas fractured reservoirs and methods for studying them. Works of All-Russian Oil Research Geological Prospecting Institute. Nedra, Leningrad, 264: 1–179.
• Smekhov E.M. (ed.), 1969. Methods of studying rocks fractures and fractured oil and gas reservoirs. Works of All-Russian Oil Research Geological Prospecting Institute. Nedra, Leningrad, 276: 1–129.
• Stavrogin A.N., 1968. On the deformation effect on the rocks permeability. [In:] Physical and mechanical properties of rocks in the upper part of the earth’s crust. Nauka, Moscow: 156–161.
• Stavrogin A.N., Tarasov B.G., 2001. Experimental physics and mechanics of rocks. Nauka, Saint Petersburg: 343. ISBN 5-02-024942-4.
• Stavrogin A.N., Yurel G.N., Tarasov B.G., 1986. Mechanical, filtration and petrographic properties of outburst and non-hazardous sandstones of Donbas. Journal Physical and Technical Problems of Mineral Exploration, 2: 11–18.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).