dc.contributor.advisor | Nilsen, Bjørn | |
dc.contributor.advisor | Ødegaard, Henki | |
dc.contributor.author | Nordø, Lars Lid | |
dc.date.accessioned | 2021-09-24T17:38:37Z | |
dc.date.available | 2021-09-24T17:38:37Z | |
dc.date.issued | 2020 | |
dc.identifier | no.ntnu:inspera:54979149:51067221 | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11250/2781555 | |
dc.description.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. | |
dc.description.abstract | 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. | |
dc.language | nob | |
dc.publisher | NTNU | |
dc.title | Skalerte hydrauliske splitte- og jekkeforsøk i laboratorium | |
dc.type | Master thesis | |