Способ определения структурных свойств горных пород Советский патент 1977 года по МПК E21B49/00 G01V1/00 

1

Изобретение относится к области контроля физико-механических свойств горных пород и может быть иснользовано при разведке подземных ископаемых, а также в горнорудной промышленности.

Известен способ определения структурных дефектов горных пород, таких, например, как треншиы, который заключается в регистрации затухания упругих колебаний в массиве горных иород 1. Затухание нри этом является функцией количества и величины трещин на единице длины.

Иедостаток данного снособа состоит в том, что с его помопдью можно получить только иитегральную оценку всего исследуемого объема породы, т. е. усредненное значение количества трещин в единице объема породы. Кроме того, для исследования значительных массивов и площадей горных пород известный способ требует применения излучателей звуковых и ультразвуковых колебаний больщой мощности, что ограничивает область применения способа.

Манболее близким к описываемому изобретению по технической сущности является способ определения структурных свойств горных пород, заключающийся в регистрации колебаний, генерируемых буровым инструментом и выделении из них колебаний с частотами кратными скорости его вра1цения 2. По амнлитуде указанных колеоаний определяют литологические (геологические) характеристики разбуриваемых пород. При этом породы с различными механическими свойствами на диаграммной ленте выделяются в виде характерных участков с различной величиной отклонения кривой. Однако известный способ не нозволяет онределять трещиноватость горных нород, так как амплнтуда колебаинй на долоте зависит от многих факторов: креиости горных пород, буренпя, состояния бурового инструмента.

Цель изобретения - обеспечение возможности определения трещиноватости горных пород. Это достигается тем, что выделяют колебания с частотой, равной произведению числа шарошек долота на скорость его вращения, и определяют трещиноватость по плотности распределения и дисперсии амплитуд указанных колебаний.

Способ осуществляют следующим образом.

Па буровом инструменте или иа буровой штанге (если глубина бурения невелика) устанавливают датчнк вертикальных колебаний, сигнал которого, отражающий амплитуту колебаний произведения кротовой частоты на число шарощек долота, записывают иа диаграммной ленте. Ленту впоследствии обрабатываюг или подают на снецнальное вычнслител1 иос ycTpoiicTBO, онреде.ипощее илотность вероятности и дисперсию какого-либо случайного процесса в реальном масштабе времени. Как показывают исследования, колебания с частотой, равной произведению числа шарошек долота на скорость его вращения, возникают при встрече бурового инструмента с трещинами горной породы. Наличие дефекта в породе (трещины) при пересечении данного участка долотом вызывает резкое локальное изменение характера разрушения, следствием чего является изменение обычного ритма и амплитуды колебаний долота. Поскольку в горной породе имеется практически бесконечное число трещин различной величины, расположенных случайным образом, долото испытывает постоянные колебания, вызываемые трещинами. При этом на фоне случайных колебаний, онределяемых сетью малых треи1,нн, треишны большего раскрытия дают всплески большей амплитуды. Буровой инструмент выступает в данном случае в качестве осциллятора, модулируемого дефектами породы. При этом дифференциальный закон распределения амплитуд указанных колебаний связан с числом трешин на единице длины скважины взятого направления, а дисперсия колебаний зависит в основном от величины раскрытия трещин. Таким образом, найдя закон распределения колебаний трехкратной частоты вращения (при наличии трех шарошек на долоте), а также определив его дисиерсию, можно определить трещиноватость разбуриваемого массива горных пород. Функциональные зависимости названных величин для пород, имеющих сходные прочности характеристики, определяются экспериментально. Формула изобретения Способ определения структурных свойств горных пород, заключающийся в регистрации колебаний, генерируемых буровым инструментом, и выделении из них колебаний с частотами, кратными скорости его вращения, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности определения трещиноватости горных пород, выделяют колебания с частотой, равной произведению числа шарошек долота на скорость его врашения, н определяют трещиноватость по нлотности распределения и дисперсии амплитуд указанных колебаний. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Ржевский В. В., Ямщиков В. С. Акустические методы исследования и контроля горных пород в массиве. М., «Паука, 1973, с. 101 - 111. 2. Патент Франции № 1584951, кл. G 01V 1/00, опублик. 1969.