• norsk
    • English
  • English 
    • norsk
    • English
  • Login
View Item 
  •   Home
  • Fakultet for ingeniørvitenskap (IV)
  • Institutt for geovitenskap og petroleum
  • View Item
  •   Home
  • Fakultet for ingeniørvitenskap (IV)
  • Institutt for geovitenskap og petroleum
  • View Item
JavaScript is disabled for your browser. Some features of this site may not work without it.

Skalerte hydrauliske splitte- og jekkeforsøk i laboratorium

Nordø, Lars Lid
Master thesis
Thumbnail
View/Open
no.ntnu:inspera:54979149:51067221.pdf (26.70Mb)
URI
https://hdl.handle.net/11250/2781555
Date
2020
Metadata
Show full item record
Collections
  • Institutt for geovitenskap og petroleum [2489]
Abstract
Det er utført testforsøk av hydraulisk splitting og jekking på bergartsprøver i laboratorie

ved NTNU (Norge teknisk naturvitenskapelige universitet). Testforsøkenes hensikt

er å sammenlikne metoder for måling av minste hovedspenning for en forenklet ikke-standardisert

jekketest. Oppgaven tar sikte på å tilføre grunnlag for effektivisering av

spenningsmålinger relatert til design av vannkraftverk, og er tilknyttet forskningssenteret

HydroCen.

Kapittel 2 ta for seg relevante bergmekaniske prinsipp. I kapittel 3 presenteres de ulike

målemetodene for hydraulisk splitting og jekking benyttet i forsøkene. Her vil også det

teoretiske grunnlaget for tolkning av spenninger under sprekkelukking bli beskrevet. Kapittel

4 gir en innføring i teori og bruk av akustisk emisjon i kartlegging av mikroseismisk

sprekkeaktivitet. Kapittel 5 går igjennom oppsettet for laboratorieforsøk og beskriver de

ulike utstyrskomponentene. Testresultatene er presentert i kapittel 6.

Fire bergartsprøver i størrelse 30x30x30 cm ble brukt i laboratorieforsøkene for forsøk

av hydraulisk splitting og jekking. Bergartsprøvene er av type homogen Iddefjordsgranitt.

Sprekkekarakteren av splittede sprekker er kartlagt med bruk av akustisk emisjon (AE),

som måler mikroseismisk aktivitet av brudd under sprekkeaktivitet. Sammenlikning av

2D og 3D AE kildeplott mot bilder av prøvestykkene viser at AE hendelser stammer fra

sprekkeaktivitet. Kartlegging av sprekkekarakter viser at hydraulisk splitting forekommer

hovedsaklig normalt på minste hovedspenning, med noen unntak.

Tolkning av sprekkelukking under jekking av sprekk er gjennomført med tre ulike testmetoder;

tradisjonell shut-in prosedyre, flowback metoden og stegvis jekkemetode. To tester

fra hver metode er presentert. Alle tre metodene er blitt benyttet til å estimere shut-in

trykket (Ps). Estimerte Ps har så blitt sammenliknet med beregnede normalspenninger for

sprekkene. Resultatene viser ingen sammenheng med vanlig shut-in prosedyre, som antas

ugyldig på grunn av vannlekkasje ut av prøvestykkene. Trykkanalyse av flowback metoden

viser et mindre avvik på under 0.9 MPa, men det er likevel store forskjeller i resultatet

fra eksisterende forskning som tyder på effekt av vannlekkasje. Stegvis jekking har best

resultat for estimert Ps, med avvik på 0.1 MPa ved bruk av bilineær tolkning. Metoden

viser tydelig åpning og lukking av sprekk i måling av relavtivt vanntap.

Aktivitet av akustisk emisjon er blitt sammenliknet med trykk over tid for å påvise mikroseismisk

aktivitet under lukking av sprekk. Resultatene viser at det er kun flowbackmetoden

som gir en god respons på sprekkelukking fra AE målinger. Injeksjonstrykket

ved AE respons er likevel mye lavere enn hva som er forventet for lukking av sprekk.

Skjærbrudd i etterkant av sprekkelukking er forklart som årsaken, men dette er ikke blitt

validert. AE aktivitet registrert under vanlig shut-in prosedyre og stegvis jekking er svak

og tolket som støy. Endring fra treffbasert til hendelsesbasert parametrisering av AE er

foresl°att framover for å skille støy fra reell mikroseismisk aktivitet.
 
Test experiments have been conducted using hydraulic fracturing and jacking of rock

samples in the laboratory at NTNU (Norwegian university of science and technology).

The purpose of the experiments is to compare methods for measuring the minimum principal

stress for a simplified non-standard jacking test. The thesis aims to add a basis for

streamlining stress measurements related to the design of hydropower plants, and is affiliated

with the HydroCen research center.

Chapter 2 deals with relevant principles of rock mechanics for the thesis. Chapter 3 presents

the different methods for measuring hydraulic fracturing and jacking applied in the

laboratory experiments. Here, the theoretical basis for the interpretation of stress measurement

during fracture closure will be described. Chapter 4 provides an introduction to the

theory and application of acoustic emission in the mapping of microseimsic activity from

fractures. Chapter 5 goes through the practical setup for laboratory experiments and describes

the various components of equipment. The test results and interpretations are presented

in Chapter 6.

Four 30x30x30 cm rock samples were used in the hydraulic fracturing and jacking experiments.

The rock samples are classified as homogeneous Iddefjord granite. The nature of

the induced fractures are mapped using acoustic emission (AE), which measures microseismic

activity in the rock samples. Comparison of 2D and 3D AE source plots against

images of the specimens clearly shows that AE sources are derived from fracture activity.

Observations of the fractures shows that hydraulic fracturing occurs mainly normally on

the minimum principal stress component, although with minor deviations.

Interpretation of fracture closure have been performed with three different test methods;

the traditional shut-in method, the flowback method and the stepwise jacking method. Two

tests from each method are presented in the results. All three methods have been used to

estimate the shut-in pressure (Ps). Estimated Ps have been compared to the calculated normal

stress component of the fractures. The results show no correlation for the traditional

shut-in method, interpreted to be invalid due to water leakage out of the sample. Pressure

analysis of the flowback method shows lesser deviation in shut-in pressure compared to

normal stress from 0 to 0.9 MPa. The results does not correlate with previous research,

which indicates a large effect of water leakage when using this method. Stepwise jacking

proves to be the best method for estimated Ps, with deviations of only 0.1 MPa using

bilinear interpretation. The method shows a clear opening and closing of cracks in the

measurement of relative water loss.

Activity in acoustic emission has been compared to the pressure over time to detect microseismic

activity during fracture closure. The results shows that only the flowback method

gives a good enough response under closure of the fracture in the form of acoustic emission.

However, the injection pressure where acoustic emission occurs is much lower than

what is expected for fracture closure. Shear fractures occuring after complete closure are

therefore explained as the source for this AE activity, but this hypothesis has not been validated.

AE activity recorded during shut-in and step-wise jacking is weak and interpreted

as noise. A change from hit-based to event-based parameterization of AE is proposed to

distinguish noise from real microseismic activity in future research.
 
Publisher
NTNU

Contact Us | Send Feedback

Privacy policy
DSpace software copyright © 2002-2019  DuraSpace

Service from  Unit
 

 

Browse

ArchiveCommunities & CollectionsBy Issue DateAuthorsTitlesSubjectsDocument TypesJournalsThis CollectionBy Issue DateAuthorsTitlesSubjectsDocument TypesJournals

My Account

Login

Statistics

View Usage Statistics

Contact Us | Send Feedback

Privacy policy
DSpace software copyright © 2002-2019  DuraSpace

Service from  Unit