Способ исследования скального массива в процессе бурения

 

Использование: при локализации и геометризации разломов, зон трещиноватости и карстовых пустот. Сущность изобретения: способ основан на использовании сильной поперечной волны S. возникающей при приближении к границам раздела сред, например тектоническим зонам. Для ее преимущественной регистрации приемники расставляют по радиальным профилям, установленным на расстоянии от устья скважины , равном HMaicctg у, где Нмакс - априорная глубина разведочной скважины, усоотношение поперечных vs и продольных vp скоростей в породе, а регистрацию осуществляют в частотной полосе с центральной частотой f0 vp/4h. где h - заданное расстояние от долота до границы раздел сред,3 ил. w&

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (stis G 01 V 1/40

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ сред, 3 ил.

Ф н

° к гк (21} 4903705/25 (22) 22.01.91 (46) 07.04.93. Бюл.М 13 (71) Научно-производственное обьединение

"Рудгеофизика" (72) А.А.Молчанов, П.В.Крауклис и В.П.Крауклис (56) Авторское свидетельство СССР

ЬВ 1434084, кл. Е 21 В 45/00, 1988.

Международная заявка WO М 85/05696, кл. 6 01 V 1/40, 1985. (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ СКАЛЬНО-

ГО МАССИВА В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ (57) Использование: при локализации и геометризации разломов, зон трещиноватости и карстовых пустот. Сущность изобретения:

Предлагаемый способ относится к исследованию строения горных пород с использованием. вариаций в акустических свойствах пород и может быть использовано для решения инженерно-геологических и гидрогеологических задач, для локализации и геометризации разломов. зон трещиноватости и карстовых пустот при бурении скважин на исследуемом участке.

Цепью изобретения является обеспечение возможности определения положения границ напластования и тектонических зон.

Способ поясняется фиг,1-3.

В способе используется факт образования сильной поперечной волны нелучевой природы при приближении источника упругих колебаний к плоскости тектонической зоны на расстоянии меньше одной четверти длины волны продольных колебаний. Дан,,5U 1807433 А1

cnoco6 ocHoaaH Ha использовании сильной поперечной волны 8*, возникающей при приближении к границам раздела сред, например тектоническим зонам. Для ее преимущественной регистрации приемники расставляют по радиальным профилям, установленным на расстоянии от устья скважины, равном Нмаксщ у, где Нмакс — априорная глубина разведочной скважины, у — соотношение поперечных vs и продольных уР скоростей в породе, а регистрацию осуществляют в частотной полосе с центральной частотой fo -vp/4h, где h — заданное расстояние от долота до границы раздел," Б ная волна распространяется при углах, 00 удовлетворяющих неравенству с

y> arcsin у, (1) Фь (лЭ где у — угол между нормалью Й к плоскости () тектонической зоны и направлением К. волнового вектора волны. y* чк/чр — отношение скорости поперечной волны к скорости продольной волны в массиве. Для большинства скальных пород 0,5 «у < 0,7 или

30 <у< агсз!пу< 45 .

При непрерывной записи радиально-линейной расстановкой приемников колебаний, возбужденных долотом, часть приемников, попадающих в область углов у > arcs1n у будет регистрировать значительно более интенсивное поле при при-.

1807433 ближении долота к тектонической зоне на расстояние (2) Хг = Нщ(агсЫгг у) = Н вЂ” —, (3) ,1 : Г где Н вЂ” глубина разлома. Невыполнение равенства (3) свидетельствует о наклонном положении плоскости разлома. Угол наклона О плоскости разлома находится из формулы: д= arcsin у — arctg хг (4) Положительный знак Оозначает подъем разлома с удалением по профилю от буро-. вой.

В общем случае произвольного расположения линии простирания относительно профиля лучше использовать звездообразную систему профилей с центром на буровой. Линия, соединяющая угловые точки на динамических годографах для каждого профиля, используется для определения направления погружения плоскости разлома, которое совпадает с диаметром области, ограниченной этой линией, то есть отрезком прямой, соединяющей две наиболее удаленных точки на линии угловых точек.

Для осуществления предложенного способа необходимо выполнить следующий комплекс операций.

Вокруг заданной бурением скважины расставляют по радиальным профилям акустические приемники с расстоянием между приемниками, обеспечивающим корреляцию зарегистрированных данных. Ближние акустические приемники располагают в непосредственной близости от устья скважины, а дальние — на расстоянии не менее

Htg y, где Н вЂ” максимальная глубина скважины, у — отношение скорости поперечных колебаний к скорости продольных колебаНа основе данных о частотном распределении спектра мощности упругих колебаний, возбуждаемых породораэрушагде h — расстояние от долота до разлома, р — длина продольной акустической волны.

Вследствие этого на динамическом годографе возникает угловая точка, которая в случае горизонтального расположения разлома будет находиться от устья скважины на расстоянии (фиг.1). ющим инструментом и на основе принимаемого решения о требуемой дальности определения расстояния забоя разбуриваемой скважины до плоскости приближающегося разлома выбирают полосу частот

A f = f1 — f2 с центральной полосой fo =

2 («+ f2), в которой производят регистрацию упругих колебаний, возникающих при

10 работе бурового долота с фильтрацией записей на приемниках, расположенных на радиальных профилях.

По записям приемников, расположенных на радиальных профилях, определяют спек"5 тры Si(f) регистрируемых колебаний и по спектрам находят осредненные по времени регистрации Т энергии колебаний, то1 2 2 есть средние мощности Wt = — f iSI(f) l df

Т f1 (1 — номер приемника), Полученные данные используют для построения радиальных динамических годографов как кривых зависимости Wi от радиуса для каждой из расстановок,.например 1-8 (фиг.3), Динамические годографы строят с шагом по глубине меньшим дальности определения расстояния от долота до разлома.

На семейство динамических годографов, соответствующих фиксированной глубине Н, находят критические точки (или угловые точки), в которых происходит резкое изменение наклона динамического годографа. Появление критических точек на годографах свидетельствует о наличии на расстоянии h - vp/410 от долота приближающегося разлома.

Для определения ориентации разлома, то есть угла падения плоскости разлома, угловые точки соединяют гладкой кривой и две; наиболее удаленные точки на ней, соединяют прямой. Направление прямой показывает направление падения плоскости разлома, причем угол падения определяют по формуле (4), в которую вместо Хг подставляют наименьшее расстояние от устья скважины до кривой.

Для примера можно рассмотреть случай исследования геологического разреза со скоростью продольных волн в породах

vp = 5 км/с, скоростью поперечных волн

vs = 3 км/с (отношение ч,/чр - у = 0,6) и заданной дальностью долота до пересечения тектонической зоны h = 4 м. В этом случае центральная частота составит

fp = чр/4h — 1 -310 Гц. Если при глуби5000

16 не долота Н = 400 м на динамических ro- . дографах появились угловые точки и ближайшая к устью угловая точка находится

1807433 на расстоянии Хг = 250 м, То угол подьема плоскости разлома равен:

О= агсз1п 6,6 — аrctg 0,62 = 36 -31 50 =5 10 .

Кроме возможности определения пространственного и углового положения границы (тектонической зоны) преимуществом предложенного способа является то, что его можно испольэовать не только при скачке "0 акустических свойств по обе стороны плоскости раздела, как в большинстве известных сейсмоакустических методов, но и при наличии тектонической зоны в однородных по сейсмоакустическим свойствам породах.

По способу проведено математическое моделирование, показавшее его осуществимость.

Формула изобретения

Способ исследования скального масси- 20 ва в процессе бурения скважины, включающий установку акустических датчиков на поверхности; регистрацию акустических колебаний в процессе бурения скважины, а также обработку результатов и построение 25 графиков в зависимости от прохождения бурильного долота по глубине, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения возможности определейия положения гра- . ниц напластования и тектонических эон, 30 акустические датчики размещают по радиальным профилям от устья скважины до расстояния, равного Hwaxctg у. где >Ma c— априорно задаваемая глубина разведочной скважины, у — отношение скоростей поперечных и, и продольных чр акустических колебаний в породах, акустические колебания регистрируют в частотной полосе с центральной частотой fo = vp/4h, где h — заданное расстояние от долота до тектонической зоны, при обработке определяют спектры мощности зарегистрированных колебаний, строят динамические годографы, на которых выделяют угловые точки с резким изменением наклона годографа, соединяют угловые точки гладкой замкнутой кривой, по направлению отрезка, проходящего через точку проекции скважины на дневную поверхность и на иболее удаленные точки на замкнутой кривой, определяют направление падения тектонической зоны, а угол бее падения рассчитывают, исходя из соотношения

0= arcstn y-arctg

Хг

Н где Н вЂ” текущая глубина скважины, Хг — меньшее расстояние от точки проекции устья скважины до замкнутой кривой.

1807433

Составитель П. Крауклис

Техред М.Мофгентал Корректор О. Кравцова

Редактор Т. Федотов

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ. 1378 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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