Laboratory characterization of time-dependent mechanical behaviours of sand at high compressive stresses

Drew Gilchrist, Zhe Peng, Wenbo Zheng, Chao Kang, Jianhui Zhou

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoNiagara 2021: 74th Canadian Geotechnical Conference; 14th joint with IAH-CNC

RÉSUMÉ: Les agents de soutènement de sable placés dans les fractures hydrauliques sont souvent soumis à des contraintes de compression élevées, ce qui peut induire le concassage du sable et réduire la conductivité hydraulique du sable. Des études antérieures ont étudié en détail le concassage de différents sables à des contraintes de compression élevées. Dans cette étude, nous explorons expérimentalement les comportements mécaniques du sable en fonction du temps à des contraintes de compression élevées. Le sable Jordan avec différentes distributions de tailles a été testé dans des tests de compression de fluage à cinq niveaux de contrainte différents, et les résultats ont été comparés à des tests de compression instantanée. La déformation élastique, plastique et fluage du sable à différentes contraintes de compression a été mesurée. Les événements d'émission acoustique liés au concassage et au réarrangement du sable ont été surveillés par des capteurs piézoélectriques pour comprendre la rupture et la déformation du sable lors des essais de compression par fluage. Des conclusions sur les comportements dépendant du temps du sable, y compris la rupture du sable, la distribution granulométrique, la déformation du sable et la conductivité hydraulique estimée du sable sont tirées, ce qui contribue à une meilleure sélection du sable comme agent de soutènement dans la fracturation hydraulique.

ABSTRACT: Sand proppants placed in hydraulic fractures are often subjected to high compressive stress, which can induce sand crushing and reduce sand hydraulic conductivity. Previous studies have investigated the crushing of different sand at high compressive stresses in great detail. In this study, we experimentally explore the time-dependent mechanical behaviours of sand at high compressive stresses. Jordan sand with different size distributions was tested in creep compression tests at five different stress levels, and the results were compared with instant compression tests. The sand's elastic, plastic, and creep deformation at different compressive stresses were measured. The acoustic emission events related to sand crushing and rearrangement were monitored by piezo-electric sensors for understanding sand breakage and deformation during the creep compressional tests. Conclusions on the time-dependent behaviours of the sand, including sand breakage, grain size distribution, sand deformation, and estimated sand hydraulic conductivity are drawn, which contributes to better selecting sand as proppants in hydraulic fracturing.

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