Способ определения коэффициента фильтрации горных пород Советский патент 1989 года по МПК E21B47/10 

1

Изобретение относится к гидрогеологии и может быть использовано для оценки запасов подземных вод, при обосновании гидротехнического строительства и осушения шахтных и карьерных пслей.

Целью изобретения является повышение достоверности определения коэффициента фильтрации горных пород.

Способ осуществляют следующим образом.

В процессе разведки месторождения водоносный горизонт, представленный трещиноватыми породами, вскрывают несколькими опытными и геологоразведочными скважинами. В процессе бурения из опытных и разведочных скважин производят отбор керна, по

которому измеряют густоту трещин. Из керна на заданных глубинах отбирают образцы, по которым определяют плотность горных пород. После окончания бурения в опытных скважинах производят опытные откачки (или наливы), по результатам которых с использованием известных зависимостей, рассчитывают коэффициенты фильтрации горных пород опробуемого водоносного горизонта. Полученные частные значения коэффициентов фильтрации, модулей трещиноватости с учетом глубин опробованных интервалов подвергают статистической обработке. Методами регрессионного анализа определяют коэффициенты регрессии Ъ и d в уравнении

Јь

43

сэ со

СП

1

(

-Л

(О

где Кф - коэффициент фильтрации горных пород по опытным скважинам, м/сут; С - коэффициент, зависящий от геометрии трещин и ориентировки их относительно фильтрационного потока, м2-/сут; М - модуль трещиноватости горных пород по керну скважины, ед./м; d и Ъ - коэффициенты регрессии; об - коэффициент сжимаемости горных пород, ед./Па; Р - эффективное давление на глубине отбора керна,Па; РО - стандартное эффективное давление, Па.

Затем по значениям модуля трещиноватости, определенным по керну ге- олого-разведочной скважины, с использованием зависимости

ко C MpJj7 мТТи (Р

Р Р d exp(-M)+b

)

где К. - коэффициент фильтрации горных пород, вскрытых геолого-разведочной скважиной, м/сут; С - коэф- фициент, зависящий от геометрии трещин и ориентировки их относительно фильтрационного потока, м2/сут; М - модуль трещиноватости горных пород по керну скважины, ед./м; d и b - коэффициенты регрессии; d, - коэффициент сжимаемости горных пород, ед./Па; Р - эффективное давление на глубине отбора керна, Па; РО - стандартное эффективное давле- ние, Па; рассчитывают значение коэффициента фильтрации для выделенного (интервала водоносного горизонта, вскрытого геолого-разведочной скважиной .

П р и м е р. На стадии детальной геологической разведки месторождения магнезита коэффициент фильтрации горных пород был определен опытными откачками по 68 скважинам (см, табл.1).

По керну опытных скважин были определены модуль трещиноватости горных пород (табл.2) и плотность.

i

На месторождении магнезита были

пробурены 124 геолого-разведочные скважины, по керну которых определе05

0

5

0 5 0 5

ны модуль трещиноватости и плотность горных пород.

Результаты определения коэффициентов фильтрации и модуля трещиноватости горных пород по опытным скважинам были подвержены предварительному статистическому анализу, который включал: вычисление характеристик эмпирических распределений; отсев грубых погрешностей; проверку гипотезы нормальности распределений, если гипотеза нормальности распределения отвергнута, то проводим преобразование распределения к нормальному, проверку гипотезы нормальности преобразованного распределения.

Отсев грубых погрешностей был выполнен с использованием распределения Стьюдента. В результате были исключены по 3 значения коэффициента фильтрации и модуля трещиноватости горных пород.

Гипотеза нормальности распределения была отвергнута, поэтому было выполнено преобразование распределений коэффициента фильтрации и модуля трещиноватости заменой К 1пК и М 1пМ. После преобразования данных гипотеза нормальности распределения была проверена по критерию х . Проверка подтвердила гипотезу нормальности распределения преобразованных данных.

Определение коэффициентов b и d в уравнении (1) основано на свойстве аддитивности логарифмов коэффициентов фильтрации трещиноватых горных пород, которое было установлено в результате исследований и записывается следующим образом:

1пК 1пК(М)+1пК(Р),

(3)

где К коэффициент фильтрации трещиноватых горных пород, м/сут; К(М) - зависимость коэффициента фильтрации от модуля трещиноватости; К(Р) - зависимость коэффициента фильтрации от эффективного давления. В уравнении (3)

К(М) С-М(4)

и К(Р) ехр d (Р-Р0 )1

u.

Значение коэффициента С определяют по формуле (4) с учетом следующего условия:

К(М) К0 при М М0 (6

Для месторождения магнезита К0 0,695 и М0 11,8. Подставим значения К0 и М0 в формуле (3) и, решив ее относительно С, получим

С у|™ 0,0589 (м2/сут).

Далее для всех опробованных интервалов водоносного горизонта с учетом зависимости (3), рассчитаем значения К(Р).Обозначим:

1 ММ),

d exp(-M)+b

(7)

где (М) - коэффициент структурного ослабления горных пород. С учетом (7) уравнение (5) перепи

шем следующим образом:

1пК(Р) А(м) сл(р-р ).

(8)

В уравнении (8) два неизвестных коэффициента А(М) и oi. Коэффициент tЈ определяем из следующего условия:

ММ) 1 при , (9)

где Р - эффективное давление на

глубине Н, Па.

С учетом (9) уравнение (8) запишется в следующей форме:

lnK(Pk) Ы (Pk Pfl) .

(10)

Эффективное давление рассчитаем по следующей зависимости:

Р (1-т)(Рс, - РЛ),

(П)

где т - трещинная пустотноеть горной породы, доли, ед.; Рск- давление в скелете среды, Па; РЖ - давление в жидкости, Па.

В условиях месторождения магнезита численные значения параметров, входящих в уравнение (10) равны:

Ро 0, Pk 1,83- I07 Па, 1пК(Рк) - 4,828, п 0,05.

Подставив значения параметров и решив уравнение (10) относительно 6i , получим

-T78f-To -2,64-107 (1/Па)

796356

Воспользуемся зависимостью (8) и для каждого опробованного интервала водоносного горизонта рассчитаем значение А (М) .

Коэффициенты регрессии b и d могут быть определены по значениям А(М) с использованием зависимости (7). В этом случае для определения 10 коэффициентов b и d достаточно системы двух уравнений. Фактически получаем переопределенную систему п уравнений с двумя неизвестными, в которой п - количество определений ко- 15 эффициента фильтрации горных пород. Поэтому расчет коэффициентов b и d следует производить, решая систему, уравнений:

п 1 и , - 1 , -- -Mi

20 2 л 7 d 2 е + nb;

Т - k Ъ

-м;

гм

-м-1 +Ь Zle

(12)

где Aj - коэффициент структурного

ослабления для 1-го определения;

М« - модуль трещиноватости горных пород для 1-го определения, ед./м.

Рассчитанные для месторождения магнезита коэффициенты регрессии имеют следующие значения: Ъ 0,754 и d 0,583.

Таким образом, все коэффициенты, входящие в уравнение (1), определены для месторождения магнезита. Далее по значениям модуля трещиноватости, плотности горных пород с учетом

глубины вскрытого скважиной интервал да водоносного горизонта, определяют коэффициенты фильтрации по геолого-разведочным скважинам.

Применение предлагаемого способа

позволяет получить дополнительную информацию об изменении коэффициента фильтрации по площади распространения водоносного горизонта за счет использования данных о трещиноватости горных пород, полученных по керну геолого-разведочных скважин, повысить достоверность определения коэффициента фильтрации в результате , учета эффективного давления, уменьшить объем буровых и опытно-фильтрационных работ. Формула изобретения

Способ определения коэффициента фильтрации горных пород, включающий

бурение опытных скважин, замеры расхода и уровня жидкости в скважине во времени, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности определения, бурят геологоразведочные скважины, отбирают керн из опытных и геолого-разведочных скважин, определяют модуль трещиноватое ти горных пород, определяют эффективное давление на глубине отбора керна, а коэффициент фильтрации горных пород по геолого-разведочным скважинам определяют по формуле

Таблица 1

Изобретение относится к гидрогеологии и может быть использовано для оценки запасов подземных вод. Цель - повышение достоверности определения. Бурят опытные скважины и замеряют расход и уровень жидкости в скважине во времени. Бурят геологоразведочные скважины. Отбирают керн из опытных и геологоразведочных скважин. Определяют модуль трещиноватости горных пород. Определяют эффективное давление на глубине отбора керна. Коэффициент фильтрации горных пород по геологоразведочным скважинам вычисляют по приведенной формуле. Способ позволяет получить дополнительную информацию об изменении коэффициента фильтрации по площади распространения водоносного горизонта. 2 табл.

К

С-М

exp (-M)+b °( J

де

М

и Ъ оС

Р РОкоэффициент фильтрации горных пород по геологоразведочным скважинам, м/сут;

коэффициент, зависящий от геометрии трещин и ориентировки их относительно фильтрационного потока, мг/сут;

модуль трещиноватости горных пород по керну скважины, ед./м; коэффициенты регрессии; коэффициент сжимаемости горных пород, ед./Па; эффективное давление на глубине отбора керна, Па; стандартное эффективное давление, Па.

Таблица2

0

О

50 100 150 200 250

50

100

150

200

250

300

24 19 13 11 1

10 9 8 7

35 Всего:

68