Вибросейсмический способ создания постоянных напряжений в массиве горных пород

Вибросейсмический способ создания постоянных напряжений в массиве горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКИЙ СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОСТОЯННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий непрерывное гармоническое излучение и узкополосную регистрацию колебаний , отличающийся тем, что, с целью повышения эффективное, ти способа путем контроля постоянных напряжений, непрерывные гармонические колебания излучают в заданном направлении, анализируют . форму и амплитуду зарегистрированных непрерывных гармонических колебаний , после чего изменяют частоту и амплитуду излучаемых колебаний до получения амплитудной асимметрии фаз сжатия и растяжения. 00 оо о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1078376 А

3(5D. 01 Ч 1 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3532161/18-25 (22) 06.01.83 (46) 07,03.84. Бюл. Р 9 (72) !О.È.Âàñèëüåâ, А.В.Николаев, В.Л,Соколов, О.Б.Хаврошкин, В.В.Цыплаков и M.Н.!сербо (71) Ордена Ленина институт физики

Земли им. О.;О.Шмидта (53) 550.834 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3325435, кл. с 01 V 1/00, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 271030, кл. 0 01 V 1/00, 1966 (прототип). (54 ) (57) ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКИЙ СПОСОБ

СОЗДАНИЯ ПОСТОЯННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В

МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий непрерывное гармоническое излучение и узкополосную регистрацию колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа путем контроля постоян- ных напряжений, непрерывные гармонические колебания излучают в заданном направлении, анализируют форму и амплитуду зарегистрированных непрерывных гармонических колебаний, после чего изменяют частоту и амплитуду излучаемых колебаний до получения амплитудной асимметрии фаз сжатия и растяжения. И

1078376

Изобретение относится к сейсмологии, точнее к таким исследованиям и промышленным процессам, при котовых необходимо создавать в опреде,ленном объеме приповерхностных частей земной коры поле напряжений с 5 постоянной и переменной компонентами, и может быть использовано для изучения упругих констант среды, повышения нефтеотдачи, воздействия на очаг готовящегося землетрясения, Известен способ защиты сооружений от сейсмических воздействий, при реализации которого в локальном объеме земной коры вибраторами создают регулярное сейсмическое поле с управляемымИ параметрами. Знакопеременное поле напряжений дополнительно нагружает дефектную среду и частично снимает через локальные сейсмические удары накопившуюся упругую энергию 13.

Однако при этом отсутствует постоянная компонента деформаций, а знакопеременное нагружение не всегда эффективно.

Наиболее близким техническим решением является вибросейсмический способ создания постоянных.напряжений в массиве горных пород, включающий,непрерывное гармоническое излучение и узкополосную регистрацию (23 30

Недостатком его является отсутствие контроля постоянной составляющей в вс буждаемом поле механических .напряжений.

Целью. изобретения является повы- 35 шение .эффективности способа йутем контроля постоянных напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно вибросейсмическому способу создания постоянных напряжений в массиве горных пород, включающему непрерывные гармоническое излучение и узкополосную регистрацию колебаний, непрерывные гармонические колебания излучают в заданном направлении, анализируют о форму и амплитуду зарегистрированных непрерывных гармонических колебаний, после чего изменяют частоту и амплитуду излучаемых колебаний до получения амплитудной асимметрии фаз сжатия и растяжения.

Способ основан на теоретических предпосылках, основанных на различных представлейиях решения Ирншоу . задачи об излучении простой волны 55 конечной амплитуды гармонически колеблящимся поршнем. Движение в эйлеровых координатах в начале координат имеет вид

0 — — М +N cosmic+)N+ М Jsintut--М соз2аФ+

2 2 $6 1 2

Р8 .) г м s>II2v<- — -Ф sin3wf+0(M ), (1), 4 8 65

uòäõ где U=; U — максимальная колес "

О бательная скорость, Со — скорость звукау

М вЂ” акустическое число

Маха М=

С, w — частота колебаний поршня, С у= — - — отношение теплоС

О емкостями;

0(М ) — члены более высокого порядка, чем М ., Хак следует из приведенного выражения, движение даже в начале координат отличается от синусоидального, причем существует постоянная составляющая, пропорциональная М, Помимо основной частоты си появляются гармоники с частотами 2 uI, 3 w и т.д.

Указанный эффект отмечается не только в начале координат, но и в любой точке пространства, т.е. при чисто синусоидальном движении приемник принимает гармоники и постоянную составляющую. При этом из-за постоянной составляющей полупериод положительной скорости (или давления ) не равен полупериоду отрицательной скорости.

Существует такой режим излучения вибросигналов, когда за счет формирования определенной формы волны преобразование колебательной энергии в постоянную составляющую происходит с высоким КПД,превышающим десятки процентов. Для,относительно низких частот (15-100 Гц) это обеспечивается подбором амплитуды смещений излучающей поверхности и частоты, С ростом частоты излучения (400 Гц) постоянная компонента давления относительно переменной составляющей возрастает еще более. Характерным признаком во всех случаях, является особенность профиля сейсмической волны: фаза сжатия по амплитуде превосходит фазу растяжения. Указанная асимметрия формы волны является одним из существенных признаков, гарантирующих формирование значительной по величине постоянной компоненты давления в объеме земной коры, заполненном вибросейсмическим полем. Помимо указанного признака при создании постоянной компоненты сил в земной коре можно использовать и другие сигналы, обусловленные реакцией среды на постоянное натяжение: сейсмическую эмиссию, электрические, магнитные и электро- . магнитные сигналы.

На фиг. 1 изображена схема по измерению модулей среды в районе застройки; на фиг. 2 - нагружение нефтяного коллектора; на фиг . Э воздействие сложным силовым полем

1078376 на очаг предполагаемого землетрясения.

Схема содержит дневную поверхность 1, исследуемый объем 2 земной коры, виброисточник 3, трассы 4 распространения зондирующих вибросигналов, наземные сейсмоприемники 5, векторы 6 направления постоянных сил, формируемых вибросейсмическим полем, скважинные сейсмоприемники 7, застройку 8, нефтяной коллектор 9, скважины 10, скважинный сейсмический вибратор 11, станцию 12 по регистрации магнитных, электрических и электромагнитных полей, разлом 13 края 14, 15 разлома, перемычка 16, векторы 17 тектонических сил на разломе.

Вибросейсмическое нагружение среды по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

Для определения упругих констант среды в исследуемом объеме 2 .в районе застройки 8 на дневной поверхности 1 устанавливают виброисточники 3 сейсмических волн и включают их так, что трассы 4 вибросейсмических волн проходят через исследуемый объем. .Излучаемые волны регистрируют под виброисточником 3, в объеме 2 с помощью скважинных сейсмоприемников 7 и сейсмоприемниками 5 на дневной поверхности 1. Далее известными методами, например, путем определения соотношения между основной частотой и гармониками сигнала, находят параметр нелинейности и. Затем, на-. правляют излучаемое вибросейсмическое поле 3 колинеарно векторам 6 главных напряжений создаваемого поля постоянных напряжений (на фиг. 1 они совпадают). Сейсмоприемниками

5 и 7 регистрируют в объеме 2 сформированные вибросигналы и анализируют их форму, например, с помощью осциллографа. Если амплитуды фаз сжатия и растяжения на трассах 4 симметричны, то частоты и амплитуду излучаемого вибросигнала изменяют до момента наступления амплитудной несимметрии Фаз. Далее зарегистрировав значение постоянной компоненты напряжений (это происходит автоматически, если используются датчики манометрического поля), определяют по известному уже и некоторые соотношения между упругими константами. Для более подробной оценки параметров среды указанные операции повторяют для других диапазонов частот и амплитуд и акустических чисел Маха.

Для нагружения нефтяного коллектора 9 (фиг.2) из скважины 10 сква- жинным вибратором 11 излучают вдоль

Коллектора вибросейсмическое поле, соответствующее трассам 4, направляя его в плоскости двух векторов 6 главных напряжений, лежащих в плоскости коллектора. Группой наземных виброисточников 3 создают поле трасс 4, направленное вдоль третьего вектора 6 главных напряжений, 5 перпендикулярного коллектору 9. Далее анализируют как и в предыдущем случае форму сигнала, регистрируемого сейсмоприемниками 7 в скважине

10 и сейсмоприемниками 5 на поверх1О ности 1, а также измеряют этими приборами уровень сейсмической эмиссии от коллектора 9. Одновременно принимают от коллекторной эоны магнитные, электрические и электромагнитные сигналы станцией 12. Затем, в случае симметрии фаз в вибросейсмическом поле и неиаменного шумового уровня сейсмической эмиссии и сигналов на станции 12 изменяют частоту и амплитуду излучаемого вибросигнала до момента наступления амплитудной несимметрии Фаз. Возникшая в этот момент постоянная сила параллельная векторам 6 постоянных напряжений и направлена к скважинам 10. Варьируя частотой и амплитудой сигнала в нелинейной среде коллектора, зону формирования поСтоянной силы можно перемещать внутри коллектора 9 и тем саьым деформироЗО вать его участки так (вертика ьные компоненты сил (фиг.2-) сдавливают коллектор 9), что нефть нагнетается от периферийных участков к скважинам 10. С возникновением постоянных

35 сил уровень сейсмической эмиссии и сигналов на станции 12 превышает шумовой. Далее, повысив приток нефти к скважинам 10 ведут излучение в достигнутом режиме. Контроль за

4() существованием постоянной компоненты сил, помимо анализа формы сигнала, обеспечивают тем, что при падении уровня сейсмической эмиссии и сигналов на станции 12, варьируют частоту и амплитуду излучаемого поля до момента роста эмиссии и сигналов на станции 12. И так всякий раз при падении уровней указанных характерных параметров, определяеmm существованием постоянных сил.

Аналогично ведут нагружение среды и в случае разрядки упругих напряжений в очаге готовящегося землетрясения (фиг.3). Если очаг обусловлен, например, существовани55 ем перемычки 16 на краях разлома

14 и 15, то, определив направления тектонических сил, соответствующих векторам 17, приложенных к краям

14, разлома 13, осуществляют посте6О пенное нагружение перемычки 16 постоянными силами. Нагружение ведут плавно, постепенно разряжая напряжения путем многоразового дискретного разрушения перемычки. Для этого вибРатоРами 3 на дневной поверхнос1078376

Qyg. д

Составитель И.Маслов

Техред О.Неце Корректор В.Бутяга

Редактор А.Шандор

Заказ 95 7/40 Тираж 711 Подпи сн ое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ти 1 возбуждают вибросейсмическое поле, анализируют его параметры с помощью сейсмоприемников 5 и станции 12 и; используя полученную информацию, варьируют ими до момента возникновения постоянных сил. На- 5 правление векторов 6 делают совпадающими с тектоническими (главными) векторами 17 в регионе разлома 13.

Причем часть постоянных сил усиливает давление на перемычку 16, а 10 часть — отжимает (раздвигает ) края

14 и, 15.разлома от переьычки. В результате облегчается тектоническая подвижка на разломе 13. Это сопровождается резким подъемом эмиссии и сигналов на станции 12. При прекращении разрушения перемычки 16 и остановке краев разлома 13 операцию нагружения повторяют, т.е. включают вибраторы 3, формируют си- лы и т.д. до момента очередного сброса тектонических напряжений, Ю

Таким образом, реализация предлагаемого метода позволяет получить данные для более эффективной застрой ки в сложных геологических условиях, повысить нефтеотдачу пластов выработанных нефтяных месторождений, активно бороться с региональной сейсмической опасностью.