Interpretation von Korrelationen in der stressabhängigen Permeabilität, Porosität und Kompressibilität von Gesteinen: Ein Standpunkt aus der Theorie der endlichen Dehnung

Zusammenfassung Die Eigenschaften von stressabhängigen Eigenschaften von Gesteinen werden typischerweise durch empirische Gesetze beschrieben. Es ist von entscheidender Bedeutung, ein universelles Gesetz zu entwickeln, das die Gesteinseigenschaften mit dem Stress verbindet. Die vorliegende Studie konzentriert sich darauf, die Korrelationen zwischen Permeabilität, Porosität und Kompressibilität, die in Experimenten beobachtet wurden, zu untersuchen. Dazu schlagen wir ein neuartiges auf endlicher Dehnung basierendes Zweikomponentenmodell (FS‐DC) vor, das in der Theorie der endlichen Dehnung im Rahmen der Kontinuumsmechanik verankert ist. Das FS‐DC-Modell zerlegt das ursprüngliche Problem in die Komponenten der Gesteinsmatrix und der Mikro-Poren/Risse. Der Deformationsgradienten-Tensor wird verwendet, um die konstitutiven Beziehungen abzuleiten. Eine der Neuheiten ist, dass die stressabhängigen Variablen in der aktuellen Konfiguration berechnet werden, im Gegensatz zur Referenzkonfiguration, die in der Theorie der kleinen Deformation verwendet wird. Das Modell hat nur eine geringe Anzahl von Parametern, die jeweils spezifische physikalische Interpretationen besitzen. Es kann durch geeignete Vereinfachungen auf bestehende Modelle reduziert werden. Dann wird die Leistung des Modells anhand experimenteller Daten, einschließlich Permeabilität, Porosität, Kompressibilität, volumetrischer Dehnung und spezifischer Speicherung, überprüft. Es zeigt sich, dass die Variationen dieser Eigenschaften effektiv durch das vorgeschlagene Modell beschrieben werden. Weitere Analysen zeigen den Einfluss der Parameter von Poren/Rissen. Die Gültigkeit des FS‐DC-Modells wird über einen breiten Druckbereich hinweg überprüft. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Gesteinseigenschaften bei hohen Einschnürdrücken (300 MPa) von denen unterscheiden, die unter relativ niedrigen Drücken (200 MPa) beobachtet werden. Diese Diskrepanz kann auf inelastische Verhaltensweisen der Mikrostruktur zurückgeführt werden, wobei das Gesteinsgerüst einer dauerhaften Deformation und Zerstörung unterliegt.