RU2671502C2 - Индексы структурного различия верхних зон заполнения ордовикского известняка и способ их определения - Google Patents
Индексы структурного различия верхних зон заполнения ордовикского известняка и способ их определения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2671502C2 RU2671502C2 RU2016134036A RU2016134036A RU2671502C2 RU 2671502 C2 RU2671502 C2 RU 2671502C2 RU 2016134036 A RU2016134036 A RU 2016134036A RU 2016134036 A RU2016134036 A RU 2016134036A RU 2671502 C2 RU2671502 C2 RU 2671502C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- filling
- value
- zone
- permeability
- Prior art date
Links
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 title claims abstract description 48
- 239000006028 limestone Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 227
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims abstract description 63
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 46
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 46
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 27
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 17
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims description 12
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims description 11
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 9
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 9
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004836 empirical method Methods 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/24—Earth materials
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
- Examining Or Testing Airtightness (AREA)
Abstract
Изобретение относится к исследованию водосодержащих геологических структур. Представлен способ определения индексов структурного различия верхних зон заполнения Ордовикского известняка, согласно которому: сначала определяют три типа структур зоны заполнения, а именно структуру с непрерывным заполнением, структуру с прерывистым заполнением и структуру, свободную от заполнения; затем определяют индексы различия в соответствии с тремя типами структур зоны заполнения, включающие: величину q прорыва воды к скважине, величину расхода Q подземной воды и коэффициент K проницаемости участка Ордовикского известняка; затем соответственно определяют пороговые значения для каждого индекса в соответствии с различными водоупорными свойствами, соответствующими указанным трем структурам; причем индексы получают посредством нескольких этапов на основании расчета из заданных соотношений величин прорыва воды и коэффициента проницаемости для подземной скважины. Достигается простота осуществления способа и легкость его выполнения полевыми сотрудниками. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 6 табл.
Description
Область техники
Настоящее изобретение относится к индексам структурного различия для водосодержащих геологических структур и способу их определения, в частности, к индексам структурного различия верхних зон заполнения Ордовикского известняка и способу их определения.
Уровень техники
Являясь сильным водоносным горизонтом в районах угольных месторождений Северного Китая, Ордовикские известняки неизменно представляют собой главную угрозу причинения повреждений водой при добыче угля в нижней группе. Кроме того, по мере увеличения глубины добычи давление воды увеличивается и опасные факторы становятся все более и более серьезными. По сделанным оценкам геологические запасы угля, находящиеся под угрозой высокого давления воды Ордовикского известняка (с коэффициентом прорыва воды, превышающим 0,1 МПа/м) в глубинной части угольных месторождений Северного Китая, составляют приблизительно 15 миллиардов тонн. Следовательно, в последние годы задачей исследований для угольных месторождений Северного Китая является реализация безопасной добычи угля нижней группы, находящейся под давлением, и уменьшение стоимости добычи.
До нового столетия большинство исследователей концентрировали свое внимание на исследовании оценки риска, связанного с прорывом воды Ордовикского известняка, или механизма прорыва воды во время добычи угля нижней группы, пренебрегая значением того, что верхнюю часть Ордовикского известняка, являющуюся корой выветривания палеозоя, можно использовать в качестве водоупорного пласта и слабо водоупорного (проницаемого) пласта (который можно модифицировать в водоупорный пласт путем цементации) во многих шахтах (районах добычи) благодаря его геологической формации и структуре, а также характеристикам заполнения. Поскольку с наступлением нового столетия в некоторых шахтах угольных месторождений Северного Китая коэффициент прорыва воды в Ордовикском известняке на глубине добычи достиг критического значения, большая часть угля нижней группы на большой глубине залегания не может быть разработана. На настоящем этапе важнейшей задачей является реализация безопасной добычи угля в нижней группе. Масштабные полевые испытания по нагнетанию (расходу) воды показали, что как только при бурении достигается Ордовикский известняк, прорыв воды оказывается очень небольшим или отсутствует, указывая на то, что верхняя часть Ордовикского известняка является слабопроницаемой средой, которую можно использовать непосредственно в качестве водоупорного пласта. Полевые испытания нагнетанием/расходом воды также указывают на то, что прорыв воды является умеренным, или содержание воды незначительно отличается от нижележащего сильного водоносного горизонта Ордовикского известняка, когда некоторые скважины пробурены к верхней части Ордовикских известняков. Это указывает на то, что зоны заполнения существенно отличаются друг от друга по проницаемости и в большинстве случаев не могут использоваться в качестве водоупорного пласта. С точки зрения контроля инфильтрации на основе структуры массива горных пород считается, что ключевым фактором для контроля зоны заполнения для демонстрации различной проницаемости является структура зоны.
Различие по типу верхних зон заполнения Ордовикского известняка и использование свойства водостойкости были постепенно признаны и доказаны на практике добычи на нескольких шахтах. Что касается определения типов зон заполнения, в настоящее время для грубого и качественного определения типов зон заполнения в основном используют такие способы, как наблюдение и описание кернов при бурении, а также статистику трещиноватости и тому подобное. Такие способы включают в себя серьезные искусственные субъективные факторы и испытывают нехватку количественных мер определения индексов.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей настоящего изобретения является обеспечение индексов структурного различия верхних зон заполнения Ордовикского известняка и способа их определения для решения проблем существующих способов, которые используют наблюдение и описание кернов при бурении и статистику трещиноватости для грубой и качественной классификации типов зон заполнения, и которые содержат серьезные искусственные субъективные факторы и испытывают нехватку количественных мер определения индексов.
Задача настоящего изобретения решается следующим образом: настоящее изобретение включает в себя индексы структурного различия и способ определения структур:
I. Индексы структурного различия: сначала определяют три типа структур зоны заполнения, а именно, структуру с непрерывным заполнением, структуру с прерывистым заполнением и структуру, свободную от заполнения; затем определяют индексы различия в соответствии с тремя типами структур зоны заполнения, что включает в себя: величину q прорыва воды к скважине, величину расхода Q подземной воды и коэффициент K проницаемости участка Ордовикского известняка; затем в указанном порядке определяют пороговые значения для каждого индекса в соответствии с различными водоупорными свойствами, соответствующими трем структурам;
конкретнее, индексы получают следующими способами:
1. сначала выполняют обширное взятие проб в местах выхода на поверхность пластов зон заполнения для исследования состояния заполнения трещин глиной в зоне заполнения, и различают зоны заполнения по степени заполнения трещин на: структуру с непрерывным заполнением, структуру с прерывистым заполнением и структуру, свободную от заполнения; классифицируют типы зон заполнения, соответствующие трем структурам зоны заполнения, как соответственно водоупорную зону заполнения, слабую водоупорную зону заполнения и водонасыщенную зону заполнения;
2. если глубина залегания в зоне заполнения составляет более 300 м, определяют три индекса структуры зоны заполнения в соответствии с результатом испытания нагнетанием/расходом воды, а именно: величину q прорыва воды к скважине, величину расхода Q подземной воды и коэффициент K проницаемости участка Ордовикского известняка;
2-1 получают величину q прорыва воды к скважине: комплексно определяют глубину завершения разработки в зоне заполнения в соответствии с коэффициентом выноса керна, расходом продавочной текучей среды и степенью разработки глинистой породы в скважине; глубину завершения разработки в зоне заполнения определяют как глубину завершения разработки глинистой породы, где коэффициент выноса керна составляет менее 50%; таким образом, участок для испытания нагнетанием воды определяют как участок, начинающийся от начальной точки Ордовикского известняка до этой глубины, а величину q этого участка рассчитывают по формуле (1)
где Q - расход скважины, м3/с; М - толщина участка нагнетания воды, м; sw - понижение уровня воды в скважине, м; R - радиус влияния скважины, м; rw - радиус скважины для нагнетания воды, м;
2-2 получают величину расхода Q подземной воды: выполняют испытание по определению расхода воды для подземной скважины и регистрируют величину расхода воды на участке каждые 2 минуты; для испытаний по определению расхода подземной воды, которые ранее не выполнялись с такой высокой интенсивностью регистрации, производят анализ зарегистрированных величин расхода воды путем аппроксимации, в качестве примера, объясняющего аппроксимирующую формулу определения расхода воды для одной скважины, получают величины расходуемой на различных глубинах воды, начиная от начальной точки Ордовикского известняка, по аппроксимирующей формуле (2);
где, x - глубина в Ордовикском известняке, м; Q - величина прорыва воды на различной глубине в Ордовикском известняке, м3/с;
2-3 получают коэффициент K проницаемости: для подземной скважины проводят испытание на расход воды, и при закрытом клапане на участке во время расхода воды регистрируют статическое давление P1 воды и мгновенное давление P2 воды, соответственно, для представления давления воды на участке при испытании на расход воды; рассчитывают фактическую величину S понижения уровня воды в процессе расхода воды и рассчитывают коэффициент K проницаемости на участке по формулам (3) и (4)
где K - коэффициент проницаемости, см/с; значения других параметров являются такими же, как в формуле (1);
3. определяют пороговое значение для величины q прорыва воды к скважине, величины расхода Q подземной воды и коэффициента K проницаемости посредством следующих этапов:
3-1 определяют пороговое значение величины q прорыва воды к скважине: поскольку структура с непрерывным заполнением является водоупорной и при испытании нагнетанием воды участок нагнетания воды проявляет водоупорные свойства при q<0,001 л/с⋅м, участок со значением q<0,001 л/с⋅м определяют как водоупорную зону заполнения; поскольку структура с прерывистым заполнением имеет слабую водопроницаемость и при испытании нагнетанием воды участок нагнетания воды проявляет свойство слабой водопроницаемости при 0,001<q<0,01 л/сек⋅м, участок со значением 0,001<q<0,01 л/с⋅м определяют как зону заполнения со слабой водопроницаемостью; поскольку структура, свободная от заполнения, является водонасыщенной и при испытании нагнетанием воды участок нагнетания воды проявляет свойство водонасыщения при q>0,01 л/с⋅м, участок со значением q>0,01 л/с⋅м определяют как водонасыщенную зону заполнения;
3-2 определяют пороговое значение для величины расхода Q подземной воды: относительное содержание воды в структуре зоны заполнения является таким же, как и на этапе 3-1; пороговое значение для Q получают как произведение порогового значения для величины q, определенной на этапе 1, на среднее понижение уровня воды на глубине залегания более 300 м; на основе положения залегания пластов угля нижней группы при глубине залегания более 300 м, определяют четыре уровня давления воды Ордовикского известняка, то есть, 3 МПа, 4 МПа, 5 МПа и 6 МПа соответственно; дополнительно, понижение уровня воды при испытании нагнетанием/расходом воды предполагают в качестве максимального уровня понижения, то есть, 300 м, 400 м, 500 м и 600 м, соответственно; таким образом, определяют пороговое значение для величины прорыва воды к скважине;
3-3 определяют порог для коэффициента K проницаемости: относительное содержание воды в структуре зон заполнения является таким же, как и на этапе 3-1; поскольку испытуемый участок проявляет водоупорное свойство при испытании нагнетанием, когда коэффициент K проницаемости составляет K<10-5 см/с, участок со значением K<10-5 см/с определяют как водоупорную зону заполнения; поскольку испытуемый участок проявляет свойство слабой водопроницаемости при испытании нагнетанием, когда коэффициент K проницаемости составляет 10-5<K<10-4cм/c, участок со значением 10-5<K<10-4 см/с определяют как зону заполнения со слабой водопроницаемостью; поскольку испытуемый участок проявляет свойство водонасыщения при испытании нагнетанием, когда коэффициент K проницаемости составляет K>10-4 см/с, участок со значением K>10-4 см/с определяют, как водонасыщенную зону заполнения;
II. Способ определения структуры включает в себя следующие этапы, на которых:
1. определяют типы зон заполнения и толщины каждой из зон заполнения в полном соответствии с упомянутыми выше оценочными индексами и пороговыми значениями, причем водоупорную зону заполнения можно непосредственно использовать в качестве водоупорного пласта; зону заполнения со слабой водопроницаемостью можно модифицировать путем цементации и затем использовать; водонасыщенная зона заполнения не может использоваться в качестве водоупорного пласта, поскольку она имеет такую же водопроницаемость, как нижележащий Ордовикский известняк;
2. наносят на карту изолинии толщины водоупорной зоны заполнения, изолинии коэффициента прорыва воды без учета водоупорной зоны заполнения, и изолинии коэффициента прорыва воды с учетом водоупорной зоны заполнения, соответственно; сравнивают и анализируют две карты с изолиниями, и определяют безопасную зону добычи угля в нижней группе.
Положительные эффекты: с помощью вышеупомянутой схемы предложены индексы структурного различия для зон заполнения и решена проблема, связанная с трудностью различия зон заполнения при глубоком залегании на глубине более 300 м в угольных месторождениях Северного Китая. Дополнительно предложены структурные пороговые значения для индексов, то есть, обеспечен количественный критерий для структур зоны заполнения, и обеспечено решение проблемы, состоящей в том, что существующий эмпирический способ определения зон заполнения содержит значительный субъективизм. Водоупорную зону заполнения, определенную в настоящем изобретении, можно непосредственно использовать в качестве водоупорного пласта; зону заполнения со слабой водопроницаемостью можно модифицировать путем цементации и затем использовать; водонасыщенная зона заполнения не может использоваться в качестве водоупорного пласта, поскольку она имеет такую же водопроницаемость, как нижележащий Ордовикский известняк; таким образом, предложена основа технической поддержки для использования зон заполнения для реализации безопасной добычи угля нижней группы ниже глубины залегания более 300 м в угольных месторождениях Северного Китая.
Эффекты: Индексы структурного различия, описанные в изобретении, получены на основе стандартных гидрологических испытаний. Способ получения является относительно простым, легким для выполнения полевыми сотрудниками, а также удобным для применения и использования в полевых условиях. Индексы структурного различия и пороговые значения, предложенные в настоящем изобретении, применимы для зон заполнения угольных месторождений Северного Китая и обладают высокой степенью и широкими перспективами применения.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлено схематическое изображение структуры и относительного содержания воды верхних зон заполнения Ордовикского известняка согласно настоящему изобретению;
На фиг. 2 показан способ определения индексов структур зоны заполнения согласно настоящему изобретению;
На фиг. 3 представлена карта с изолиниями толщины верхних зон заполнения Ордовикского известняка на угольной шахте Baodian согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
На фиг. 4 приведена карта распределения коэффициентов прорыва воды Ордовикского известняка в пласте 17 на угольной шахте Baodian согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
На фиг. 5 приведена карта распределения коэффициентов прорыва воды Ордовикского известняка с зонами заполнения, принятыми к рассмотрению в пласте 17 на угольной шахте Baodian, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение включает в себя индексы структурного различия и способ определения структуры;
I. Индексы структурного различия: сначала определяют три типа структур зоны заполнения, а именно, структуру с непрерывным заполнением, структуру с прерывистым заполнением, и структуру, свободную от заполнения; затем определяют индексы различия в соответствии с тремя типами структур зоны заполнения, что включает в себя: величину q прорыва воды к скважине, величину расхода Q подземной воды и коэффициент K проницаемости участка Ордовикского известняка; затем в указанном порядке определяют пороговые значения для каждого индекса в соответствии с различными водоупорными свойствами, соответствующими трем структурам;
конкретнее, индексы получают следующими способами:
1. сначала выполняют обширное взятие проб в местах выхода пластов зон заполнения на поверхность для исследования состояния заполнения глиной трещин в зоне заполнения, и различают зоны заполнения по степени заполнения трещин на: структуру с непрерывным заполнением, структуру с прерывистым заполнением, и структуру, свободную от заполнения; классифицируют типы зон заполнения, соответствующие трем структурам зоны заполнения, как соответственно водоупорную зону заполнения, слабую водоупорную зону заполнения и водонасыщенную зону заполнения;
2. для зоны заполнения на глубине залегания более 300 м определяют три индекса структуры зоны заполнения в соответствии с результатом испытания нагнетанием/расходом воды, а именно: величину q прорыва воды к скважине, величину расхода Q подземной воды, и коэффициент K проницаемости участка Ордовикского известняка;
2-1 получают величину q прорыва воды к скважине: комплексно определяют глубину завершения разработки в зоне заполнения в соответствии с коэффициентом выноса керна, расходом продавочной текучей среды и степенью разработки глинистой породы в скважине; глубину завершения разработки в зоне заполнения определяют как глубину завершения разработки глинистой породы, где коэффициент выноса керна составляет менее 50%; таким образом, участок для испытания нагнетанием воды определяют как участок, начинающийся от начальной точки Ордовикского известняка до этой глубины, а величину q этого участка рассчитывают по формуле (1):
где Q - расход скважины, м3/с; М - толщина участка нагнетания воды, м; sw - понижение уровня воды в скважине, м; R - радиус влияния скважины, м; rw - радиус скважины для нагнетания воды, м;
2-2 получают величину расхода Q подземной воды: выполняют испытание по определению расхода воды для подземной скважины и регистрируют величину расхода воды на участке каждые 2 минуты; для испытаний по определению расхода подземной воды, которые ранее не выполнялись с такой высокой интенсивностью регистрации, производят анализ зарегистрированных величин расхода воды путем аппроксимации, в качестве примера, объясняющего аппроксимирующую формулу определения расхода воды для одной скважины, получают величины расходуемой на различных глубинах воды, начиная от начальной точки Ордовикского известняка, по аппроксимирующей формуле (2):
где, x - глубина в Ордовикском известняке, м; Q - величина прорыва воды на различной глубине в Ордовикском известняке, м3/с;
2-3 получают коэффициент K проницаемости: для подземной скважины проводят испытание на расход воды и при закрытом клапане на участке во время расхода воды регистрируют статическое давление P1 воды и мгновенное давление P2 воды, соответственно, для представления давления воды на участке при испытании на расход воды; рассчитывают фактическую величину S понижения уровня воды в процессе расхода воды, и рассчитывают коэффициент K проницаемости на участке по формулам (3) и (4):
где, K - коэффициент проницаемости, см/с; значения других параметров являются такими же, как в формуле (1);
3. определяют пороговые значения для величины q прорыва воды к скважине, величины расхода Q подземной воды и коэффициента K проницаемости посредством следующих этапов:
3-1 определяют пороговое значение величины q прорыва воды к скважине: поскольку структура с непрерывным заполнением является водоупорной и при испытании нагнетания воды участок нагнетания воды проявляет водоупорные свойства при q<0,001 л/с⋅м, участок со значением q<0,001 л/с⋅м определяют как водоупорную зону заполнения; поскольку структура с прерывистым заполнением имеет слабую водопроницаемость и при испытании нагнетанием воды участок нагнетания воды проявляет свойство слабой водопроницаемости при 0,001<q<0,01 л/с⋅м, участок со значением 0,001<q<0,01 л/с⋅м определяют как зону заполнения со слабой водопроницаемостью; поскольку структура, свободная от заполнения, является водонасыщенной и при испытании нагнетанием воды участок нагнетания воды проявляет свойство водонасыщения при q>0,01 л/с⋅м, участок со значением q>0,01 л/с⋅м определяют как водонасыщенную зону заполнения;
3-2 определяют пороговое значение для величины расхода Q подземной воды: относительное содержание воды в структуре зоны заполнения является таким же, как и на этапе 3-1; пороговое значение для Q получают как произведение порогового значения для величины q, определенной на этапе 1, и среднего понижения уровня воды на глубине залегания более 300 м; на основе положения залегания пластов угля нижней группы при глубине залегания более 300 м определяют четыре уровня давления воды Ордовикского известняка, то есть, 3 МПа, 4 МПа, 5 МПа и 6 МПа соответственно; дополнительно, понижение уровня воды при испытании нагнетанием/расходом воды предполагается в качестве максимального уровня понижения, то есть, 300 м, 400 м, 500 м и 600 м, соответственно; таким образом, определяют пороговое значение для величины прорыва воды к скважине;
3-3 определяют порог для коэффициента K проницаемости: относительное содержание воды в структуре зон заполнения является таким же, как и на этапе 3-1; поскольку испытуемый участок проявляет водоупорное свойство при испытании нагнетанием, когда коэффициент K проницаемости составляет K<10-5 см/с, участок со значением K<10-5 см/с определяют как водоупорную зону заполнения; поскольку испытуемый участок проявляет свойство слабой водопроницаемости при испытании нагнетанием, когда коэффициент K проницаемости составляет 10-5<K<10-4 см/с, участок со значением 10-5<K<10-4 см/с определяют как зону заполнения со слабой водопроницаемостью; поскольку испытуемый участок проявляет свойство водонасыщения при испытании нагнетанием, когда коэффициент K проницаемости составляет K>10-4 см/с, участок со значением K>10-4 см/с определяют, как водонасыщенную зону заполнения;
II. Способ определения структуры включает в себя следующие этапы:
1. определяют типы зон заполнения и толщины каждой из зон заполнения в полном соответствии с упомянутыми выше оценочными индексами и пороговыми значениями, причем водоупорную зону заполнения можно непосредственно использовать в качестве водоупорного пласта; зону заполнения со слабой водопроницаемостью можно модифицировать путем цементации и затем использовать; водонасыщенная зона заполнения не может использоваться в качестве водоупорного пласта, поскольку она имеет такую же водопроницаемость, как нижележащий Ордовикский известняк;
2. наносят на карту изолинии толщины водоупорной зоны заполнения, изолинии коэффициента прорыва воды без учета водоупорной зоны заполнения и изолинии коэффициента прорыва воды с учетом водоупорной зоны заполнения, соответственно; сравнивают и анализируют две карты с изолиниями, и определяют безопасную зону добычи угля в нижней группе.
Далее настоящее изобретение будет дополнительно описано с помощью диаграмм и таблиц варианта осуществления изобретения.
Вариант осуществления 1: Индексы структурного различия, а именно, величина q прорыва воды к скважине, величина расхода Q подземной воды и коэффициент K проницаемости получены посредством следующих этапов:
1. получение величины q прорыва воды к скважине: глубина завершения разработки в зоне заполнения определена комплексно в соответствии с коэффициентом выноса керна, расходом продавочной текучей среды и степенью разработки глинистой породы в скважине; глубина завершения разработки в зоне заполнения определена как глубина завершения разработки глинистой породы, где коэффициент выноса керна составляет менее 50%; таким образом, участок для испытания нагнетанием воды определен как участок, начинающийся от начальной точки Ордовикского известняка до этой глубины, а величина q этого участка рассчитана по формуле (1);
2. получение величины расхода Q подземной воды: испытание по определению расхода воды выполнено для подземной скважины и величина расхода воды на участке регистрировалась каждые 2 минуты; для испытаний по определению расхода подземной воды, не выполнявшихся ранее с такой высокой интенсивностью регистрации, в качестве примера, объясняющего аппроксимирующую формулу для определения расхода воды для одной скважины, выполнен анализ зарегистрированных величин расхода воды путем аппроксимации; величины расходуемой на различных глубинах воды, начиная от начальной точки Ордовикского известняка, получены по аппроксимирующей формуле (2);
3. получение коэффициента K проницаемости: для подземной скважины проведено испытание на расход воды, и при закрытом клапане на участке во время расхода воды зарегистрировано статическое давление P1 воды и мгновенное давление P2 воды, соответственно, для представления давления воды на участке при испытании на расход воды; рассчитана фактическая величина S понижения уровня воды в процессе расхода воды и рассчитан коэффициент K проницаемости на участке по формулам (3) и (4);
пороговые значения для индексов (q, Q и K) определены посредством следующих этапов:
4. участок с величиной q прорыва воды к скважине <0,001 л/с⋅м определен как водоупорная зона заполнения; участок со значением 0,001<q<0,01 л/с⋅м определен как зона заполнения со слабой водопроницаемостью; участок со значением q>0,01 л/с⋅м определен как водонасыщенная зона заполнения; на основе коэффициента K проницаемости зона заполнения с K<10-5 см/с определена как водоупорная зона заполнения; зона заполнения с 10-5<K<10-4 см/с определена как зона заполнения со слабой водопроницаемостью; зона заполнения с K>10-4 см/с определена как водонасыщенная зона заполнения; на основе положения залегания пластов угля нижней группы в восточных районах добычи, определены четыре уровня давления воды Ордовикского известняка, то есть, 3 МПа, 4 МПа, 5 МПа и 6 МПа соответственно; дополнительно, понижение уровня воды при испытании нагнетанием/расходом воды предположено как максимальный уровень понижения, то есть, 300 м, 400 м, 500 м и 600 м, соответственно; таким образом, определено пороговое значение для величины прорыва воды к скважине;
См. Таблицы 1 и 2.
6. На основе вышеупомянутых оценочных индексов и их пороговых значений комплексно определены типы зон заполнения и толщины каждой из зон заполнения (показано в Таблицах 3, 4 и 5). Из соображений безопасности, минимальные значения толщины, определенные комплексно тремя индексами, приняты как толщины зон заполнения.
7. На карту нанесены изолинии толщины водоупорной зоны заполнения на угольной шахте Baodian (фиг. 3). Дополнительно, на карту нанесены изолинии коэффициента прорыва воды без учета водоупорной зоны заполнения (фиг. 4), и на карту нанесены изолинии коэффициента прорыва воды с учетом водоупорной зоны заполнения, (фиг. 5); выполнено сравнение двух карт с изолиниями и анализ изменения коэффициента прорыва воды (Таблица 6) и определена безопасная зона добычи угля в нижней группе на угольной шахте Baodian.
Как видно из Таблицы 6 и фиг. 4 и 5, при учете зоны заполнения зона безопасности в пласте 17 увеличена на 8,09 км2, то есть, увеличена на 13,55%, и зона безопасности в основном распространяется на первую площадь исследований; относительно безопасная зона увеличена на приблизительно 13,66 км2, то есть, увеличена на приблизительно 22,88%; опасная зона уменьшена на 21,81 км2, то есть, уменьшена на 36,43%. Отсюда очевидно, что учет зоны заполнения является предпочтительным для добычи в пласте 17, приводя к значительному увеличению безопасной зоны и относительной безопасности зоны, а также к сильному уменьшению опасной зоны.
Claims (24)
1. Способ определения индексов структурного различия верхних зон заполнения Ордовикского известняка, согласно которому:
сначала определяют три типа структур зоны заполнения, а именно структуру с непрерывным заполнением, структуру с прерывистым заполнением и структуру, свободную от заполнения;
затем определяют индексы различия в соответствии с тремя типами структур зоны заполнения, включающие: величину q прорыва воды к скважине, величину расхода Q подземной воды и коэффициент K проницаемости участка Ордовикского известняка;
затем соответственно определяют пороговые значения для каждого индекса в соответствии с различными водоупорными свойствами, соответствующими указанным трем структурам;
причем индексы получают посредством следующих этапов:
a) сначала выполняют взятие проб в местах выхода на поверхность пластов зон заполнения для исследования состояния заполнения трещин глиной в зоне заполнения и различают зоны заполнения по степени заполнения трещин на: структуру с непрерывным заполнением, структуру с прерывистым заполнением и структуру, свободную от заполнения; классифицируют типы зон заполнения, соответствующие трем структурам зоны заполнения, как соответственно водоупорную зону заполнения, слабую водоупорную зону заполнения и водонасыщенную зону заполнения;
b) для зоны заполнения на глубине залегания более 300 м определяют три индекса структур зоны заполнения в соответствии с результатом испытаний нагнетанием/расходом воды, а именно: величину q прорыва воды к скважине, величину расхода Q подземной воды и коэффициент K проницаемости участка Ордовикского известняка посредством следующих этапов:
b1) получают величину q прорыва воды к скважине: комплексно определяют глубину завершения разработки в зоне заполнения в соответствии с коэффициентом выноса керна, расходом продавочной текучей среды и степенью разработки глинистой породы в скважине;
глубину завершения разработки в зоне заполнения определяют как глубину завершения разработки глинистой породы, где коэффициент выноса керна составляет менее 50%; таким образом, участок для испытания нагнетанием воды определяют как участок, начинающийся от начальной точки Ордовикского известняка до этой глубины, а величину q этого участка рассчитывают по формуле (1)
где Q - расход скважины, м3/с; М - толщина участка нагнетания воды, м; R - радиус влияния скважины, м; rw - радиус скважины для нагнетания воды, м;
b2) получают величину расхода Q подземной воды: выполняют испытание по определению расхода воды для подземной скважины и регистрируют величину расхода воды на участке каждые 2 минуты; производят анализ зарегистрированных величин расхода воды путем аппроксимации, в качестве примера, объясняющего аппроксимирующую формулу определения расхода воды для одной скважины, получают величины расходуемой на различных глубинах воды, начиная от начальной точки Ордовикского известняка, по аппроксимирующей формуле (2)
где х - глубина в Ордовикском известняке, м; Q - величина прорыва воды на различной глубине в Ордовикском известняке, м3/с;
b3) получают коэффициент K проницаемости: для подземной скважины проводят испытание на расход воды и при закрытом клапане на участке во время расхода воды регистрируют статическое давление P1 воды и мгновенное давление Р2 воды соответственно; рассчитывают фактическую величину S понижения уровня воды в процессе расхода воды и рассчитывают коэффициент K проницаемости на участке по формулам (3) и (4)
где K - коэффициент проницаемости, см/с; sw - понижение уровня воды в скважине, м; значения других параметров являются такими же, как в формуле (1);
с) определяют пороговые значения для величины q прорыва воды к скважине, величины расхода Q подземной воды и коэффициента К проницаемости посредством следующих этапов:
c1) определяют пороговое значение величины q прорыва воды к скважине: поскольку структура с непрерывным заполнением является водоупорной и при испытании нагнетанием воды участок нагнетания воды проявляет водоупорные свойства при q<0,001 л/с⋅м, участок со значением q<0,001 л/с⋅м определяют как водоупорную зону заполнения; поскольку структура с прерывистым заполнением имеет слабую водопроницаемость и при испытании нагнетанием воды участок нагнетания воды проявляет свойство слабой водопроницаемости при 0,001<q<0,01 л/с⋅м, участок со значением 0,001<q<0,01 л/с⋅м определяют как зону заполнения со слабой водопроницаемостью; поскольку структура, свободная от заполнения, является водонасыщенной и при испытании нагнетанием воды участок нагнетания воды проявляет свойство водонасыщения при q>0,01 л/с⋅м, участок со значением q>0,01 л/с⋅м определяют как водонасыщенную зону заполнения;
с2) определяют пороговое значение для величины расхода Q подземной воды: содержание воды в структуре зоны заполнения является таким же, как и на этапе c1); пороговое значение для Q получают как произведение порогового значения для величины q, определенной на этапе c1), и среднего понижения уровня воды на глубине залегания более 300 м; на основе положения залегания пластов угля нижней группы при глубине залегания более 300 м задают четыре уровня давления воды Ордовикского известняка, то есть 3 МПа, 4 МПа, 5 МПа и 6 МПа соответственно; дополнительно, понижение уровня воды при испытании нагнетанием/расходом воды предполагают в качестве максимального уровня понижения, то есть 300 м, 400 м, 500 м и 600 м соответственно; таким образом, определяют пороговое значение для величины прорыва воды к скважине;
с3) определяют пороговое значение для коэффициента K проницаемости: содержание воды в структуре зон заполнения является таким же, как и на этапе c1); поскольку испытуемый участок проявляет водоупорное свойство при испытании нагнетанием, когда коэффициент K проницаемости составляет K<10-5 см/с, участок со значением K<10-5 см/с определяют как водоупорную зону заполнения; поскольку испытуемый участок проявляет свойство слабой водопроницаемости при испытании нагнетанием, когда коэффициент K проницаемости составляет 10-5<K<10-4 см/с, участок со значением 10-5<K<10-4 см/с определяют как зону заполнения со слабой водопроницаемостью; поскольку испытуемый участок проявляет свойство водонасыщения при испытании нагнетанием, когда коэффициент K проницаемости составляет K>10-4 см/с, участок со значением K>10-4 см/с определяют как водонасыщенную зону заполнения.
2. Способ по п. 1, включающий дополнительно следующие этапы:
определяют типы зон заполнения и толщины каждой из зон заполнения в полном соответствии с оценочными индексами и пороговыми значениями, определенными в соответствии со способом по п. 1, причем водоупорную зону заполнения можно непосредственно использовать в качестве водоупорного пласта; зону заполнения со слабой водопроницаемостью можно модифицировать путем цементации и затем использовать; водонасыщенная зона заполнения не может использоваться в качестве водоупорного пласта, поскольку она имеет такую же водопроницаемость, как нижележащий Ордовикский известняк; наносят на карту изолинии толщины водоупорной зоны заполнения, изолинии коэффициента прорыва воды без учета водоупорной зоны заполнения и изолинии коэффициента прорыва воды с учетом водоупорной зоны заполнения соответственно; сравнивают и анализируют две карты с изолиниями и определяют безопасную зону добычи угля в нижней группе.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510037370.7A CN104569352B (zh) | 2015-01-23 | 2015-01-23 | 奥灰顶部充填带结构判别指标的确定方法 |
| CN201510037370.7 | 2015-01-23 | ||
| PCT/CN2015/081603 WO2016115816A1 (zh) | 2015-01-23 | 2015-06-17 | 奥灰顶部充填带结构判别指标及确定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016134036A RU2016134036A (ru) | 2018-02-21 |
| RU2671502C2 true RU2671502C2 (ru) | 2018-11-01 |
Family
ID=53085908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016134036A RU2671502C2 (ru) | 2015-01-23 | 2015-06-17 | Индексы структурного различия верхних зон заполнения ордовикского известняка и способ их определения |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104569352B (ru) |
| PL (1) | PL237727B1 (ru) |
| RU (1) | RU2671502C2 (ru) |
| WO (1) | WO2016115816A1 (ru) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104569352B (zh) * | 2015-01-23 | 2016-09-28 | 中国矿业大学 | 奥灰顶部充填带结构判别指标的确定方法 |
| CN107740689A (zh) * | 2017-10-09 | 2018-02-27 | 中国矿业大学 | 一种隔水层再造勘探评价方法 |
| CN109993459B (zh) * | 2019-04-15 | 2022-09-23 | 安徽大学 | 一种复杂多含水层矿井突水水源识别方法 |
| CN110501473B (zh) * | 2019-09-19 | 2024-04-30 | 六盘水师范学院 | 一种采空区探放水实验装置及其工作方法 |
| CN111460675B (zh) * | 2020-04-10 | 2023-10-20 | 安徽理工大学 | 一种低渗透性含水层群孔疏降多目标优化方法 |
| CN111767670B (zh) * | 2020-07-17 | 2024-04-09 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 基于井下仰斜单孔放水试验的含水层地质参数反演方法 |
| CN112727452B (zh) * | 2020-09-29 | 2024-06-07 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种致密砂岩气藏可动水分布的描述方法 |
| CN112749155B (zh) * | 2021-01-29 | 2021-11-16 | 北京城建勘测设计研究院有限责任公司 | 基于离散度最小原则勘察试验数据自动处理的方法 |
| CN113063709B (zh) * | 2021-02-03 | 2023-06-30 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 一种复杂含水层条件下帷幕的确定方法 |
| CN112814737B (zh) * | 2021-03-10 | 2023-03-14 | 淮南矿业(集团)有限责任公司 | 基于叠层多分支水平井的陷落柱超前治理方法及系统 |
| CN113294143B (zh) * | 2021-04-16 | 2023-09-26 | 中煤能源研究院有限责任公司 | 一种煤层底板灰岩水害地面超前区域探查治理效果评价方法 |
| CN113202459B (zh) * | 2021-06-11 | 2022-02-15 | 中国矿业大学 | 一种利用钻孔自然伽马测井预测断层渗透性的方法 |
| CN114991872B (zh) * | 2022-06-23 | 2024-07-23 | 中煤能源研究院有限责任公司 | 富水煤矿井下工作面涌水量分段预计方法、系统及设备 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4030307A (en) * | 1976-06-14 | 1977-06-21 | Avedisian Armen G | Impermeable ecological barrier and process of making same from reconstituted shale |
| SU1422104A1 (ru) * | 1987-01-06 | 1988-09-07 | Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела | Способ определени предела длительной прочности горных пород |
| SU1539655A1 (ru) * | 1986-12-29 | 1990-01-30 | Восточный научно-исследовательский углехимический институт | Способ определени структурных параметров зернистых материалов |
| RU2491537C1 (ru) * | 2012-02-29 | 2013-08-27 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Способ определения свойств пористых материалов |
| CN103926633A (zh) * | 2013-01-16 | 2014-07-16 | 中国矿业大学(北京) | 煤层底板煤系隔水层防突性能的定量评价方法 |
| CN103984042A (zh) * | 2014-05-30 | 2014-08-13 | 中国矿业大学(北京) | 中奥陶统灰岩古风化壳隔水性指数评价方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102608263B (zh) * | 2012-02-23 | 2014-11-19 | 徐德金 | 基于渗流场与应力场耦合的断裂突水研究试验方法 |
| CN103163056B (zh) * | 2013-03-15 | 2014-12-24 | 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 | 一种矿井水文地质条件的探测方法 |
| CN104569352B (zh) * | 2015-01-23 | 2016-09-28 | 中国矿业大学 | 奥灰顶部充填带结构判别指标的确定方法 |
-
2015
- 2015-01-23 CN CN201510037370.7A patent/CN104569352B/zh active Active
- 2015-06-17 WO PCT/CN2015/081603 patent/WO2016115816A1/zh active Application Filing
- 2015-06-17 RU RU2016134036A patent/RU2671502C2/ru active
- 2015-06-17 PL PL418845A patent/PL237727B1/pl unknown
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4030307A (en) * | 1976-06-14 | 1977-06-21 | Avedisian Armen G | Impermeable ecological barrier and process of making same from reconstituted shale |
| SU1539655A1 (ru) * | 1986-12-29 | 1990-01-30 | Восточный научно-исследовательский углехимический институт | Способ определени структурных параметров зернистых материалов |
| SU1422104A1 (ru) * | 1987-01-06 | 1988-09-07 | Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела | Способ определени предела длительной прочности горных пород |
| RU2491537C1 (ru) * | 2012-02-29 | 2013-08-27 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Способ определения свойств пористых материалов |
| CN103926633A (zh) * | 2013-01-16 | 2014-07-16 | 中国矿业大学(北京) | 煤层底板煤系隔水层防突性能的定量评价方法 |
| CN103984042A (zh) * | 2014-05-30 | 2014-08-13 | 中国矿业大学(北京) | 中奥陶统灰岩古风化壳隔水性指数评价方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2016115816A1 (zh) | 2016-07-28 |
| CN104569352A (zh) | 2015-04-29 |
| PL418845A1 (pl) | 2017-07-31 |
| CN104569352B (zh) | 2016-09-28 |
| PL237727B1 (pl) | 2021-05-17 |
| RU2016134036A (ru) | 2018-02-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2671502C2 (ru) | Индексы структурного различия верхних зон заполнения ордовикского известняка и способ их определения | |
| CN107506534B (zh) | 一种二氧化碳驱油封存中盖层封闭性评价方法 | |
| Hansen et al. | Snøhvit: The history of injecting and storing 1 Mt CO2 in the fluvial Tubåen Fm | |
| WO2018121035A1 (zh) | 一种个性化确定采煤工作面底板突水危险等级的方法 | |
| CN106285646B (zh) | 基于多信息融合的钻井漏失层位识别方法 | |
| CN106522928B (zh) | 一种酸化压裂后停泵测井口压降不稳定试井方法 | |
| CN104594889B (zh) | 一种准确测定油井剩余油储集位置的装置及其方法 | |
| Ran et al. | The permeability of fault zones: a case study of the Dead Sea rift (Middle East) | |
| Zhang et al. | Formation fluid characteristics and hydrocarbon accumulation in the Dongying sag, Shengli Oilfield | |
| CN105369812A (zh) | 悬挂式止水帷幕下基坑定流量抽水的承压水位确定方法 | |
| RU2318993C1 (ru) | Способ разработки обводненной нефтяной залежи | |
| Wolfgramm et al. | Unterhaching geothermal well doublet: structural and hydrodynamic reservoir characteristic; Bavaria (Germany) | |
| Xizhe et al. | Main flow channel index in porous sand reservoirs and its application | |
| Ran | Advanced water injection for low permeability reservoirs: theory and practice | |
| RU2143064C1 (ru) | Способ исследования внутреннего строения газонефтяных залежей | |
| US10801321B2 (en) | Method for monitoring salinity within an underground formation | |
| Yarkeeva et al. | Water injection front estimation of oil fields to reduce risks of sharp water flooding | |
| Liu et al. | Research on method of water-resisting coefficient for distinguishing floor water inrush danger | |
| RU2544948C1 (ru) | Способ контроля за освоением месторождения углеводородов | |
| Al Duhailan* et al. | Potential for Basin-Centered Gas in Saudi Arabia: Southwest Ghawar Basin—A Case Study | |
| Gilbert | Pressure transient analysis in horizontal wells in some sole Pit Area Fields, UK | |
| CN104781702B (zh) | 量化热液影响的方法 | |
| Ireland et al. | An investigation of complex saline groundwater problems in the Permo Triassic sandstones of North West England | |
| Hortle et al. | Hydrodynamic interpretation of the Waarre Fm Aquifer in the onshore Otway Basin: Implications for the CO2CRC Otway project | |
| Ramachandran | A Model to Estimate CO2 Leakage and Identify CO2 Hydrate Stable Conditions for Offshore CCS |