velikost textu

Aproximace statických modulů hornin z dynamických modulů stanovených akustickou karotáží pomocí T-matrix modelu

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Aproximace statických modulů hornin z dynamických modulů stanovených akustickou karotáží pomocí T-matrix modelu
Název v angličtině:
Approximation of static moduli of rocks from dynamic moduli determined by sonic well logging using T-matrix model
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. František Chalupa
Školitel:
doc. RNDr. Jan Vilhelm, CSc.
Oponenti:
RNDr. Vladimír Rudajev, DrSc.
RNDr. Bohuslav Růžek, CSc.
Id práce:
94238
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Ústav hydrogeologie, inž. geologie a užité geofyziky (31-450)
Program studia:
Aplikovaná geologie (P1202)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
18. 6. 2019
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Čeština
Klíčová slova:
porušená hornina, statický modul, dynamický modul, t-matrix model, nelineární elasticita, karotáž
Klíčová slova v angličtině:
fractured rock, static modulus, dynamic modulus, t-matrix model, nonlinear elasticity, well log
Abstrakt:
Abstrakt (CZ) Práce se zabývá využitím T-matrix modelu k odhadu statických modulů hornin ve vrtu z dynamických modulů stanovených pomocí akustické karotáže. Navrženým postupem je možné stanovit hodnoty modulů, které jsou blízké hodnotám statických modulů, které by byly zjištěny zatěžovací zkouškou. Postup je postavený na úvaze, že neporušená hornina o dostatečné pevnosti v prostém tlaku sc a dostatečně vysoké hodnotě statického Youngova modulu ES, vykazuje víceméně lineární elastické chování. V takovém případě jsou hodnoty statických a dynamických modulů totožné. Tato skutečnost byla experimentálně ověřena pro horniny s hodnotami sc a ES v řádu vyšších desítek MPa respektive GPa. V případě přítomnosti porušení v takovéto hornině se ale její chování stává nelineárně elastickým. Míra této nelinearity roste s rostoucí mírou porušení. Důsledkem toho je, že mezi hodnotami statických a dynamických modulů vznikne rozdíl. Ke stanovení tohoto rozdílu je využito T-matrix modelu. To je model založený obecně na anizotropní matrici s elipsoidálními inkluzemi, které se mohou navíc navzájem ovlivňovat. Výsledkem modelování jsou hodnoty elastických konstant, které se označují jako efektivní moduly. Tyto moduly zahrnují i vliv pórovitosti a poruch v hornině, a tak slouží jako odhad statických modulů. Vstupními daty pro zkonstruování a výpočet T-matrix modelu jsou, kromě dynamických modulů z akustické karotáže, i data ze souboru dalších karotážních metod, které přinášejí informaci o litologii a jejích změnách podél osy vrtu a údaje o porozitě a hustotě zastižených hornin. Dále jsou použity statické moduly stanovené na vybraných vzorcích z vrtného jádra a akustický sken stěny vrtu, ze kterého je interpretována přítomnost trhlin. Vrtný profil je na základě výsledků interpretace karotážních dat zjednodušen a rozdělen na kvazihomogenní vrstvy. V rámci těchto vrstev jsou z vrtných jader vybrány jednotlivé vzorky, na kterých jsou následně stanoveny statické moduly jednoosou zatěžovací zkouškou v laboratoři. Z těchto statických modulů a rozdělení do vrstev je sestaven výchozí vrstevnatý model. Stanovená porozita podél osy vrtu je společně s nalezenými trhlinami vyhodnocena do tzv. porozity efektivního média. Ověření navrženého postupu bylo provedeno na experimentálním vrtu, vyhloubeném v silurských vápencích. Z vrtného jádra byly odebrány kromě vzorků pro sestavení a kalibraci modelu navíc i kontrolní vzorky, které posloužily pouze k ohodnocení funkčnosti modelu. Spočtené hodnoty efektivních modulů v příslušné hloubkové úrovni byly porovnávány s hodnotami statických modulů stanovených laboratorně na kontrolních vzorcích. Porovnání dynamických a efektivních hodnot Youngova modulu s hodnotami statických modulů ukázalo, že u většiny kontrolních vzorků došlo ke zmenšení původního rozdílu, který činil až 40 % hodnoty statického modulu, na méně než 10%. 1
Abstract v angličtině:
Abstract (EN) Thesis deals with an approximation of static moduli in wells from dynamic moduli determined by acoustic well logging using T-matrix model. Proposed approach makes possible to determine moduli values, which are close to values of static moduli, which would be determined by loading tests. This approach is based on an idea, that an intact rock with sufficiently high compressional strength sc and sufficiently high value of static Young's modulus Es, manifests more or less linear elastic behaviour. In such case, the values of static and dynamic moduli are identical. This fact has been experimentally verified for rocks with values of sc and Es in order of higher tens of MPa and GPa respectively. In case of a rock damage presence in such rock, it's behaviour becomes nonlinearly elastic. The amount of nonlinearity is proportional to increasing amount of rock damage. This results in the difference between values of static and dynamic moduli. T-matrix model is used to quantify this difference. This model is based on an anisotropic rock matrix with ellipsoidal inclusions. These inclusions can affect each other. The result of this model calculation is a group of values of elastic constants, which we call effective moduli. These effective moduli include the effect of porosity in the rock as well and they serve as an estimate of static moduli. Input data for T-matrix model construction and calculation are based on several following parameters. Firstly it is acoustic well logging providing dynamic moduli. Secondly it is data from the set of other well logging methods which provide information about lithology and its changes along the borehole and porosity and density data of rocks in which the borehole is situated. Further on, static moduli determined by loading tests on selected core samples and acoustic scan of borehole wall from which presence of cracks is interpreted, are used. Based on results of well logging data interpretation, the borehole profile is simplified and divided into quasihomogeneous layers. Within these layers, individual core samples are selected on which static moduli are determined by uniaxial static loading tests in laboratory. By combination of these static moduli and layered profile, the initial layered model is put together. Determined porosity of rock along the borehole is interpreted, in combination with detected cracks, into so called effective medium porosity. Verification of proposed approach has been carried out on experimental well, drilled in Silurian limestones. Aside from core samples used for putting together the model and its calibration, a set of control samples has been taken. These served for model functionality evaluation only. Effective moduli values calculated in depths respective to control samples have been compared to static moduli values, determined on these samples in laboratory. The final comparison of dynamic and effective values of Young's modulus with static values showed significant mitigation of initial difference. For majority of control samples, the difference dropped from initial value of around 40 % of static modulus value, to less than 10 %. 1
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. František Chalupa 17.98 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. František Chalupa 51 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. František Chalupa 50 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Mgr. František Chalupa 5.06 MB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Vladimír Rudajev, DrSc. 150 kB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Bohuslav Růžek, CSc. 68 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 760 kB