Способ разведки массива горных пород Советский патент 1990 года по МПК G01V1/42 G01V1/00 

Изобретение относится к поиску и разведке месторождений полезных ископаемых с применением межскважинного прозвучивания массива горных пород и может быть использовано на ранних стадиях геологоразведочных работ для определения глубины и мощности залегания Полезного ископаемого.

Целью изобретения является повышение точности разведки за счет расчленения пластов глинистых горных пород.

На чертеже приведена фаза термической обработки (формирования ореолов замораживания или оттгшвания) горных пород вокруг .скважин.

Способ разведки осуществляют следующим образом.

Бурят две или более скважин 1 на заданном расстоянии друг от друга ( в зависимости от базы прозвучивания, например 4-5 м и более).

В процессе бурения скважина 1 про- мьгоается раствором через буровой став,

По окончанют бурения и тампонирования скважины производят межскважи- нное прозвучивание массива пород при параллельном передвижении вдоль скважин 1 излучателя и приемника акустических колебаний. Результаты меж- скваж {нного прозвучивания массива

СП

00

со

to

оо

горных пород в естественном состоя- НИИ записывают в виде изменения ско ростей распространения, продольных волн непрерьгано по всей глубине скважины 1, они являются в дальнейшем базой сравнения для повторного прозву- чивания массива пород после его термической обработки.

Затем после подъема из скважины иэлуча теля и приемника в обсадной трубе 2 монтируют открытую снизу питающую трубу 3, через которую осуше- ствляют термическую обработку пород.

В том случае, когда температура пород положительная, в скважину 1 нагнетают хладоноситель при отрица- . тельной температуре, превышающей температуру фазового перехода воды в лед ( например, для пресной воды

(-20) - (-25) С и соленой (-30) - (lofc до образования вокруг скважины 1 кольца ореола 4 замораживания.

В том случае, когда разведка массива ведется в, вечномерзлой то.лще, аналогично осуществляют оттаивание горных пород.

Размеры ореола 4 замораживания (оттаивания) зависят от горно-геоло- гически-х условий (расстояния между скважинами,, типов расчленяемых пород и т.п.). После образования ореола 4 трубы 3 демонтируют и производят- повторное межскважинное прозвучивание аналогично, как и в первом случае, причем перед прозвучиванием температуру горных пород в пред ёлах ореола замораживания выравнивают до температуры фазового перехода воды в лед (например, для глин и песков не менее (-1)-(-4) С за счет естественного притока тепла к скважине из массива горных пород после прекращения циркуляции хладоносителя .. и выстаивания скважин. Это дает возможность повысить достоверность определения границы ореолов 4, так.как величина скорости распространения упругой волны существенно зависит от температуры горных пород. 1

В предлагаемом способе разведки расчленение слоев глинистых пород

достигается йутем температурного воздействия на отдельные слои (температурным полем) для изменения их структуры и акустической йсесткос.ти в процессе замораживания и последующего частичного оттаивания (повышения тем

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

пературы пород при выстаивании скважин от (-40) до (-4).

Физическая сущность этого процес- са .заключается в следующем. Извест но, что глинообразующие минералы слоев горных пород представляют собой водные алюмосиликаты. Приближенно каолинит имеет химическую формулу Al20,,-2SI02-2H20, а монтморилло- нит - А1 0з-45102-H,j0.nH,jO. Несмотря на относительно .однородный химический состав .кристаллические решетки каолинита и монтмориллонита различны и соответственно характеризуются различной способностью поглощения воды под воздействием колебаний температуры и миграции влаги в массиве пород.

Кристаллическая решетка каолинита характеризируется относительно плотным строением с наименьшими расстояниями между группами ионов и под действием колебаний температуры не спо- собна поглощать большое количество воды, что не изменяет практически структуру горных пород, содержавщх каолинит о Кристаллическая решетка монтмориллонита имеет слоистое строение и отдельные её слои раздвигаются под воздействием колебаний температуры (замора.живания-оттаивания при выстаивании скважины под воздействием земного теплопритока к скважине из массива пород) и вклиниваю цихся мигрирующих молекул воды, что приводит к разрушению структуры слоя монт- мориллонитовых глин и горных пород, содержащих этот минерал. Разрушение структуры глинистых пород при колебаниях температур от (-40) до (-4)°С сопровождается резким расширением при замерзании воды и сжатием при их частичном оттавани и,т,е. в начале процесса с ростом отрицательной температуры до (-30)-(-40) С растут термические напряжения, а затем с уменьшением по величине отрицательной температуры до (-4) с происходит резкая релаксация (уменьшение) температурных напряжений, что приводит к изменению структуры (к образованию трещин за счет разрыва глин) слоя глинистых пород, содержагцих монтмориллонит. Образцы монолитных глин, подверженные циклу замораживание - оттаивание, теряют структурную прочность и рассыпаются на мелкие части по плоскостям микротрещин. Этот предусмотренный в способе цикл температурного, воздей51589234

ствия приводит также к изменению аку- редвижение вдоль скважин излучателя

и приемника и прозвучивание пород в естественном состоянии, о т л и ч а

1 стической жесткости монтмориллонитовых глин по сравнению со слоем пород, содержащим каолинит.

Выявленный механизм разругаения структуры глинистых пород, содержащих, монтмориллонит, под воздействием процессов замораживания и последующего выстаивания (оттаивания) скважин позволяет расчленить пласты глинистых горных пород с точностью определения переходной зоны слоев, т.е. снизить погрешность измерений мощности пластов пород от 8-12 и до 0,5м. ,5 вторное прозвучивание пород и по ре- ( о р м ула изобретения зультатам сопоставления измерений

Способ разведки массива горных по- определяют границы залегания пластов род, включающий бурение скважин, пе- горных пород.

ю щ и и с я тем, что, с целью повы- шения точности разведки за счет расчленения пластов глинистых горных пород, после прозвучивания горные породы в зонах, прилегающих к сква- ,0 жинам в пределах кольцевого ореола, подвергают термической обработке до фазового перехода заполнителя пор, после этого производят выравнивание температуры в кольцевом ореоле и повторное прозвучивание пород и по ре- зультатам сопоставления измерений

ю щ и и с я тем, что, с целью повы- шения точности разведки за счет расчленения пластов глинистых горных пород, после прозвучивания горные породы в зонах, прилегающих к сква- жинам в пределах кольцевого ореола, подвергают термической обработке до фазового перехода заполнителя пор, после этого производят выравнивание температуры в кольцевом ореоле и по

Изобретение относится к поиску и разведке месторождений полезных ископаемых с применением межскважинного прозвучивания массива горных пород и может быть использовано на ранних стадиях геологоразведочных работ для определения глубины и мощности залегания полезного ископаемого. Целью изобретения является повышение точности разведки за счет расчленения пластов глинистых горных пород. Для достижения цели проводят термическую обработку пород в пределах кольцевого ореола скважин до фазового перехода заполнителя пор, после чего в процессе выравнивания температуры глинистых пород до -1...-4°С происходит термическое разрушение определенных типов глин с изменением их акустической жесткости, что позволяет надежно расчленять пласты глинистых горных пород. 1 ил.

Составитель П.Захарченко

Редактор А.Лежнина Техред М.Дидык

.Заказ 2539Тираж 415Подписное

РЧИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

-2 -J

Корректор Л.Пилипенко