Способ скважинной геофизической разведки Советский патент 1991 года по МПК G01V1/44 

Изобретение относится к сейсмоакусти- ческим исследованиям, в частности к определению трещиноватости пород вдоль скважин.

Целью способа является повышение достоверности способа, а также расширение его функциональных возможностей.

Зависимость между приложенными напряжениями и характеристиками среды рассмотрена на модели, отражающей реальную ситуацию для пород, пока они не перешли в пластичное состояние. Для указанной модели среды различные по форме и размерам блоки горного массива на контактных поверхностях скреплены связями, которые находятся под действием постоянной оъ и переменной а нагрузок. Прочность

каждой СВЯЗУ ослаблена дефектами-трещинами v, определяется сдвиговым напряжением н. разрыв 7р. Кроме сдвиговых могут также действовать сжимающие и растягивающие напряжения, которые влияют на прочность связзй. но основным фактором прочности в овальной среде являются сдвиговые напряжения. Каждый хрупкий разрыв связи сопровождается излучением акустического импульса. Тогда интенсивность сей- смоакустической эмиссии (САЭ), т.е. поток акустических импульсов, отражает число разрушаемых связей в единицу времени. Положим, что распад и восстановление связей идут независимо. При сравнительно не- болыгой плотности возникающих разрывов это отражает реальную ситуацию. Количество распавшихся связей rip чрез время t елеVI о о ел о

00

дует из уравнения кинетики распада и определяется формулой t

Пр По - n0exp(- ),(1)

о где По - общее количество связей;

частота распада связей при некотором значении Ор.

Частоту распада связей V, согласно кинетической теории прочности, можно представить формулой С.Н.Журкова

(th

-«« Нт ( -Ј)

v v0exp ГЈ-;

(2)

время до разрушения связей, и учесть, что обычно время контролируемого воздействия на среду и время наблюдения заметно меньше tp, то формула (4) упрощается:

J

о

пр

№ -Е

пс

(6)

1 - /v dt

Для приложенной в моментI- 0 постоянной нагрузки Ot a v не зависит от времени.

Подставляя в (5), получают

Пр

п0 Пр --ттpnp-np t

(7)

Для периодической синусоидальной нагруз

Изобре гение относится к сейсмоакусти- ческим 1-,сследованиям, в частности к определению трещиноватости пород вдоль скважин Целью изобретения является повышение достоверности способа, а также расширение его функциональных возможностей Для этого упругие колебания воз- бужда: «т на одной или нескольких частотах инфрас яукового или звукового диапазона. При зтг м измеряют интенсивность потока упругих импульсов и суммарное число импульсов focie включения илитюсле определенного интервала, следующего за включением источника, по полученным данным выделяют трещиноватые зоны, оценивают степень их трещиноватое™, определяют показатели прочности пород. 1 з.п,ф-лы. (Л

где Uo - энергия активации разрывов;

у - структурный параметр, учитывающий концентрацию напряжений на неодно- родностях и другие свойства среды;

К- постоянная Больцмана;

Т - абсолютная температура;

V0 - частота тепловых колебаний атомов, равная примерно 10 1/С.

Переход в формуле (2) от Uo и Y к Ui и Ор обусловлен тем, что коэффициент у, исходя из его смысла, как показателя перенапряжения, можно считать мерой прочности, aUi U0- у оь учитывает снижение энергии активации за счет постоянных напряжений.

Количество распавшихся связей пр в единицу времени равно

п р По v exp(- JV dt).(3)

о

Значения п р и пр соответствуют интенсивности и количеству импульсов ОАЭ после приложения нагрузки,

Покажем возможность оценки трещи новатости среды по измеряемым величинам пр (t) и rip(t). Возьмем их отношение при t о:

exp()

Е .(4)

пт

р 1-exp()

о

Из этого уравнения при известной нагрузке и сохраняющихся постоянными других параметрах можно определить v, a затем из формулы (3) трещиноватость изучаемого объема

П° М1+).

(5) 55

Если использовать критерий Бейли суммирования повреждений J v dt - 1, где tp о

г1

Й J 1

а

°t п (1 + cos cot) выражение доя рас0

чета трещиноватое™ имеет вид

1

2

пр по е vi 110 (тг Ь),

Ui a

Д 12

; v ---V0exp iК Т Ор 5 Функция Бесселя.

Для периодической прямоугольной

еь -I-1

Пр П0 V t.

2

(8) lo(b)(9)

Если исследуемый объем подвергнуть воздействию двух нагрузок различного уровня и #12 причем первая меньше второй, то по определенным значениям и согласно формулы (4) для первой и второй нагрузок получаются из формулы (2) оценки энергии активации разрывов Ui при известной температуре Т и структурного параметра у.

0

Ui

кт

у

31-82 2

КТ

+ .Ш.. КТ

(Ю)

(11)

Таким образом, при периодической или

постоянной нагрузке вызванная акустическая эмиссия дает возможность выявлять зоны повышенной нарушенное™, раздробленности массивов пород, оценивать по приведенным соотношениям их трещмнова- тость, нарушенность и показатели прочности пород,

Способ осуществляется следующим образом.

В скважине размещают источник периодических упругих колебаний (источник воздействия) и зонды с тремя сейсмодатчиками А предусилителями, принимающие импульсы упругих колебаний в полосе звуковых частот, не совпадающей с частотами возбуждения. Упругие колебания от вызванных воздействием в горных породах источников (сейсмоакустической эмиссии) синхронно принимаются датчиками, преобразуются в электрические сигналы, усиливаются и пе- редаютсй на поверхность, где расположены блоки дополнительной фильтрации, обработки v, регистрации,

Расстояние между источником и приемными зондами выбирают исходя изтребова- ния снижения воздействия прямой волны, распространяющейся по стволу скважины, на приемные каналы. Оно зависит от многих факторов, втом числе от мощности источника, защищенности приемных трактов от ча- стот источника и конструкции скважины. Окончательно это расстояние определяют по предварительному опробованию в районе работ. Ориентировочно оно равно 10 м. Разносы между датчиками выбирают раз- ными с тем, чтобы точнее оценивать положение дефектов (трещин), излучивших принятые импульсы. Абсолютные значения разносов зависят от точности изменения разности времен At прихода импульсов на соседние датчики и при Д t 0,1 мс оно составляет 1 и 2 м. После исключения источника воздействия (магнитостриктора) измеряют интенсивность потока упругих импульсов и их суммарное число за задан- ные интервалы времени. После завершения измерений, а один цикл занимает примерно 5 мин, излучатель и приемные зонды перемещают по скважине в другую точку.

По наблюдениям вдоль скважины выяв- ляют интервалы аномальных значений интенсивности сейсмоакустической эмиссии, но ним оценивают положение зон раздробленности, повышенной трещиноватости пород.

Формула изобретения 1. Способ скважинной геофизической разведки, основанный на возбуждении и приеме упругих колебаний в скважине, выделении трещиноватых зон, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности способа, горный массив подвергают воздействию упругих колебаний по крайней мере на одной частоте ин- .фразвукового или звукового диапазона, измеряют интенсивность гУр вызванной сейсмоакустической эмиссии горных пород в фиксируемый момент времени t после начала воздействия, интервал, времени t до накопения суммарного количества импульсов пр, превышающего не менее чем на два порядка интенсивность потока импульсов, а трещиноватость п0 определяют исходя из соотношения

ЛР

По Пр

Пр - Пр t

}

Т

1ч

31-32

ПР1.2 ,2 -

ПР1,2

ПР1,2 t