SUMMARY:

Underground boreholes in rock salt must be safely sealed from potential fluids of petrostatic pressure. Fracture of the surrounding rock must be prevented. However, measurements in the Asse-salt mine indicate that the pressure, at which cracking occurs, is decreasing in the vicinity of galleries. This influence is very strong, so that no increase of frac-pressure with depth could be found within a radius of 20 m. Finite element calculations can give an idea of the dependence of the frac-pressure from the gradually changing state of stress about an open borehole.

ZUSAMMENFASSUNG:

Fuer untertãgige Bohrungen im Salzgebirge werden sichere Bohrlochabschluesse verlangt gegen Fluide, die unter petrostatischem Druck zusitzen können. Ein Brechen des umgebenden Gesteins muß vermieden werden. Messungen, die im Rahmen eines Versuchsprogramms im Salzbergwerk Asse ausgefuehrt werden, zeigen aber, dad der Brechdruck des Salzgesteins in der Nãhe der Strecken stark abnimmt. Der EinfluB des Streckenhohlraums ist so groß, daß im Umkreis der Strecken von ueber 20 m keine Zunahme des Brechdrucks mit der Teufe festgestellt werden kann. Finite-Element-Rechnungen geben Hinweise auf den Zusammenhang zwischen Brechdruck und dem sich langsam andernden Spannungszustand um ein offenes Bohrloch.

RESUME:

On demande pour les sondages souterrains, qui sont faits dans le terrain de sel, que les fermetures des trous de sonde peuvent resiter à la pression petrostatique des fluids. On doit eviter, que la roche englobante brise. Le programme de recherche est fait dans la mine de sel. Mais les mesures montrent, que la cassure des bancs competents de 1''evaporite diminue dans le voisinage des galeries. L''influence du vide de la voie ou de la galerie est si grande, que la cassure de bancs competents, qu''on mesure dans un rayon des galeries de plus que vingt mètres, n''accroît pas avec la profondeur. Il existe une relation entre la cassure de bancs competents et 1''etat de contrainte, qui existe autour du trou de sonde ouvert et qui se change lentement. La methode, FINITE-ELEMENT, montre cette relation.

EINLEITUNG

Im Hinblick auf eine geforderte sichere sãkulare Lagerung von radioaktiven Abfallen ist der Gesellschaft fuer Strahlen- and Umweltforschung (GSF) das ehemalige Steinsalzbergwerk Asse zur Durchfuehrung von einschlãgigen Forschungs- and Entwicklungsarbeiten uebertragen worden. Zu den Problemen, die sich hier bei den Standsicherheitsuntersuchungen ergeben, gehõrt die Frage, wie sich das aus der Praxis des Salzbergbaus bekannte gute mechanische Tragverhalten des Salzgebirges langfristig erhalten laßt, wenn einzelne Hohlraume im Salinar unter hydraulischen Innendruck gesetzt werden. Diese Frage wird hier fuer untertagig ansetzende Bohrungen untersucht, wo unerwartete Fluessigkeits- oder Gasaustritte erfolgen kõnnen, fuer die die Bergbehörde sichere Bohrlochabschluesse fordert. Die Bohrlochverschluesse muessen so ausgefuehrt sein, dad sie den Druck der zusitzenden Fluide aufnehmen können, ohne daß es in der Umgebung der Verschluesse zu einem Aufreißen des Gebirges kommt und die Fluide unkontrolliert austreten. Es ist also zu untersuchen, bei weichem Innendruck einer Bohrung das Gebirge bricht (fract). Bei der Behandlung dieser Fragestellung soll in Analogie zu allgemeinen Prinzipien einer Standsicherheitsanalyse vorgegangen werden. Demnach - ist zu untersuchen, weiche Erfahrungen aus der Praxis fiber das geomechanische Verhalten vergleichbarer untertãgiger Hohlraume vorliegen, - ist eine Modellvorstellung fuer das Problem zu entwickeln, mit deren Hilfe das Spannungs-, Verformungs- und Bruchverhalten numerisch abgeschatzt werden kann, - sind in-situ-Untersuchungen vorzunehmen, so dad ein Vergleich zwischen dem vorausberechneten und dem tatsachlichen Gebirgsverhalten möglich ist. Eine derartige Analyse ist entsprechend dem jeweiligen Kenntnisstand gegebenenfalls fortzuschreiben.

ERFRAHRUNGEN DER PRAXIS

Als ein wesentliches Bauelement des Bohrlochverschlusses werden in der Praxis "Standrohre" verwendet. Dies sind koaxial in die Bohrungen einzementierte, einige Meter lange Rohre, die am Stoß durch eine Kopfplatte fest verschlossen sind. Sie halten den radial wirkenden Innendruck von der Bohrlochwand fern and wandeln den axial auf die Kopfplatte gerichteten Druck in axial gerichtete Schubspannungen auf der Bohrlochwand um. Diese allein verbleibende Beanspruchung der Bohrlochwandung kann beliebig klein gemacht werden, wenn das Standrohr hinreichend lang gewahlt wird. Eine solche zuverlassige''Möglichkeit, die Beanspruchung des Gebirges im Bereich des StoBes herabzusetzen, hat sich als notwendig erwiesen, da der Druck angebohrter Fluideinschluesse so hoch sein kann, daß das Gebirge ohne diese Maßnahme in der Umgebung des Verschlusses brechen wuerde. Experimentell ermittelte Bohrloch-Innendruecke, die zum Bruch des Gesteins fuehrten ("Brechdruecke", "Fracdruecke"), streuen stark. Bedingt ist dies durch die Einwirkung folgender Parameter:

  • Inhomogenitat and Anisotropie des Gebirges

  • auderes Spannungsfeld um die Bohrung

  • elastische and plastische Eigenschaften des Gesteins

  • Existenz von Mikrorissen and Art ihrer Ausbildung

  • Porenwasserdruck.

Möglich erscheint such eine Zunahme des Brechdrucks mit der Teufe. Wenn man annimmt, daß der Spannungszustand im Gebirge wesentlich durch die Gewichtskraft des ueberlagerten Gesteins bestimmt wird, mueßte ein solcher petrostatischer Druck vor dem Aufreißen des Gesteins erst ueberwunden werden. Diese Abhangigkeit des Brechdruckes von der Teufe konnte aber bisher nicht nachgewiesen werden, eventuell deshalb, weil die Meßpunkte in Stoßnahe lagen, wo das Spannungsfeld stark verãndert ist. Zur Überpruefung der Sicherheit werden die Standrohre vor Inbetriebnahme unter den õrtlichen petrostatischen Druck gesetzt.

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