Способ оценки напряжений в массиве горных пород

Способ оценки напряжений в массиве горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

899944

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (51) М. К„

Е 21 С 39/00

Е 21 В 47/00 (22) Заявлено 08.01.80 (21) 2866886/22-03 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Гасударственных камятет

СССР (53) УДК 622.235 (088.8) Опубликовано 23.01.82. Бюллетень №3

Дата опубликования описания 28.01.82 пв делам изобретений и открытий

В. М. Сапожников, И. Г. Сковородников и А. А. К ров) - ".,-: -, ::.

",7

) lj

) .- ), Свердловский ордена Трудового Красного Знамени горный. институт, им. В. В. Вахрушева Министерства высшего и средиeere спещмльйого образования РСФСР (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕНИЙ В МАССИВЕ

ГОРН Ъ|Х ПОРОД

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

Известны способы оценки напряжений в массиве горных пород, основанные на изменении физических свойств горных пород под воздействием внешнего давления. Зависимость между физическими свойствами и внешним давлением установлена опытным путем при исследовании образцов горных пород, подвергающихся регулируемому внешнему давлению (1).

Недостатком этих способов является неоднозначность истолкования результатов измерений, поскольку и температура в массиве, и скорость упругих волн, и электрические характеристики зависят не только от механических напряжечий в породах, но и от таких факторов, как состав пород, их структурно-тектурные особенности, влагонасыщенность и др.

Известен также способ оценки напряжений в массиве горных пород, включающий бурение скважины с извлечением керна и оценкой эффективных электрических сопротивлений участков скважин с последующим сопоставлением данных (2) .

Недостатком известного способа является низкая достоверность результатов, поскольку эффективные электрические сопротивления пород (ЭС) зависят не только от механических напряжений, но и от изменения состава пород, их пористости, влагонасыщенности, минерализации поровых вод.

Цель изобретения — повышение достоверности оценки.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют эффективные электрические сопротивления кернов, извлеченных с участков измерения эффективных электрических сопротивлений в скважинах, а сопоставление данных производят путем определения 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, позволяет исключить влияние на результаты исследований таких факторов, как состав, структура и влагонасыщенность пород, 20 что обеспечивается условиями измерений в кернах, и таким образом выделить зависимость ЭС только от механического напряжения, поскольку измерения ЭС пород на стен899944, ках скважин производят в условиях естественного залегания при естественном напряжении массива, обусловленном действием горного давления, а измерения в кернах выполняют при отсутствии напряжений, т. е. в условиях разгрузки.

Привлечение методов математической статистики к обработке результатов измерений позволяет исключить влияние случайных погрешностей и, тем самым, еще больше певысить достоверность результатов исследований. SO

На фиг. 1 изображен график распределения ЭС, измеренных на стенках буровых скважин по всем породам месторождения, в соответствии с этим все породы разбиты на шесть статистически однородных групп, удовлетворяющих логарифмически нормальному закону распределения; на фиг. 2

4 — графики распределения ЭС, измеренных в кернах, т. е. в отсутствие напряжения, внутри отдельных соответственно II III u

IV статистически однородных групп, выделен- 26 ных по результатам скважинных измерений; на фиг. 5 — геологический разрез месторождения с указанием зон пониженного 1, повышенного 2 и нормального 3 напряжений, где  — восток; 3 — запад; С вЂ” 13...С вЂ” 26— обозначения скважин; на фиг. 6 — геологический разрез месторождения со следующими условными обозначениями: 4 — рыхлые отложения; 5 — туффиты; 6 — лавы дацитовых порфиритов; 7 — липарит-дацитовый порфирит; 8 — диабазовый миндале- Зо каменный порфирит; 9 и 10 — породы дайкового комплекса.

Способ осуществляется следующим образом.

Производят бурение скважин с отбором керна по всему стволу. После этого производят электрический каротаж скважин по методу ЭС.

Выполняют статистическую обработку результатов каротажа ЭС. Для этого на имеющихся диаграммах ЭС определяют в пределах отдельных интервалов ЭС длину этих интервалов и соответствующее им ЭС. Далее строят в логарифмическом масштабе кривую распределения ЭС всех пород месторождения. Относительную частоту распространения отдельных значений ЭС вычисляют. по длине соответствующих интервалов стволов скважин (каротажных диаграмм).

В соответствии с построенным графиком все породы разбивают на статически однородные группы, подчиняющиеся логарифмически нормальному закону распределения

ЭС, как это показано на фиг. l.

Геологический разрез скважин разбивают по величине ЭС, на зоны, относящиеся к соответствующим выделенным статистическим группам. SS

Производят, руководствуясь диаграммой ЭС, отбор кернов из зон скважин, отнесенных 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 (б-10 см) для измерения его ЭС лабораторной установкой.

Определяют ЭС отобранных кернов одним из известных лабораторных методов.

Для обеспечения постоянства минерализации поровых вод при измерениях ЭС на стенках скважин и в кернах, керны перед измерениями рекомендуется замачивать в, той же воде, на основе которой приготавливают буровой раствор на данном месторождении.

Строят в логарифмическом масштабе графики статистического распределения ЭС, измеренного в кернах, отобранных из зон, отнесенных к .отдельным выделенным по каротажным диаграммам статистически однородным группам

Проводят для каждой статистически однородной группы сопоставление графиков распределения ЭС керна с теоретическими кривыми логарифмически нормального распределения, которыми описываются распределения ЭС, измеренных по каротажу ЭС.

Характер изменения ЭС пород с повышением напряжения зависит от того, что оказывает превалирующее влияние: микроструктура минералов или макроструктура породы.

На месторождениях сульфидных и полиметаллических руд наблюдается уменьшение

ЭС пород с увеличением механического напряжения в них. По этой причине. максимум на кривой распределения ЭС, измеренных в кериах, приходится правее на более высокие значения, чем на кривой распределения ЭС, измеренных на стенках буровых скважин.

Породы, вошедшие в каждую выделенную статистическую группу, могут находиться под различными напряжениями, как нормальными, так и аномальными, т. е. повышенными и пониженными. Это отчетливо проявляется на кривых распределения ЭС, измеренных в кернах (фиг. 2 — 4). Эти кривые, кроме основного максимума, соответствующего кернам. находившимся в скважинах под нормальным напряжением, имеют дополнительные максимумы, как правее, так и левее.

Можно заключить, что керны, дающие максимум ЭС правее основного, отобраны из зон высокого напряжения, а дающие максимум ЭС левее основного — из зон пониженного напряжения.

Наличие сложных кривых распределения

ЭС образцов является основанием для проведения дальнейших исследований с целью прослеживания в пространстве участков повышенного или пониженного напряжения в массиве горных пород.

По сопоставлению кривых распределения определяют наиболее вероятные значения

899944

ЭС кернов в областях аномального (раздельно повышенного и пониженного) напряжения.

Устанавливают по значениям ЭС керна номера скважин и интервалы глубин, соответствующие зонам аномальных напряжений.

На геологические разрезы и карты наносят соответствующими условными обозначениями местоположения интервалов повышенного и пониженного напряжений и проводят их корреляцию, как это показано на фиг. 5.

В случае необходимости оценивают величину напряжения количественно, увеличивая внешнее давление на керн до тех пор, пока его ЭС не достигнет величины, полученной по измерениям в скважине.

Пример. Применение способа в условиях медноколчеданного месторождения «Осеннее» (Ю. Урал).

В стенках скважин, пробуренных при разведке месторождения, проводились измерения 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 распределения ЭС всех пород, приведенный на фиг. 1.

В соответствии с полученным графиком распределения ЭС все горные породы месторождения разбиты на шесть статистически однородных групп, подчиняющихся логарифмически нормальному закону распределения (пунктирные кривые на фиг. 1). Эти группы имеют следующие модальные значения ЭС: 1 группа — 250 Ом м; 11 группа—

580 Ом.м; Ш группа — 1200 Ом.м; IV группа — 3400 Ом-м; Ч 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: 1 группа — 74; II — 87; Ш вЂ” 70;

IV —. 44; V — 74; VI — 48 штук.

Длина керна составляла 6 — 10 см.

Керны замачивались в воде, взятой из той же скважины, из которой снабжались глиномешалки, готовящие глинистый раствор для бурения скважин. ЭС кернов измерялись четырехточечной лабораторной установкой.

Результаты лабораторных измерений

ЭС внутри каждой выделенной группы снова подвергались статистической обработке и по ним строились кривые распределения также в логарифмическом масштабе. На фиг. 2, 3 и

Формула изобретения

Способ оценки напряжений в массиве горных пород, включающий бурение скважин с извлечением керна и оценкой эффективных электрических сопротивлений участков скважин с последующим сопоставле4о нием данных, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности оценки, измеряют эффективные электрические сопротивления кернов, извлеченных с участков измерения эффективных электрических сопротивлений в скважинах, а сопоставление дан45 ных производят путем определения разницы сопротивлений, измеренных на стенках скважин и в кернах, соответствующих участкаи этих скважин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Справочник по физическим свойствам минералов и горных пород при высоких термодинамических параметрах. М., «Недра», 1978.

2. Кулиев С. М. и Филатов Б. С. Буре55 ние нефтяных и газовых скважин. М., Гостоптехиздат, 1958, с. 483 †4 (прототип).

5 о

15 го

25 зо

4 представлены графики распределения ЭС пород II, Ш и IV групп. Кривые на этих графиках имеют основной максимум, который соответствует ЭС кернов, находившихся в скважинах под нормальным напряжением, и два дополнительных максимума. Основной максимум приходится на более высокие ЭС, чем модальные значения ЭС, найденные по измерениям в скважинах. Так, для 1 группы это 350 Ом. м вместо 250 Ом-м; для II группы — 1000 Ом.м вместо 580 Ом.м; для I I Iâ

1900 Ом.м вместо 1200 Ом.м; для IV—

4200 Ом-м вместо 3400 Ом.м и т. д.

Увеличение статистически наиболее верс, ятных значений ЭС кернов по сравнению с наиболее вероятными ЭС тех же пород в условия х естественного залегания, т. е. в буровых скважинах, объясняется тем, что породы, исследуемые в буровых скважинах, находятся в напряженном состоянии под воздействием горного давления, которое уменьшает их ЭС по сравнению с ЭС кернов, измеряемых в условиях разгрузки.

Выводы по оценке напряжений в массиве горных пород, сделанные на основании изучения ЭС по предлагаемому способу, хоро шо согласуются с результатами геомеханических исследований, выполненных на месторождении в разведочной шахте по традиционной методике. Однако по сравнению с традиционными геомеханическими способами предлагаемый способ позволяет изучить гораздо большие по объему массивы горных пород и с гораздо меньшими затратами времени и средств.

899944

10

100 ZS0 SSO йаа SHOO 1ОООО ЩООО 1ООООО ЗС, ОМ-М !

1ОО0 ЮВОО 1аааа

100ооо яс, ом и

zooooo ac, u .e

1ОО

bOO OOOO BAZOO го

10 оооо 1ооооо Зс, ом м

У

1оо 297 иоо Ф2оо фиг. 1

899944

C-1

200

300

500 б00 юао л A у у б 7 (г г) 10

v v

Фиг.b

Редактор В. Лазаренко

Заказ 12134 49

Составитель Л. Прошина

Техред А. Бойкас Корректор Г. Огар

Тираж 623 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, /К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4