Spannungen

 

Eine große Anzahl felsmechanischer Aufgabenstellungen (Standsicherheitsbewertung unterirdischer Hohlräume, Beurteilungen von Gebirgsdeformationen, Planung von hydraulischen Fracs etc.) erfordert die Kenntnis des primären 3D Gebirgsspannungszustandes

Für die direkte Ermittlung der in situ Gebirgsspannungen stehen aber nur sehr begrenzte Messmöglichkeiten zur Verfügung. Meist lassen sich damit nur einzelne Komponenten der komplexen Belastungen ermitteln. Deshalb wurde zur Bestimmung aller erforderlichen 3D Gebirgsbelastungen das spezielle Analysepaket RACOS^® entwickelt. Das ermöglicht zudem die Abschätzung zukünftig zu erwartender Spannungsänderungen infolge von Porendruckvariationen.

Bei allen Aufgabenstellungen ist es zwingend erforderlich, den Porendruck bzw. seine Änderungen zu berücksichtigen und so zwischen den effektiven und den totalen Spannungskomponenten zu unterscheiden.

 

►	Totale Spannungen Sie beschreiben die äußeren Belastungen eines Gesteinselements. Das bekannteste Beispiel ist die totale Vertikalspannung als Ausdruck der Auflast des Deckgebirges. Diese lässt sich aus der Teufe und der mittleren Dichte der überlagernden Gesteinsschichten direkt ermitteln. Eine weitere (in situ direkt messbare) Größe ist der Ruhedruck beim hydraulischen Frac. Dieser entspricht der minimalen totalen Gebirgsspannungskomponente.
►	Porendrücke Diese beschreiben die Drücke der in den meisten Gesteinen enthaltenen Fluida. Wegen des realen Gesteinsaufbaues wirkt der Porendruck mechanisch nicht vollständig und in der Regel auch nicht gleichmäßig in allen Richtungen. Diese Reduktion seiner mechanischen Wirkungen wird durch die richtungsbezogenen Faktoren der Porendruckwirksamkeit beschrieben.
►	Effektive Spannungen Diese beschreiben stets die relevanten Belastungen für die Bewertung von Deformationen und Stabilitäten. Sie sind definiert als (jeweils richtungsbezogene) Differenz der totalen Spannung und des wirksamen Porendruckes.
►	Änderungen der Gebirgsspannungen Die Änderungen der Gebirgsspannungen können infolge von Porendruckvariationen auftreten. Diese sind unabhängig von den lokalen Sekundärspannungen die sich um unterirdische Hohlräume ausbilden. Die Kenntnis der in situ Spannungsänderungen ist wesentlich für die Vorabeinschätzung von Gebirgsdeformationen und der damit verbundenen Modifikation der Porositäten und Permeabilitäten.

 

Für weitere Informationen zu den Gebirgsspannungen siehe:
Braun, R.: Predicting Production Induced Changes in Reservoirs. OIL GAS European Magazine, 3/2006, pp. OG124 - OG129
Braun, R.: A Commonly Neglected Factor in Rock Mass and Borehole Stability. OIL GAS European Magazine, 2/2007, pp. OG79 - OG82

Braun, R.: Consideration of 3D Rock Data for Improved Analysis of Stability and Sanding. OIL GAS European Magazine, 2/2008, pp. OG64 - OG68

Braun, R.: Reservoir Pressure and Mechanical Integrity of the Overburden. Erdöl Erdgas Kohle, Vol. 125, No.11, S. 427-432, 2009

Braun, R.: Critical Borehole Orientations - Rock Mechanics Aspects. OIL GAS European Magazine, II/2010, pp. OG75 - OG79