ФРАКЦИОННЫЙ АНАЛИЗ СКРЕТЧ-ШЛАМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ОСАДОЧНОГО ЧЕХЛА КОВЫКТИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

В работе показана возможность использования гранулометрического анализа шлама, образующегося при контролируемом царапании горных пород, для прогноза угла внутреннего трения.

Объект исследования – Ковыктинское газоконденсатное месторождение (ГКМ), которое занимает значительную территорию, охватывающую юго-восточную часть Иркутского амфитеатра Сибирской платформы, и по особенностям геологического строения и значительному объему углеводородов является уникальным. Осадочный чехол рассматриваемого объекта сложен венд-нижнепалеозойскими и частично рифейскими образованиями, суммарная толщина которых более 6000 м по новым данным сейсморазведки [Vakhromeev et al., 2019].

Методы исследования осадочного чехла Ковыктинского ГКМ базируются на наземных и скважинных геофизических исследованиях, дистанционных и геолого-структурных способах в сочетании с тектонофизическим подходом [Seminsky et al., 2018], основу которого составляют данные бурения, в том числе стандартные и специальные исследования кернового материала.

1. Almenara J.R., Detournay E., Hudson J.A., 1992. Cutting Experiments in Sandstones with Blunt PDC Cutters. In: Rock Characterization. Proceedings of the ISRM Symposium, Eurock ‘92 (September 14–17, 1992). Chester, UK, p. 215–220.

2. Dagrain F., 2001. Influence of the Cutter Geometry in Rock Cutting: An Experimental Approach. Thesis (Degree of Master of Science). Minneapolis, 90 p.

3. Germay C., Richard T., Mappanyompa E., Lindsay C., Kitching D., Khaksar A., 2014. The Continuous-Scratch Test: A High-Resolution Strength Log for Geomechanical and Petrophysical Characterization of Rocks. SPE Reservoir Evaluation & Engineering 18 (3), 432–440. https://doi.org/10.2118/174086-PA.

4. Germay C., Richard T., Mappanyompa E., Lindsay C., Kitching D., Khaksar A., 2015. The Continuous-Scratch Profile: A High-Resolution Strength Log for Geomechanical and Petrophysical Characterization of Rocks. SPE Reservoir Evaluation & Engineering 18 (3), 432–440. https://doi.org/10.2118/174086-PA.

5. He X., Xu C., Peng K., Huang G., 2017. On the Critical Failure Mode Transition Depth for Rock Cutting with Different Back Rake Angles. Tunnelling and Underground Space Technology 63, 95–105. https://doi.org/10.1016/j.tust.2016.12.012.

6. Jaime M.C., Gamwo I.K., Lyons D.K., Lin J.S., 2010. Finite Element Modeling of Rock Cutting. Proceedings of the 44th U.S. Rock Mechanics Symposium and 5th U.S.-Canada Rock Mechanics Symposium (June 27–30, 2010). Salt Lake City, Utah, ARMA 10-231.

7. Jaime M.C., Zhou Y., Lin J.-S., Gamwo I.K., 2015. Finite Element Modeling of Rock Cutting and Its Fragmentation Process. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 80, 137–146. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2015.09.004.

8. Khaksar A., Gui F., Taylor P.G., Younessi A., Rahman K., Richard T., 2014. Enhanced Rock Strength Modelling, Combining Triaxial Compressive Tests, Non-Destructive Index Testing and Well Logs. Proceedings of the SPE Asia Pacific Oil & Gas Conference and Exhibition (October 14–16, 2014). Adelaide, Australia. https://doi.org/10.2118/171532-MS.

9. Коврижных А.М. Жесткопластическая модель образования стружки скалывания при резании металлов // Прикладная механика и техническая физика. 2005. Т. 46. № 4. С. 179–186.

10. Коврижных А.М. Определение угла сдвига, усилий и размеров скалываемых элементов при резании металлов // Прикладная механика и техническая физика. 2009. Т. 50. № 1. С. 177–186.

11. Li Y., 2013. Effects of Particle Shape and Size Distribution on the Shear Strength Behavior of Composite Soils. Bulletin of Engineering Geology and the Environment 72, 371–381. https://doi.org/10.1007/s10064-013-0482-7.

12. Lin J.-S., Zhou Y., 2013. Can Scratch Tests Give Fracture Toughness? Engineering Fracture Mechanics 109, 161–168. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2013.06.002.

13. Menezes P.L., 2016. Influence of Friction and Rake Angle on the Formation of Built-up Edge during the Rock Cutting Process. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 88, 175–182. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2016.07.013.

14. Menezes P.L., Lovell M.R., Avdeev I.V., Higgs III C.F., 2014. Studies on the Formation of Discontinuous Rock Fragments during Cutting Operation. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 71, 131–142. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2014.03.019.

15. Носиков А.В., Торопецкий К.В., Михайлов Б.О., Черныш П.С., Дорошенко А.А., Борисов Г.А. Применение метода контролируемого царапания для исследования механических свойств горных пород // Экспозиция нефть газ. 2018. Т. 66. № 6. С. 30–35.

16. Richard T., 1999. Determination of Rock Strength from Cutting Tests. University of Minnesota, 198 p.

17. Richard T., Dagrain F., Poyol E., Detournay E., 2012. Rock Strength Determination from Scratch Tests. Engineering Geology 147–148, 91–100. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2012.07.011.

18. Породы горные. Методы определения предела прочности при объемном сжатии: ГОСТ 21153.8-88. М., 16 с.

19. Рухин Л.Б. Гранулометрический метод изучения песков. Л.: Изд-во ЛГИ, 1947. 213 с.

20. Семинский К.Ж., Саньков В.А., Огибенин В.В., Бурзунова Ю.П., Мирошниченко А.И., Горбунова Е.А., Горлов И.В., Смирнов А.С. и др. Тектонофизический подход к анализу геолого-геофизических данных на газоконденсатных месторождениях со сложным строением платформенного чехла // Геодинамика и тектонофизика. 2018. Т. 9. № 3. С. 587–627. https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-3-0364.

21. Shinohara K., Oida M., Golman B., 2000. Effect of Particle Shape on Angle of Internal Friction by Triaxial Compression Test. Powder Technology 107 (1–2), 131–136. https://doi.org/10.1016/S0032-5910(99)00179-5.

22. Suarez-Rivera R., Stenebrataten J., Dagrain F., 2002. Continuous Scratch Testing on Core Allows Effective Calibration of Log-Derived Mechanical Properties for Use in Sanding Prediction Evaluation. Proceedings of the SPE/ISRM Rock Mechanics Conference (October 20–23, 2002). Irving, Texas. https://doi.org/10.2118/78157-MS.

23. Торопецкий К.В., Каюров Н.К., Черемисин А.Н., Лушев М.А., Самойлов М.И., Ульянов В.Н., Борисов Г.А. Построение 1D физико-механических моделей и решение задач устойчивости ствола скважины и прискважинной зоны // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. 2016. № 11. С. 29–41.

24. Торопецкий К.В., Ульянов В.Н., Борисов Г.А., Курмангалиев Р.З., Каюров Н.К., Аржанцев В.С. Обзор петрофизических зависимостей для построения одномерных геолого-геомеханических моделей в задачах устойчивости ствола скважины при бурении // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. 2016. № 12. С.31–44.

25. Вахромеев А.Г., Смирнов А.С., Мазукабзов А.М., Горлов И.В., Мисюркеева Н.В., Шутов Г.Я., Огибенин В.В. Верхнеленское сводовое поднятие – главный объект подготовки ресурсной базы УВ на юге Сибирской платформы // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири. 2019. № 39 (3). С. 38–56.

26. Верхушин И.А., Торопецкий К.В., Ульянов В.Н., Борисов Г.А. Развитие метода исследования прочностных свойств горных пород с помощью профилирования полноразмерного керна // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. 2017. Т. 9. С. 12–16.

27. Zorlu K., Gokceoglu C., Ocakoglu F., Nefeslioglu H.A., Acikalin S., 2008. Prediction of Uniaxial Compressive Strength of Sandstones Using Petrography-Based Models. Engineering Geology 96 (3–4), 141–158. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2007.10.009.