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地力学のシミュレーション
公開日：2019年12月
エネルギー産業、鉱業、民需産業、および輸送業は、炭化水素や鉱物を生産するため、また長年使用できる土木構造物を建設するために、地下の掘削、鉱山の採掘、橋梁や道路の建設など、地力学的作業に関わっています。それぞれの作業および製品を最適化するためには、地質材料の力学および挙動を十分に理解することが不可欠です。Ansys Mechanicalは、土壌、コンクリート、岩石を含む地質材料モデルなど、幅広い地力学シミュレーションツール（「地力学ツールボックス」と呼ばれる）を備えています。これらの高度な材料モデルとAnsysの連成解析を使用することで、 水圧破砕の影響、土壌と構造物の相互作用、および基礎と掘削の安定性の予測が可能になります。また、 この高度な予測機能と、Ansys DesignXplorerによる不確実性の数値化を組み合わせることにより、 資本集約的ビジネスの決定に伴うリスクを低減することができます。
目次
- 地質材料
- 地力学的シミュレーションのアプリケーション
- 掘削
- 圧縮と陥没
- 水圧破砕
- サクションパイル
- 斜面安定性
掘削
坑井掘削では、地質学および地力学的特性に応じて、坑井の陥落、掘削に誘発される裂け目、掘削泥水の損失などの問題が起こります。これらの掘削問題を軽減するには、掘削泥水重量によって生じる岩石の変形について十分に理解することが不可欠です。この理解を基に、掘削作業に最適な泥水重量を選択できます。Ansysの地質材料モデルを使用すれば、地下岩石をモデリングし、掘削に誘発される陥落や裂け目に対する泥水重量の影響を理解できます。また、Ansys DesignXplorerを使用して不確実性を数値化し、リスクをより正確に評価することにより、地下の特性解析における不確実性の影響を理解することができます。
圧縮と陥没
坑井の掘削後、炭化水素を継続的に生産すると、貯留層の圧縮による地表陥没と誘発地震が起こります。生産開始前および以後生産期間に渡って定期的に各現場の陥没量を見積もることが規制で義務付けられています。Ansysの地下岩石用材料モデルと、流体拡散および固体変形の連成解析をあわせて使用すれば、数年間の生産期間に渡る貯留層の圧縮と地表陥没を予測することができます。
水圧破砕
近年の石油価格の高騰と水平掘削技術の進歩により、沿岸部での頁岩油およびガス資産の探索と生産の急成長に拍車がかかっています。頁岩貯留層は密で、浸透性が低いため、水圧破砕での刺激によって、坑井までつながる透過性チャネルが作られます。これらの透過性チャネルにより、そうでなければ坑井に閉じ込められる炭化水素を坑井へと透過させ、頁岩油およびガスを表面に押し出すことができます。亀裂網の幅と範囲は生産能力を左右し、貯留層エンジニアが現場計画時に採掘率と経済性を見積もるためにも使用されます。Dynardo Software and Engineering社は、Ansysを使用して水圧破砕ツールボックスを開発しました。
