SU899944A1 - Способ оценки напр жений в массиве горных пород - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕНИЙ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД

1

Изобретение относитс  к горному делу, а точнее к горной механике.

Известны способы оценки напр жений в массиве горных пород, основанные на изменении физических свойств горных пород под воздействием внешнего давлени . Зависимость между физическими свойствами и внешним давлением установлена опытным путем при исследовании образцов горных пород, подвергаюш,ихс  регулируемому внешнему давлению 1.

Недостатком этих способов  вл етс  неоднозначность истолковани  результатов измерений, поскольку и температура в массиве , и скорость упругих волн, и электрические характеристики завис т не только от механических напр жений в породах, но и от таких факторов, как состав пород, их структурно-тектурные особенности, влагонасыщенность и др.

Известен также способ оценки напр жений в массиве горных пород, включающий бурение скважины с извлечением керна и оценкой эффективнь1х электрических сопротивлений участков скважин с последующим сопоставлением данных 2.

Недостатком известного способа  вл етс  низка  достоверность результатов, поскольку эффективные электрические сопротивлени  пород (ЭС) завис т не только от механических напр жений, но и от изменени  состава пород, их пористости, влагонасыщенности , минерализации поровых вод.

Цель изобретени  - повышение достоверности оценки.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что измер ют эффективные электрические сопротивлени  кернов, извлеченных с участков измерени  эффективных электрических сопротивлений в скважинах, а сопоставление данных производ т путем определени  разницы сопротивлений, измеренных на стенках скважин и в кернах, соответствующих этим участкам этих скважин.

Сопоставление ЭС одних и тех же пород, измеренных на стенках скважин и в кернах, позвол ет исключить вли ние на результаты исследований таких факторов, как состав , структура и влагонасыщенность пород, что обеспечиваетс  услови ми измерений в кернах, и таким образом выделить зависимость ЭС только от механического напр жени , поскольку измерени  ЭС пород на стенках скважин производ т в услови х естественного залегани  при естественном напр жении массива, обусловленном действием горного давлени , а измерени  в кернах выполн ют при отсутствии напр жений, т. е. в услови х разгрузки.

Привлечение методов математической статистики к обработке результатов измерений позвол ет исключить вли ние случайных погрешностей и, тем самым, еще больше пввысить достоверность результатов исследований .

На фиг. 1 изображен график распределени  ЭС, измеренных на стенках буровых скважин по всем породам месторождени , в соответствии с этим все породы разбиты на шесть статистически однородных групп, удовлетвор юш.их логарифмически нормально ру закону распределени ; на фиг. 2 - 4 -графики распределени  ЭС, измеренных в кернах, т. е. в отсутствие напр жени , внутри отдельных соответственно И III и IV статистически однородных групп, выделенных по результатам скважинных измерений; на фиг. 5 - геологический разрез месторождени  с указанием зон пониженного 1, повышенного 2 и нормального 3 напр жений, где В - восток; 3- запад; С - 13...С-26 - обозначени  скважин; на фиг. 6 - геологический разрез месторождени  со следующими условными обозначени ми: 4 - рыхлые отложени ; 5 - туффиты; 6 - лавы дацитовых порфиритов; 7 - липарит-дацитовый порфирит; 8 - диабазовый миндалекаменный порфирит; 9 и 10 - породы дайкового комплекса.

. Способ осуществл етс  следующим образом .

Производ т бурение скважин с отбором керна по всему стволу. После этого производ т электрический каротаж скважин по методу ЭС.

Выполн ют статистическую обработку результатов каротажа ЭС. Дл  этого на имеющихс  диаграммах ЭС определ ют в пределах отдельных интервалов ЭС длину этих интервалов и соответствующее им ЭС. Далее стро т в логарифмическом масштабе кривую распределени  ЭС всех пород месторождени . Относительную частоту распространени  отдельных значений ЭС вычисл ют по длине соответствующих интервалов стволов скважин (каротажных диаграмм).

В соответствии с построенным графиком все породы разбивают на статически однородные группы, подчин ющиес  логарифмически нормальному закону распределени  ЭС, как это показано на фиг. 1.

Геологический разрез скважин разбивают по величине ЭС. на зоны, относ щиес  к соответствующим выделенным статистическим , группам. :

Производ т, руководству сь диаграммой ЭС, отбор кернов из зон скважин, отне сенных к одним и тем же статистически однородным группам. Керны отбирают через фиксированные интервалы, например, в 1,0 или 0,5 м. Длина керна должна быть достаточной (640 см) дл  измерени  его ЭС лабораторной установкой.

Определ ют ЭС отобранных кернов одним из известных лабораторных методов. Дл  обеспечени  посто нства ыккеращзации поровых вод при измерени х ЭС на стенках скважин и в кернах, керны перед измерени ми рекомендуетс  замачивать.в,той

же воде, на основе которой приготавливают буровой раствор на данном месторождении. Стро т в логарифмическом масштабе графики статистического распределени  ЭС, измеренного в кернах, отобранных из зон, отнесенных к отдельным выделенным по каротажным диаграммам статистически однородным группам

Провод т дл  каждой статистически однородной группы сопоставление графиков 0 распределени  ЭС керна с теоретическими кривыми логарифмически нормального распределени , которыми описываютс  распределени  ЭС, измеренных по каротажу ЭС.

Характер изменени  ЭС пород с -повышением напр жени  зависит от того, что оказывает превалирующее вли ние: микроструктура минералов или макроструктура породы.

На месторождени х сульфидных и полиметаллических руд наблюдаетс  уменьщение 0 ЭС пород с увеличением механического напр жени  в них. По этой причине-максимум на кривой распределени  ЭС, измеренных в кернах, приходитс  правее на более высокие значени , чем на кривой распределени  ЭС, измеренных на стенках буровых 5 скважин.

Породы, вошедшие в каждую выделенную статистическую группу, могут находитьс  под различными напр жени ми, как нормальными , так и аномальными, т. е. повышенными и пониженными. Это отчетливо про вл етс  на кривых распределени  ЭС, измеренных в кернах (фиг. 2-4). Эти кривые , кроме основного максимума, соответствующего кернам, находившимс  в скважинах под нормальным напр жением, имеют 5 дополнительные максимумы, как правее, так и левее.

Можно заключить, что керны, дающие максимум ЭС правее основного, отобраны из зон высокого напр жени , а дающие максимум ЭС левее основного - из зон пониженного напр жени .

Наличие сложных кривых распределени  ЭС образцов  вл етс  основанием дл  проведени  дальнейших. исследований с целью прослеживани  в пространстве участков поS вышенного или пониженного напр жени  в массиве горных пород.

По сопоставлению кривых распределени  определ ют наиболее веро тные значени 

ЭС кернов в област х аномального (раздельно повышенного и пониженного) напр жени .

Устанавливают по значени м ЭС керна номера скважин и интервалы глубин, соответствующие зонам аномальных напр жений .

На геологические разрезы и карты нанос т соответствующими условными обозначени ми местоположени  интервалов повышенного и пониженного напр жений и провод т их коррел цию, как это показано на фиг. 5.

В случае необходимости оценивают величину напр жени  количественно, увеличива  внешнее давление на керн до тех пор, пока его ЭС не достигнет величины, полученной по измерени м в скважине.

/7/зылер. Применение способа в услови х медноколчеданного месторождени  «Осеннее (Ю. Урал).

В стенках скважин, пробуренных при разведке месторождени , проводились измерени  ЭС с помощью двухметрового обращенного градиента - зонда ВО, 2А1, 9М.

Результаты измерений ЭС в общем объеме 2395 м по всей совокупности пород были подвернуты статистической обработке и по ним в логарифмическом масштабе построен график распределени  ЭС всех пород, приведенный на фиг. 1.

В соответствии с полученным графиком распределени  ЭС все горные породы месторождени  разбиты на шесть статистически однородных групп, подчин ющихс  логарифмически нормальному закону распределени  (пунктирные кривые на фиг. 1). Эти группы имеют следующие модальные значени  ЭС: I группа - 250 Ом-м; II группа - 580 Ом-м; III группа - 1200 Ом-м; IV группа - 3400 Ом-м; V группа - 10000 Ом-м; VI группа - 18000 Ом-м.

Геологические разрезы скважин, охваченные статистической обработкой, были распределены на зоны, соответствующие выделенным шести статистическим группам, а затем были отобраны керны из каждой зоны через каждый метр ствола скважины. Таких кернов было отобрано по группам соответственно: I группа - 74; II - 87; III -70; IV 44; V - 74; VI -48 штук.

Длина керна составл ла 6-10 см.

Керны замачивались в воде, вз той из той же скважины, из которой снабжались глиномешалки, готов щие глинистый раствор дл  бурени  скважин. ЭС кернов измер лись четырехточечной лабораторной установкой .

Результаты лабораторных измерений ЭС внутри каждой выделенной группы снова подвергались статистической обработке и по ним строились кривые распределени  также в логарифмическом масштабе. На фиг. 2, Зи

4 представлены графики распределени  ЭС пород II, III и IV групп. Кривые на этих графиках имеют основной максимум, который соответствует ЭС кернов, находившихс  в скважинах под нормальным напр жением,

и два дополнительных максимума. Основной максимум приходитс  на более высокие ЭС, чем модальные значени  ЭС, найденные по измерени м в скважинах. Так, дл  I группы это 350 Ом-м вместо 250 Ом-м; дл  II группы - 1000 Ом-м вместо 580 Ом-м; дл  III - 1900 Ом-м вместо 1200 Ом-м; дл  IV - 4200 Ом-м вместо 3400 Ом-м и т. д.

Увеличение статистически наиболее вере  тных значений ЭС кернов по сравнению с наиболее веро тными ЭС тех. же пород в

услови5 х естественного залегани , т. е. в буровых скважинах, объ сн етс  тем, что породы, исследуемые в буровых скважинах, наход тс  в напр женном состо нии под воздействием горного давлени , которое уменьшает их ЭС по сравнению с ЭС кернов, измер емых в услови х разгрузки.

Выводы по оценке напр жений в массиве горных пород, сделанные на основании изучени  ЭС по предлагаемому способу, хоро шо согласуютс  с результатами геомеханичес5 ких исследований, выполненных на месторождении в разведочной шахте по традиционной методике. Однако по сравнению с традиционными геомеханическими способами предлагаемый способ позвол ет изучить гораздо большие по объему массивы гор0 ных пород и с гораздо меньшими затратами времени и средств.

Claims (2)

1.Справочник по физическим свойствам минералов и горных пород при высоких термодинамических параметрах. М., «Недра, J978.

2.Кулиев С. М. и Филатов Б. С. Бурение нефт ных и газовых скважин. М., Госоптехиздат , 1958, с. 483-485 (прототип).

Наст., Iо

О

100 Z5Q 560 lioa JW юооо moo юоооо зс,ом м

Фиг.. /

10

250то3800 10000

то бгоо

Фие.З

т fiZOOZ5000 WOOOO ЗС,ОМ-М

Фме.

100000 ЗС, ом-м

100000 ЭСу W-W