Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?

Научные направления
Поделиться:
Разделы: Геология
Размещена 19.03.2022. Последняя правка: 24.03.2022.
Просмотров - 210

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ АНИЗОТРОПИИ ГОРНЫХ ПОРОД И УПРУГИХ МОДУЛЕЙ ПЛАСТОВ

Григорьев Роман Валерьевич

КФУ, ИГиНГТ

магистр

Аннотация:
В статье рассмотрен метод, по которому определяют параметры анизотропии горных пород, обработка данных, также описывается методика расчета для уменьшения влияния погрешностей определения интервальных времен. Объясняется механизм возникновения анизотропии скоростей поперечных волн в горных породах. Объяснение возникновения техногенных трещин.


Abstract:
The article considers the method by which the parameters of the anisotropy of rocks are determined, data processing, and also describes the calculation method to reduce the influence of errors in determining the interval times. The mechanism of occurrence of the anisotropy of the velocities of transverse waves in rocks is explained. Explanation of the occurrence of man-made cracks.


Ключевые слова:
анизотропия; коэффициент анизотропии; продольная волна; волна Стоунли; поперечная волна

Keywords:
anisotropy; anisotropy coefficient; longitudinal wave; Stoneley wave; transverse wave


УДК 55

Введение

Исследования проводились на Яреюском месторождении в обсаженном стволе скважины при помощи прибора волнового акустического каротажа АВАК-11. Были зарегистрированы волны, возбуждаемые монопольными и дипольными источниками акустических колебаний. По данным инклинометрии угол наклона скважин в интервале каротажа составлял 37-40 градусов. При углах наклона скважины более 25 градусов, полученная анизотропия характеризует горизонтальную слоистость разреза и вертикальное напряжение горных пород.

Актуальность использования методики определения параметров анизотропии горных пород

Обработка данных включает в себя прослеживание продольной и поперечной волн, с корреляционным расчетом интервальных времен и статистическим контролем результатов, по каждому типу волн.

Методика определения параметров анизотропии горных пород основана на расщеплении (поляризации) поперечных волн на быструю (распространяющуюся параллельно направлению трещин) и медленную (распространяющуюся перпендикулярно направлению трещин) волны.

Для определения анизотропии скоростей поперечных волн используется модифицированный метод Алфорда. В этом методе используются две ортогональных составляющих волнового поля, которые получены от аналогичных источников волн. Сущность метода Алфорда заключается в том, что необходимо определить два источника поперечных волн (X, Y) с ортогональными направлениями воздействия, для которых в свою очередь вся энергия аккумулируется на приемных компонентах параллельных направлению воздействия YY и XX.

При известном угле (Ѳ) значения быстрой (FP) и медленной (SP) поперечных волн рассчитываются по формулам:

            FP=XX*cos2Ѳ+(XY+YX)*sinѲ*cosѲ+YY*sin2Ѳ

            SP=XX*sin2Ѳ-(XY+YX)*sinѲ*cosѲ+YY*cos2Ѳ

Для уменьшения влияния погрешностей определения интервальных времен расчеты коэффициентов анизотропии поперечных волн и направления анизотропии производятся по данным прямых замеров волновых картин и времен прихода пакетов поперечных волн на них. Решение данной задачи производится программой с использованием численного восстановления волновых картин.

Скоростная анизотропия в породах объясняется при помощи трех механизмов:

  1. Наличие горизонтальных напряжений в породах;

  2. Присутствие субвертикальной трещиноватости;

  3. Пласты, относительно скважины, залегают наклонно.

Коэффициент анизотропии, связанный с азимутально-ориентированными горизонтальными напряжениями (стрессами), в основном принимает значения до 5%. Если значение коэффициента анизотропии более 5%, то это свидетельствуют о субвертикально ориентированной трещиноватости исследуемых пород.

Значения коэффициента анизотропии менее 3% могут быть обеспечены погрешностью измерения, поэтому породы с такими значениями считаются изотропными. Однако, используемая методика обработки при вращении прибора в скважине позволяет уменьшить погрешность определения азимута анизотропии и появляется возможность определения азимута анизотропии при коэффициенте меньше 3 процентов.

Развитие техногенных трещин может быть обусловлено двумя причинами:

  1. наличие горизонтального стресса в породе;

  2. гидроразрывами, вызванными повышением давления промывочной жидкости в результате резкого перемещения бурового инструмента.

При наличии горизонтального стресса в породе развитие техногенной трещины не будет менять направление анизотропии вызванной геологическими причинами и её направление будет соответствовать направлению максимального горизонтального стресса.

Результаты обработки

Для определения параметров волн использовались механизмы фильтрации и корреляционные методы выделения пакетов упругих волн. В результате обработки были определены кинематические и динамические параметры упругих волн: продольной, поперечной и Стоунли.

В интервале высокоамплитудного сигнала волны по колонне параметры продольной волны не определены. Для расчета модулей упругости использовалась кривая интервальных времен продольной волны, полученная в открытом стволе скважины. По определенным скоростям продольной и поперечной волн, а также плотности, выполнен расчет коэффициента Пуассона и модулей упругости (таблица 1).

Таблица 1. Модули упругости

п/п

Кровля, м

Подошва,

м

Мощность,

м

Интервальное время продольной волны, мкс/м

Интервальное время волны Стоунли, мкс/м

Интервальное время поперечной волны, мкс/м

Коэффициент Пуассона

Модуль упругости, ГПа

1

2428,1

2429,2

0,9

245,26

672,68

424,03

0,25

34,80

2

2429,2

2430,0

0,8

241,81

683,71

431,40

0,27

33,73

3

2430,0

2430,9

0,9

244,94

691,24

424,57

0,25

34,26

4

2430,9

2434,3

3,4

246,49

689,29

439,72

0,27

32,42

5

2434,3

2436,0

1,7

247,91

686,81

453,31

0,29

30,83

6

2436,0

2437,1

1,1

249,97

684,00

442,29

0,27

31,94

7

2437,1

2437,9

0,8

247,01

683,30

450,19

0,28

31,21

8

2437,9

2438,9

1,0

252,11

680,00

443,94

0,26

31,78

9

2438,9

2439,8

0,9

248,91

679,25

452,35

0,28

30,76

10

2439,8

2440,7

0,9

252,29

672,86

445,83

0,26

31,47

11

2440,7

2442,1

1,4

250,44

681,04

454,78

0,28

30,39

12

2442,1

2442,8

0,7

253,24

682,88

452,70

0,27

30,50

13

2442,8

2443,9

1,1

253,86

682,87

458,07

0,28

29,91

14

2443,9

2444,8

0,9

245,29

680,25

435,05

0,27

32,67

15

2444,8

2445,6

0,8

246,59

680,00

444,05

0,28

32,00

16

2445,6

2447,2

1,6

247,75

679,49

437,65

0,26

32,64

17

2447,2

2449,9

2,7

245,30

677,10

429,07

0,26

33,62

18

2449,9

2450,9

1,0

249,46

676,16

441,48

0,27

31,94

19

2450,9

2452,2

1,3

247,56

673,01

434,02

0,26

32,72

20

2452,2

2453,5

1,3

237,04

672,96

412,49

0,25

36,80

21

2453,5

2454,6

1,1

246,78

676,00

423,94

0,24

34,60

22

2454,6

2456,8

2,2

245,21

674,73

415,56

0,23

35,25

23

2456,8

2459,5

2,7

244,80

671,88

420,64

0,24

34,78

24

2459,5

2460,5

1,0

240,35

672,84

435,82

0,28

32,97

25

2460,5

2461,7

1,2

243,10

669,91

417,60

0,24

35,20

26

2461,7

2462,8

1,1

241,10

670,01

417,20

0,25

35,31

27

2462,8

2464,2

1,4

244,35

671,08

417,93

0,24

34,88

28

2464,2

2465,2

1,0

244,56

675,27

443,69

0,28

32,22

29

2465,2

2466,4

1,2

239,08

673,01

409,39

0,24

36,52

30

2466,4

2467,3

0,9

225,02

671,80

403,43

0,27

38,74

31

2467,3

2468,4

1,1

235,66

672,15

402,59

0,24

37,57

32

2468,4

2469,7

1,3

228,12

671,29

387,35

0,24

41,00

33

2469,7

2471,1

1,4

229,84

674,06

387,31

0,23

40,46

34

2471,1

2473,0

1,9

210,83

670,90

366,03

0,25

48,67

35

2473,0

2474,6

1,6

248,63

683,60

412,60

0,21

34,54

36

2474,6

2475,8

1,2

229,87

675,64

404,13

0,26

38,54

37

2475,8

2477,3

1,5

249,02

681,08

419,40

0,23

34,18

38

2477,3

2478,0

0,7

246,79

674,85

389,07

0,16

36,14

39

2478,0

2479,5

1,5

235,21

675,59

396,18

0,23

38,86

40

2479,5

2480,7

1,2

232,60

670,74

388,70

0,22

40,92

41

2480,7

2482,6

1,9

243,70

671,78

409,28

0,23

35,58

42

2482,6

2483,4

0,8

236,07

669,67

400,72

0,23

37,96

43

2483,4

2484,3

0,9

237,71

671,18

411,28

0,25

36,72

44

2484,3

2485,6

1,3

247,76

674,99

441,80

0,27

32,14

45

2485,6

2486,8

1,2

228,37

671,86

402,39

0,26

39,70

46

2486,8

2488,3

1,5

235,64

677,44

415,22

0,26

36,34

47

2488,3

2489,7

1,4

238,43

668,61

426,38

0,27

34,37

48

2489,7

2491,0

1,3

187,76

669,78

364,40

0,32

54,13

49

2491,0

2492,5

1,5

184,19

669,20

345,97

0,30

59,26

50

2492,5

2494,0

1,5

194,32

666,81

356,54

0,29

53,16

51

2494,0

2495,6

1,6

200,40

663,68

387,30

0,32

45,38

52

2495,6

2496,7

1,1

211,79

677,47

421,60

0,33

38,41

53

2496,7

2498,8

2,1

222,55

675,77

419,49

0,30

37,32

54

2498,8

2500,1

1,3

213,45

683,57

423,24

0,33

37,97

55

2500,1

2501,6

1,5

214,45

672,60

411,83

0,31

39,30

56

2501,2

2502,8

1,6

208,99

674,31

351,80

0,23

50,65


Определены параметры анизотропии горных пород в исследуемом интервале (таблица 2). По данным инклинометрии, предоставленным заказчиком, угол наклона скважины в интервале каротажа составляет 37-40 градусов. При углах наклона скважины более 25 градусов полученная анизотропия характеризует горизонтальную слоистость разреза и вертикальное напряжение горных пород. Увязка данных по глубине произведена по интервальному времени, полученному в открытом стволе скважины. 

Таблица 2. Характер и направление анизотропии горных пород

№ п/п Кровля, м Подошва, м Мощность, м Максимальное значение коэффициента анизотропии в интервале, % Магнитные азимуты направления распространения быстрой поперечной волны,град.
1 2428,1 2429,4 1,3 1,5 95
2 2431,8 2442,0 10,2 2,7 105
3 2442,0 2445,0 3,1 1,9 105
4 2445,0 2449,2 4,2 1,7 105
5 2449,2 2460,0 10,8 2,2 105
6 2460,4 2464,0 3,6 2,1 95
7 2464,4 2466,5 2,1 1,4 95
8 2467,3 2471,7 4,4 1,5 85
9 2472,6 2486,5 13,9 1,8 95
10 2487,6 2490,9 3,3 1,4 105
11 2490,9 2494,9 4,0 1,8 105
12 2498,6 2500,1 1,5 2,4 15
13 2501,2 2505,0 3,8 2,0 75

Библиографический список:

1. Александров К.С. Продайвода Г.Т. Анизотропия упругих свойств минералов и горных пород. Издательство: СО РАН. 2000 г. 2. Красносельских А.А. Физическое моделирование зонда электромагнитного каротажа, предназначенного для определения коэффициента электрической анизотропии горных пород: дис. канд. физ-мат. наук. 2016 г.




Рецензии:

19.03.2022, 14:59 Абросимов Андрей Андреевич
Рецензия: Изучение свойств анизотропных пород, у которых физические свойства (удельное электрическое сопротивление (УЭС), сжимаемость, скорость прохождения акустических волн и др.) не одинаковы в различных направлениях, общепризнанно является одной из важнейших задач геофизики. Сама по себе анизотропия свойств обусловлена структурными особенностями породы, образованием отдельных обособленных слоев, связанных с различными условиями осадконакопления и факторами постседиментационных процессов. Параметры акустической анизотропии содержат важную геолого-геофизическую информацию о строении и свойствах пород слагающих анизотропную толщу. В связи с вышеизложенным актуальность данной статьи не вызывает сомнений. В статье автором рассмотрен метод, по которому определяют параметры анизотропии горных пород и приводится методика расчета интервальных времен с учетом уменьшения погрешности измерений. Объясняется механизм возникновения анизотропии скоростей поперечных волн в горных породах. Замечания. 1) Во введении название месторождения правильнее написать с большой буквы. 2) Автором указывается, что "В результате обработки были определены кинематические и динамические параметры упругих волн: продольной, поперечной и Стоунли", а также "По определенным скоростям продольной и поперечной волн, а также плотности, выполнен расчет коэффициента Пуассона и модулей упругости" - рекомендуется привести результаты в виде графиков или таблицы для большей наглядности полученных результатов по интервалам. 3) Используемую палетку «Интервальное время продольной волны-Глинистость-Плотность» рекомендуется добавить и по-возможности указать, каким образом она была получена. После правки статьи с учетом вышеобозначенных замечаний, работа рекомендуется к публикации.

19.03.2022 17:17 Ответ на рецензию автора Григорьев Роман Валерьевич:
Андрей Андреевич, благодарю за подробную рецензию моей работы. Указанные вами недочёты я постараюсь исправить в ближайшее время. Вот только у меня возникали проблемы при добавлении планшета, который является итоговой интерпретацией (сайт выводил ошибку и не давал возможности добавить любые графические приложения), но этот вопрос я постараюсь также решить в ближайшее время. Ещё раз благодарю за ваше внимание!

24.03.2022, 18:14 Кузнецов Кирилл Михайлович
Рецензия: Автор затронул актуальную тему для написания работы. Данная статья соответствует требованиям для публикации. Также прочел рецензию, написанную выше. Замечания, указанные в ней не найдены в статье. Соответственно автор их исправил, поэтому данная статья рекомендуется к публикации.
25.03.2022 9:09 Ответ на рецензию автора Григорьев Роман Валерьевич:
Благодарю вас за уделённое время,Кирилл Михайлович!



Комментарии пользователей:

20.04.2022, 3:04 Ашрапов Улугбек Товфикович
Отзыв: В данной работе автором не описана цель работы и заключение. Список литературы ограничен одной литературной работой, необходимо увеличить количество литературных работ. В введении необходимо было дать определение анизотропии горных пород (anisotropy) - неоднородности физических свойств пород (прочности, твёрдости и др.) в разных направлениях, что свойственно кристаллам [http://www.drillings.ru/www/files/anizotropgorporod.html]. Рекомендую к публикации после доработки статьи.


Оставить комментарий


 
 

Вверх