References

geophystech

Геофизические технологии

Russian Journal of Geophysical Technologies

2619-1563

IPGG SB RAS

10.18303/2619-1563-2022-3-13

geophystech-261

Research Article

Статьи

Диаграммы нагружения и параметры модели упруго-псевдопластической деформации черносланцевых пород баженовской свиты

Loading diagrams and parameters of the model of elastic-pseudoplastic deformation of black shale rocks of the Bazhenov formation

https://orcid.org/0000-0003-2004-955X

Стефанов

Ю. П.

Stefanov

Y. P.

Доктор физико-математических наук, профессор РАН, ведущий научный сотрудник лаборатории геофизических исследований и региональной сейсмичности Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН. Основные научные интересы: поведение горных пород за пределом упругости, локализация деформации и разрушения, численное моделирование.

StefanovYP@ipgg.sbras.ru

Жарасбаева

Д. К.

Zharasbaeva

D. K.

Лаборант лаборатории геофизических исследований и региональной сейсмичности Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН. Основные научные интересы: строение и свойства горных пород, экспериментальные исследования, численное моделирование.

eganovadk@ipgg.sbras.ru

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН 630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3 Институт физики прочности и материаловедения СО РАН 634055, Томск, просп. Академический, 2/4РоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS Koptyug Ave., 3, Novosibirsk, 630090 Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS Akademichesky Ave., 2/4, Tomsk, 634055Russian Federation

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН 630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3 Научно-лабораторный центр АО «Геологика» 630055, Новосибирск, ул. Мусы Джалиля, 23РоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS Koptyug Ave., 3, Novosibirsk, 630090 Scientific Laboratory Center of JSC "Geologika" Musy Jalil Str., 23, Novosibirsk, 630055Russian Federation

2022

15032023

031324

2023

Стефанов Ю.П., Жарасбаева Д.К.

Stefanov Y.P., Zharasbaeva D.K.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://www.rjgt.ru/jour/article/view/261

Представлены результаты анализа экспериментальных данных по псевдотрехосному нагружению полноразмерных образцов черносланцевых пород баженовской свиты. Эксперименты проводились в условиях одноосного нагружения и при давлениях бокового обжатия 20 и 40 МПа. Показано, что в рассмотренном диапазоне нагрузки деформация породы за пределом упругости протекает в разных режимах: дилатансии и компакции. Несмотря на низкую пористость породы, переход от дилатансии к уплотнению происходит при среднем давлении, не превышающем 34 МПа. На основе анализа полученных данных выделены этапы деформирования на диаграммах нагружения и определены параметры математической модели с комбинированной предельной поверхностью, описывающей процесс деформирования в режимах дилатансии и компакции.

The results of the analysis of experimental data on pseudotriaxial loading of full-size samples of black shale rocks of the Bazhenov Formation are presented. The experiments were carried out under conditions of uniaxial loading and at lateral compression pressures of 20 and 40 MPa. It is shown that in the considered load range, the deformation of the rock beyond the elastic limit proceeds in different modes: dilatancy and compaction. Despite the low porosity of the rock, the transition from dilatation to compaction occurs at a pressure not exceeding 34 MPa. Based on the analysis of the obtained data, the stages of deformation in the loading diagrams are distinguished and the parameters of the mathematical model with a combined limiting surface are determined, which describes the deformation process in dilatancy and compaction modes.

Баженовская свитагеомеханические экспериментыдилатансиякомпакцияматематическая модельпредельная поверхность

Bazhenov Formationgeomechanical experimentsdilatancycompactionmathematical modelyield surface

Работа выполнена при поддержке проекта Программы Фонда научных исследований № FWZZ-2022-0021 «Региональные особенности структуры земной коры и верхов мантии платформенных и складчатых областей Сибири, их напряженно-деформированное состояние по данным сейсмологии, гравиметрии и геомеханики».

References1

Баюк И.О., Березина И.А., Краснова М.А., Патонин А.В., Пономарев А.В., Тихоцкий С.А., Фокин И.В., Цельмович И.В., Калмыков Г.А. Экспериментально-теоретический подход для прогноза и анализа анизотропных упругих свойств углеводородосодержащего сланца Баженовской свиты при пластовых условиях // Актуальные направления геологического изучения и освоения недр Западной Сибири. – Тюмень ФГУП «ЗапСибНИИГГ», 2015. – С. 47–59.

Bayuk I.O., Berezina I.A., Krasnova M.A., Patonin A.V., Ponomarev A.V., Tikhotsky S.A., Fokin I.V., Tselmovich V.A., Kalmykov G.A. Experimental and theoretical approach for the prediction and analysis of anisotropic elastic properties of hydrocarbon-containing shale of the Bazhenov formation under reservoir conditions // Actual directions of geological study and development of the subsoil of Western Siberia. – ZapSibNIIGG, Tyumen, 2015. – P. 47–59.

Друккер Д., Прагер В. Механика грунтов и пластический анализ или предельное проектирование // Механика. Новое в зарубежной науке. Вып. 2. Определяющие законы механики грунтов. – М.: Мир, 1975. – С. 166–177.

Bieniawski Z.T. Mechanism of brittle fracture of rock: Part II – experimental studies // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts. – 1967. – Vol. 4. – P. 407–423, doi: 10.1016/0148-9062(67)90031-9.

Конторович А.Э., Конторович В.А., Рыжкова С.В., Шурыгин Б.Н., Вакуленко Л.Г., Гайдебурова Е.А., Данилова В.П., Казаненков В.А., Ким Н.С., Костырева Е.А., Москвин В.И., Ян П.А. Палеогеография Западно-Сибирского осадочного бассейна в юрском периоде // Геология и геофизика. – 2013. – № 54 (8). – С. 972–1012.

Colmenares L.B., Zoback M.D. A statistical evaluation of intact rock failure criteria constrained by polyaxial test data for five different rocks // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. – 2002. – Vol. 39. – P. 695–729, doi: 10.1016/S1365-1609(02)00048-5.

Конторович А.Э., Бурштейн Л.М., Никитенко Б.Л., Рыжкова С.В., Борисов Е.В., Ершов С.В., Костырева Е.А., Конторович В.А., Нехаев А.Ю., Пономарева Е.В., Фомин М.А., Ян П.А. Маргинальный фильтр волжско-раннебериасского морского бассейна и его влияние на распределение осадков // Литология и полезные ископаемые. – 2019. – № 3. – C. 199–210, doi: 10.31857/S0024-497X20193199-210.

Drucker D.C., Prager W. Soil mechanics and plastic analysis or limit design // Quarterly of Applied Mathematics – 1952 – Vol. 10 (2) – P. 157–165, doi: 10.1090/qam/48291.

Маркин М.А., Гула А.К., Юсупов Я.И. Комплексный геомеханический подход для выбора интервалов проведения ГРП на примере баженовской свиты в пределах Красноленинского свода // Бурение и нефть. – 2016. – № 9. – С. 50–55.

Garavand A., Stefanov Yu.P., Rebetsky Y.L., Bakeev R.A., Myasnikov A.V. Numerical modeling of plastic deformation and failure around a wellbore in compaction and dilation modes // International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. – 2020. – Vol. 44. – P. 823–850, doi: 10.1002/nag.3041.

Николаевский В.Н. Определяющие уравнения пластического деформирования сыпучей среды // Прикладная математика и механика. – 1971. – № 35 (6). – С. 1017–1029.

Grueschow E., Rudnicki J.W. Elliptic yield cap constitutive modeling for high porosity sandstone // International Journal of Solids and Structures. – 2005. – Vol. 42. – P. 4574–4587, doi: 10.1016/j.ijsolstr.2005.02.001.

Стафеев А.Н., Ступакова А.В., Суслова А.А., Гилаев Р.М. Обстановки осадконакопления и палеогеографическая зональность баженовского горизонта (титон-нижний берриас) Западной Сибири // Георесурсы. – 2017. – Спецвыпуск. Ч. 2. – С. 134–143, doi: 10.18599/grs.19.14.

Kontorovich A.E., Kontorovich V.A., Ryzhkova S.V., Shurygin B.N., Vakulenko L.G., Gaideburova E.A., Danilova V.P., Kazanenkov V.A., Kim N.S., Kostyreva E.A., Moskvin V.I., Yan P.A. Jurassic paleogeography of the West Siberian sedimentary basin // Russian Geology and Geophysics. – 2013. – Vol. 54 (8). – P. 747–779, doi: 10.1016/j.rgg.2013.07.002.

Стефанов Ю.П. Локализация деформаций и нарушений в геоматериалах. Численное моделирование // Физическая мезомеханика. – 2002. – № 5 (5). – С. 107–118.

Kontorovich A.E., Burstein L.M., Nikitenko B.L., Ryzkova S.V., Borisov E.V., Ershov S.V., Kostyreva E.A., Kontorovich V.A., Nekhaev A.Y., Ponomareva E.V., Fomin M.A., Yan P.A. Volgian–early Berriasian marginal filter in the West Siberian marine basin and its influence on sediment distribution // Lithology and Minerals. – 2019. – Vol. 3. – P. 199–210.

Стефанов Ю.П. Некоторые нелинейные эффекты поведения горных пород // Физическая мезомеханика. – 2016. – № 19 (6). – С. 54–61.

Markin M., Gula A., Yusupov J. Complex geomechanical approach to select intervals of fracturing on the example of the Bazhenov Formation within Krasnoleninsky arch // Burenie i Neft. – 2016. – No. 9. – P. 50–55.

Тихоцкий С.А., Фокин И.В., Баюк И.О., Белобородов Д.Е., Березина И.А., Гафурова Д.Р., Дубиня Н.В., Краснова М.А., Корост Д.В., Макарова А.А., Патонин А.В., Пономарев А.В., Хамидуллин Р.А., Цельмович В.А. Комплексные лабораторные исследования керна в ЦПГИ ИФЗ РАН // Наука и технологические разработки. – 2017. – № 96 (2). – С. 17–32, doi: 10.21455/std2017.2-2.

Nikolaevskii V.N. Governing equations of plastic deformation of a granular medium // Journal of Applied Mathematics and Mechanics. – 1971. – Vol. 35 (6). – P. 1017–1029, doi: 10.1016/0021-8928(71)90106-7.

Шубин А.А., Кудымов А.Ю., Яценко В.М. Методические аспекты изучения механических свойств пород баженовской свиты // Нефтяное хозяйство. – 2020. – № 3. – C. 43–46, doi: 10.24887/0028-2448-2020-3-43-46.

Shubin A.A., Kudymov A.Yu., Yatsenko V.M. Methodological aspects of studying the mechanical properties of rocks of Bazhenov formation // Oil Industry. – 2020. – Vol. 3. – P. 43–46, doi: 10.24887/0028-2448-2020-3-43-46.

Шустов Д.В. Анизотропия физико-механических свойств сланцевых пород Баженовской свиты // Известия вузов. Горный журнал. – 2019. – № 4. – C. 55–60, doi: 10.21440/0536-1028-2019-4-55-60.

Shustov D.V. Bazhen Formation shale rock physical and mechanical properties anisotropy // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh zavedenii. Gornyi Zhurnal. – 2019. – Vol. 4. – P. 55–60.

Stafeev A.N., Stoupakova A.V., Suslova A.A., Gilaev R.M. Conditions of sedimentation and paleogeographic zoning of the Bazhenov horizon (Tithon–Lower Berrias) in West Siberia // Georesources. – 2017. – Special Issue. Part 2. – P. 134–143.

Stefanov Yu.P. Deformation localization and fracture of geomaterials: numerical simulation // Physical Mesomechanics. – 2002. – Vol. 5. – P. 103–114.

Stefanov Yu.P. Some nonlinear rock behavior effects // Physical Mesomechanics. – 2018. – Vol. 21. – P. 234–241, doi: 10.1134/S1029959918030074.

Stefanov Yu.P., Chertov M.A., Aidagulov G.R., Myasnikov A.V. Dynamics of inelastic deformation of porous rocks and formation of localized compaction zones studied by numerical modeling // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. – 2011. – Vol. 59. – P. 2323–2340, doi: 10.1016/j.jmps.2011.08.002.

Tikhotsky S.A., Fokin I.V., Bayuk I.O., Beloborodov D.E., Berezina I.A., Gafurova D.R., Dubinya N.V., Krasnova M.A., Korost D.V., Makarova A.A., Patonin A.V., Ponomarev A.V., Khamidullin R.A., Tselmovich V.A. Comprehensive laboratory core analysis at CPGR IPE RAS // Seismic Instruments. – 2018. – Vol. 54. – P. 586–597, doi: 10.3103/S0747923918050146.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.