عنوان پایان‌نامه
طراحی و ساخت دستگاه بارگذاری بر خرده ذرات مجزا و بررسی پارامترهای مکانیکی سنگ با استفاده از آن
- رشته تحصیلی
- زمین شناسی- مهندسی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 4763;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 53945
- تاریخ دفاع
- ۱۴ تیر ۱۳۹۱
- دانشجو
- ابراهیم احمدی ششده
- استاد راهنما
- عباس قلندرزاده, اکبر چشمی
- چکیده
- تعیین مقاومت فشاری تک محوری (UCS) به عنوان یکی از پارامترهای مکانیکی جهت ارزیابی مقاومت سنگ، در بسیاری از پروژه¬های مهندسی لازم است. در برخی از پروژه¬های مهندسی نظیر حفر چاه جهت استخراج مواد هیدروکربوری به¬دلیل عمق زیاد حفاری، محدودیت¬هایی جهت اخذ نمونه مناسب برای تعیین مقاومت فشاری تک محوری وجود دارد. از طرفی تعیین این پارامتر به منظور آنالیز پایداری جدار چاه و برنامه¬های توسعه چاه لازم و ضروری است. بررسی مقاومت خرده ذرات حفاری در قالب آزمایش¬های بارگذاری مستقیم بر نمونه و آزمایش نفوذ را می¬توان به عنوان روش¬های غیر مستقیم در ارزیابی پارامترهای مکانیکی سنگ بکر معرفی کرد. بدین جهت ایده ساخت دستگاه بارگذاری بر خرده ذرات مجزا و استفاده از خرده¬های حفاری مطرح شده است. در این تحقیق ضمن طراحی دستگاه، به تشریح بخش¬های مختلف دستگاه و عملکرد آنها پرداخته شده است. تکرارپذیری دستگاه در بارگذاری بر مواد همگن مورد ارزیابی قرار گرفته و مشخص شده است که نتایج مربوطه از تکرار پذیری خوبی برخوردارند. به منظور توسعه روابط تجربی بین مقاومت فشاری تک محوری سنگ و مقاومت خرده ذرات سنگی، تعداد 11 نمونه سنگ آهک میکرایتی از رخنمون¬های کربناتی زاگرس تهیه و نحوه آماده¬سازی نمونه¬های آزمایشگاهی مربوطه توضیح داده شده است. سپس ضمن انجام 1260 آزمایش بارگذاری بر خرده ذرات مجزا در سه اندازه 2، 3 و 4 و در سه شکل اصلاح شده، نیمه اصلاح شده و اصلاح نشده و 630 آزمایش نفوذ بر خرده ذرات مکعبی با ابعاد 2، 3، و 4 میلیمتری با استفاده از سه نمونه نفوذ کننده به قطرهای 6/0، 8/0 و 1 میلیمتر، مشاهدات صورت گرفته در روند انجام آزمایش شرح داده شده است. با همبستگی بیین مقادیر UCS اندازه¬گیری شده و پارامترهای مقاومتی به دست آمده از آزمایش بارگذاری بر خرده ذرات مجزا (SCSI) و آزمایش نفوذ (CTF) تعداد 18 رابطه تجربی مختلف با ضریب همبستگی بالای 9/0 پیشنهاد شده است. در تحلیل¬های آماری صورت گرفته مهمترین عامل تاثیرگذار بر همبستگی -های برقرار شده پارامتر اندازه دانه شناخته شده و به منظور حذف اثر اندازه خرده ذرات، روابط تجربی و نمودارهایی پیشنهاد شده است. در پایان به منظور اعتبار سنجی روابط به دست آمده در تحقیق حاضر بر خرده ذرات مختلف در اندازه¬های متفاوت آزمایش بارگذاری و نفوذ انجام و با توجه به روابط تجربی و نمودارهای پیشنهاد شده در تحقیق حاضر UCS آنها تخمین زده شده و بعد از مقایسه با UCS اندازه¬گیری شده در آزمایشگاه مشخص گردید که بین آنها شباهت 90 درصدی وجود دارد لذا روابط تجربی پیشنهاد شده از دقت بالایی برخوردار هستند. واژگان کلیدی: دستگاه بارگذاری بر خرده ذرات مجزا، مقاومت فشاری تک محوری، مقاومت فشاری تک ذره، آزمایش نفوذ، سنگ آهک میکرایتی
- Abstract
- Determination of uniaxial compressive strength (UCS) of intact rock is an important mechanical parameter required for many engineering projects. In some engineering projects for example well drilling for petroleum production, because of too much depth of wells, there are some limitations for obtaining rock core samples and UCS determination. While determining such parameter is essential for well wall stability analysis and wells development program. To this aim, the idea of using drilling cuttings has been proposed for determining UCS. In this paper in order to develop relationship between UCS and single particles compressive strength (SCS) and critical transition force (CTF), first Different parts of used apparatus and their performances have been described and its reproducibility was evaluated by loading on homogeneous materials and it has been shown that loading results in homogeneous materials are the same, then 11 microcrystalline limestone block samples from Asmari, Talezang and Sarvak formation outcrops were used. UCS test was performed and uniaxial compressive strength was determined. Next, these samples were crushed and 1260 single particles were prepared in three different shapes (modified, semi-modified and non-modified) and sizes (2, 3 and 4 millimeters) for single particle loading and 630 single particles were prepared in three different sizes (2, 3 and 4 millimeters) in indentation test for studying size effect of them. Then SCS and CTF of each particle were determined. Since indenter diameter affects on particle strength, therefore indenters were used in three different diameter sizes (0.6, 0.8 and 1 millimeter diameters). By increasing diameter of particles, SCS and CTF are increased accordingly. To eliminate effect of particles size, variable sizes were defined and the empirical equation between UCS, SCS and particles diameter (D) were proposed. Coefficient of correlation between SCS and UCS is more than 0.91 and Coefficient of correlation between CTF and UCS is more than 0.8, that indicates reliable correlation among them. To verify empirical equations some other samples were selected and UCS measured in laboratory was compared with UCS estimated from SCS. This comparison showed that masured and estimated results were identical above 85%. Keywords: uniaxial compressive strength (UCS), drilling cuttings, microcrystalline limestone, single particles compressive strength (SCS), critical transition force (CTF).
