عنوان پایان‌نامه
تعیین میدانهای تنش بر جا با آزمایش شکست هیدرولیک مطالعه موردی ( پروژه برقابی ارس )
- رشته تحصیلی
- مهندسی معدن-مکانیک سنگ
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2563;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 61152
- تاریخ دفاع
- ۲۲ دی ۱۳۹۲
- دانشجو
- محمدحسین طالبی
- استاد راهنما
- مهدی موسوی
- چکیده
- هدف اصلی شکست هیدرولیک تعیین تنش های برجا به کمک مسدود کردن قسمتی از گمانه و اعمال فشار بر آن قسمت گمانه است. فشار اعمالی آنقدر افزایش می‌یابد تا شکستگی از قبل موجود باز شود و یا سنگ سالم دچار شکست شود. در طی آزمایش شکست هیدرولیکی نمودار فشار – زمان ثبت می‌شود. با استفاده از این نمودار می‌توان داده‌های مورد نیاز برای تعیین تنش های برجا را استخراج کرد. این داده‌ها عبارتند از فشار شکست، فشار انسداد، فشار بازگشایی و جهت ترک ایجاد شده و یا از پیش موجود. بمنظور تفسیر داده‌ها باید بر اساس روش‌هایی که مورد تأیید ISRM است، عمل کرد. در آزمایش شکست هیدرولیک بر روی سنگ سالم (HF ) برای تعیین وضعیت تنش برای مقاطعی که ترک ایجادشده در سنگ بصورت قائم و یا نزدیک به قائم است از روش کلاسیک و در حالت کلی از روش معکوس استفاده می‌شود. همچنین در آزمایش شکست هیدرولیک بر روی شکستگی از پیش موجود ( HTPF) برای تعیین وضعیت تنش با در نظر گرفتن فرضیاتی نظیر دو بعدی کردن مسئله، انجام حداقل 8-7 آزمایش ضروری است. در این تحقیق به بررسی تست های انجام شده جهت تعیین تنش در طرح برقابی ارس که در محدوده تونل انتقال قره چیلر است، پرداخته می‌شود و در ابتدا پارامترهای اولیه آزمایش شکست هیدرولیک از جمله فشار شکست، فشار انسداد، فشار بازگشایی و جهت ترک تعیین شد. در تعیین فشار انسداد از 5 روش استفاده شد. روش مماسی تقاطعی به عنوان حد پایین، روش افت نمایی فشار به عنوان حد متوسط و روش شروع نقطه انحنا به عنوان حد بالا انتخاب شد و هر کدام به صورت جداگانه مورد بررسی قرار گرفت. سپس تنش ها در دو حالت HF و HTPF محاسبه شدند. در تعیین تنش در HF از روش های معکوس و کلاسیک و در HTPF با استفاده از الگوریتم‌های مختلف از جمله الگوریتم تکامل دیفرانسیلی، مقادیر و جهت تنش‌ها در حالت‌های مختلف تعیین شد. مقادیر تنش‌ها با ساختارهای زمین‌شناسی و نقشه جهانی تنش مقایسه شده است. با استفاده از آزمایش‌های انجام‌شده در منطقه نسبت تنش‌های افقی به قائم بر اساس روش افت نمایی فشار (فشار انسداد متوسط) برای کل منطقه تعیین شده است که نسبت تنش‌ها برای تنش افقی حداقل این نسبت برابر 2-8/0Kh= و برای تنش افقی حداکثر برابر 3-1 KH = و آزیموت جهت تنش افقی حداکثر برابر20±140 q=درجه به دست آمده است. مهم ترین دلیل تغییرات وسیع نسبت تنش، تاثیر سطح توپوگرافی برآورد شده است. بنابراین در ابتدای مسیر تونل قره چیلر رژیم تنش نشان دهنده گسلش معکوس است و با رسیدن به انتهای تونل رژیم تنش نشان دهنده گسلش امتداد لغز است.
- Abstract
- The major goal in Hydraulic Fracturing is to determine in situ stress by means of packing of wellbore in some parts and imposing pressure on them. The internal pressure shall increase further so that pre-existing Fractures open or intact rock fractures. During Hydraulic Fracture experiment time-pressure curve is recorded. Required data including breakout pressure, reopening pressure and shutting pressure in order for in situ stress determination can be extracted through produced curve. It is noted that data interpretation shall lie on the approaches accepted by ISRM. In order to determine the stress state through hydraulic fracturing for vertical or approximately vertical fractures, classical method is to be used whereas inversion method is employed for other orientations of fractures. Furthermore, seven or eight experiments are at least required to identify stress state in Hydraulic Testing of Pre-existing Fractures (HTPF) taking into account some assumptions such as finalizing the problem into two dimensional state. In this research, in order to determine stress state in Aras hydropower Program, located in the vicinity of Gharechiler Transmission Tunnel, several HF experiments are to be investigated. As the first stage of performing experiments, initial HF parameters such as breakout, reopening, and shutting pressures as well as fractures orientation were determined. Five distinct methods were employed to determine shutting pressure. Tangent intersection method, exponential pressure decay method, and inflection point method were considered as lower limit, average limit, and finally upper limit respectively. Stresses were also calculated for each abovementioned methods. Afterwards, stress state was analyzed in HF and HTPF methods. For the aim of stress determination in HF, classical and inversion methods were utilized while in HTPF method some algorithms such as Differential Evolution Algorithm were implemented. For the sake of evaluation, stress values have been compared with geological structures as well as world stress map. Having considered the HF tests performed in the region, the ratio of horizontal to vertical stresses based on exponential pressure decay method (average shutting pressure) has been determined for the entire region. The ratio of minimum and maximum horizontal to vertical stresses vary from 0.8 to 2 and 1 to 3 respectively. On the other hand, azimuth of the maximum horizontal stress fluctuates between 120 and 160 Degrees. The most important reason for the wide stress ratio variation is the effect of topography. Furthermore, at the beginning of the tunnel path the stress regime demonstrates thrust faulting and as the tunnel reaches to end, the stress regime will turn to strike slip faulting. Key word: Hydraulic Fracturing, HTPF, Inversion methods, Differential Evolution Algorithm, Numerical methods.
