О синергетике поведения горных пород в условиях горного и пластового давления

Abstract

В публикации рассмотрены элементы структуры, масштабный эффект, вид напряженно-деформированного состояния и их влияние на прочность горной породы. Также изучено влияние насыщающих флюидов и вида напряженно-деформированного состояния на прочность горной породы и ее диспергирование. Определено влияние динамических воздействий на прочность и структурные изменения. Диссипация энергии в твердом теле происходит только при возникновении сдвиговых напряжений с образованием деформированного состояния. При этом время релаксации энергии определяется суммой времен действия и деформационного последействия после прохождения импульса, а время релаксации импульса соразмерно со временем действия динамической нагрузки. Поэтому время релаксации энергии намного превышает время релаксации импульса. При отсутствии внешнего воздействия на горные породы в окрестности выработки состояние геологической среды определяется величиной горного и пластового давлений, в частности соотношением компонент тензора напряжений, а при наличии жидкости в выработке (скважине) – также величиной ее давления. Дисперсия прочности горной породы и условие ее предельного равновесия определяется соотношением «размер выработки–размер макротрещины или множества трещин в ее окрестности», видом насыщающего флюида и видом напряженно-деформированного состояния в горном массиве. При внешнем слабом, по сравнению с потенциальной энергией пласта, динамическом воздействии на хрупкие и квазихрупкие горные породы (взрыв, удар, проникание) в зависимости от параметров воздействия в окрестности выработки или пробитого отверстия, кроме макротрещин, образуются диссипативные структуры в виде мельчайших трещин на микро- и мезоуровне. Они в последствии под действием горного давления и соответствующих насыщающих жидкости или газа формируют зоны диспергирования и каналы для притока пластовых флюидов к скважине, увеличивая проницаемость горной породы и обеспечивая нелинейное, постепенное во времени увеличение продуктивности скважины.