Тема 7. - Напряженное состояние горных пород и его изменение вблизи скважины.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К изучению курса

«МЕХАНИКА ГОРНЫХ ПОРОД»

Издательство

Пермского национального исследовательского политехнического университета

Рецензент:

канд. техн. наук, доцент Л.Н. Долгих

(Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

Мелехин А.А.

Методические указания к курсу «Механика горных пород» / А.А. Мелехин – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2015.

Методическое пособие включает общие положения рабочей программы дисциплины, перечень основных контрольных вопросов для подготовки к экзамену по изучаемому курсу, задания для выполнения контрольной и лабораторной работы.

Пособие предназначено для студентов заочной формы обучения обучающихся по направлению 21.03.01 (131000.62) «Нефтегазовое дело».

Общие положения

1.1 Цель учебной дисциплины «Механика горных пород» –освоение дисциплинарных компетенций по методам математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования технологических процессов при строительстве скважин.

В процессе изучения данной дисциплины студент расширяет и углубляет знания по следующим компетенциям:

– способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-2);

– способность осуществлять и корректировать технологические процессы при строительстве, ремонте и эксплуатации скважин различного назначения и профиля ствола на суше и на море, транспорте и хранении углеводородного сырья. (ПК-7).

1.2 Задачи дисциплины:

Задачей дисциплины являются:

· приобретение базовых знаний о механике горных пород, их механических свойствах, напряженном и деформированном состоянии системы «скважина-пласт»;

· усвоение научных основ, терминов и понятий, а также основных методик расчета поведения горных пород при проведении технологических операций при строительстве скважин;

• изучение организации работ по гидравлическому разрыву пласта;

· формирование умения исследования свойств горных пород при добыче пластовых флюидов;

· формирование умения проводить расчеты, использовать нормативные документы, составлять технологические и рабочие документы при строительстве, эксплуатации и ремонте скважин;

• формирование навыков осуществлять и корректировать технологические процессы при строительстве, эксплуатации и ремонте скважин.

1.3 Предметом освоения дисциплины являются следующие объекты:

· Напряженное состояние горных пород забоя и околоствольного пространства буровых скважин;

· Механические модели разрушения горных пород под действием внешних нагрузок различной физической природы;

· Факторы, влияющие на устойчивость горных пород, слагающих стенки буровых скважин.

1.4 Место дисциплины в структуре профессиональной подготовки выпускников.

После изучения дисциплины обучающийся должен освоить части указанных в пункте 1.1 компетенций и демонстрировать следующие результаты:

· знать:

- историю развития механики горных пород;

- основные законы механики горных пород;

- методы теоретических и экспериментальных исследований связанные с механикой горных пород;

- методы моделирования в механике горных пород;

- распределение напряжений в горной породе;

- тензорное исчисление в механике горных пород;

- основные уравнения механики горных пород;

- свойства горных пород;

- естественное напряженное состояние горных пород и его изменение вблизи скважин;

- процессы механического взаимодействия горных пород и насыщающих их жидкостей;

- закономерности деформации горных пород в результате их механического взаимодействия с насыщающей их жидкостью;

- механизм образования трещин в горных породах при гидравлическом разрыве пород;

- основные законы и уравнения кинематики горных пород.

· уметь:

- обосновывать метод и технологию вскрытия продуктивных пластов;

- проводить расчеты и выбирать технологию строительства, ремонта или эксплуатации скважины, в зависимости от свойств горных пород;

- обосновывать порядок и режимы технологических операций в скважине в зависимости от свойств горных пород;

- оценивать риски и определять меры по обеспечению безопасности при проведении работ в скважине.

· владеть:

- навыками обоснования технологии вскрытия пластов;

- навыками обоснования конструкции скважин;

- навыками расчета устойчивости стенок скважин при их строительстве и ремонте;

- навыками расчета деформации горных пород продуктивного пласта при добыче флюидов;

- навыками расчета процесса гидравлического разрыва пласта;

- навыками расчета напряженного состояния горных пород;

- навыками расчета и прогнозирования процесса взаимодействия горной породы и насыщающей её жидкости.

2 Содержание разделов и тем учебной дисциплины

МОДУЛЬ 1. Основные понятия и уравнения механики горных пород.

Введение.

Основные понятия, термины и определения. Предмет и задачи дисциплины. Краткая история предмета. Роль механики горных пород в современном образовании по направлению «Нефтегазовое дело».

Раздел 1 - Понятия и уравнения механики горных пород.

Тема 1. - Подобие и моделирование в механике горных пород.

Методы составление моделей. Основные принципы подобия. Способы получения безразмерных характеристик для получения подобных моделей. Примеры моделирования в механике горных пород. Пи-теорема подобия.

Тема 2. - Напряженное состояние горных пород. Тензоры напряжений и деформации. Естественно напряженное состояние горных пород.

Нормальные и касательные напряжения в горной породе. Получение главных нормальных и главных касательных напряжений. Составление тензора напряжений и тензора деформации. Деформация горной породы во времени: девиатор деформации и девиатор скорости деформации. Интенсивность касательных напряжений и интенсивность сдвига.

Тема 3. - Основные законы механики горных пород. Свойства горных пород.

Уравнение состояния горных пород. Закон Гука с учетом температурных изменений. Модулю Юнга для горных пород. Коэффициент Пуассона и линейного расширения при строительстве и эксплуатации скважины.

Раздел 2. - Кинематика и динамика горных пород.

Тема 4. - Основные уравнения и законы динамики горных пород.

Применение второго закона Ньютона в механике горных пород. Силы различного происхождения, действующие на горную породу. Законы сохранения вещества и энергии горных пород. Уравнения Навье-Стокса. Закон сохранения масс.

Тема 5. - Основные уравнения и законы кинематики горных пород.

Методы Лагранжа и Эйлера описания движения сплошной среды и связь между ними. Полная и локальная производные по времени. Установившиеся и неустановившиеся процессы. Траектория и линии тока. Представление движения частиц сплошной среды в виде поступательного перемещения, вращения и чистой деформации. Тензоры деформации и поворотов. Тензоры скоростей деформаций и скоростей вращения. Геометрический смысл компонент тензоров деформаций и скоростей деформаций. Тензор малых деформаций Коши. Преобразование компонент тензора деформаций. Инварианты. Главные деформации. Условия совместности.

МОДУЛЬ 2. Процессы протекающие в горных породах при взаимодействии с пластовым флюидом.

Раздел 3. - Процессы взаимодействия горных пород и пластового флюида в скважине.

Тема 6. - Взаимодействие горных пород и насыщающих её жидкостей и газов.

Взаимодействие пористой горной породы и насыщающей её жидкости. Взаимодействие кавернозной горной породы и насыщающей её жидкости. Изменение объема горной породы при изменении давления жидкости насыщающей её. Процессы протекающие на границе взаимодействия зерна породы с жидкостью и соседним зерном.

Тема 7. - Напряженное состояние горных пород и его изменение вблизи скважины.

Естественное напряженное состояние горных пород вблизи скважины. Методы определения естественного напряженного состояния горных пород. Полное горное давление и боковое давление. Изменение напряженного состояния горных пород вблизи скважины при её строительстве. Метод Мусхелишвили для расчета напряженного состояния горных пород вблизи скважины при её строительстве.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: