Способ исследования скального массива в процессе бурения

)5 6 01 Ч 1/40 ТЕНИЯ НИ ни ра 96 Ол 1 ц О гео- ости ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССРЬВ 1434084, кл. Е 21 В 45/00, 1988.Международная заявка ВЮ М 85/056кл, 6 01 Ч 1/40, 1985,(54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ СКАЛЬНГО МАССИВА В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ(57) Использование: при локализации иметризации разломов, зон трещиновэти карстовых пустот, Сущность изобретен 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.Целью 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. Данспособ основан на 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 Нмвкс 19 У, где Нмакс - апРиоРнаЯ глубина разведочной скважины, у - соотношение поперечных чэ и продольных уР скоростей в породе, а регистрацию осуществляют в частотной полосе с центральной частотой Ь -чР/4 Ь, где Ь - заданное расстояние от долота до границы раздел сред, 3 ил. ная волна распространяется при углах, удовлетворяющих неравенствуу агсз)п у, (1) где у- угол между нормалью Ук плоскости тектонической зоны и направлением К. волнового вектора волны,1= чз/чР - отношениескорости поперечной волны к скорости продольной волны в массиве. Для большинства скальных пород 0,5у0,7 или 30 уагсзЬу 45 ф.При непрерывной записи радиально-линейной расстановкой приемников колебаний, возбужденных долотом, часть приемников, попадающих в область углов уагсзЬ у будет регистрировать значительно более интенсивное поле при при-.(2) Х, = Нщ(агсЫп = Н =Х -- , (3)у где Н - глубина разлома. Невыполнение равенства (3) свидетельствует о наклонном положении плоскости разлома. Угол наклона О плоскости разлома находится из формулы: д= агсз и у - эгстцХг(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 дэннцх, Ближние акустические приемники располагают в непосредственной близости от устья скважины, а дальние - на расстоянии не менее Нто у, где Н - максимальная глубина скважины, у - отношение скорости поперечных колебаний к скорости продольных колебаНа основе данных о частотном распределении спектра мощности упругих колебаний, возбуждаемых породораэрушагде и - 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 скважинц на расстоянии (фиг.1). ющим инструментом и на основе принимаемого решения о требуемой дальностиопределения расстояния забоя разбуриваемой скважины до плоскости приближаю 5 щегося разлома выбирают полосу частотЬ = т 1 - 12 с центральной полосой то =12 (01 + 12), в которой производят регистрацию упругих колебаний, возникающих при"0 работе бурового долота с фильтрацией записей на приемниках, расположенных нарадиальных профилях.По записям приемников, расположенныхна радиальных профилях, определяют спек 15 тры ЬЩ регистрируемых колебаний и поспектрам находят осредненные по времени регистрации Т энергии колебаний, тоесть средние мощности Я) = -1 Я)Щ й20Т 11( - номер приемника), Полученные данныеиспользуют для построения радиальныхдинамических годографов как кривых зависимости Я) от радиуса для каждой из расстэновок,.например 1-8 (фиг.3), Динамическиегодографы строят с шагом по глубине меньшим дальности определения расстояния отдолота до разлома,На семейство динамических годографов, соответствующих фиксированной глубине Н, находят критические точки (илиугловые точки), в которых происходит резкое изменение наклона динамического годогрэфа. Появление критических точек нагодографах свидетельствует о наличии нарасстоянии и - чр/41 о от долота приближающегося разлома,Для определения ориентации разлома,то есть угла падения плоскости разлома,угловые точки соединяют гладкой кривой идве; наиболее удаленные точки на ней, соединяют прямой. Направление прямой показывает направление падения плоскостиразлома, причем угол падения определяют45 по фоРмУле(4), в которую вместо Хг подставляют наименьшее расстояние от устья скважины до кривой.Для примера можно рассмотреть случайисследования геологического разреза соскоростью продольных волн в породахчр = 5 км/с, скоростью поперечных волнчэ = 3 км/с (отношение чв/чр - у = 0,6) изаданной дальностью долота до пересечения тектонической зоны и = 4 м. Вэтом случае центральная частота составито = чр/4 Ь - 1 -310 Гц. Если при глуби 500016не долота Н = 400 м на динамических годографах появились угловые точки и ближайшая к устью угловая точка находитсяна расстоянии Хг = 250 м, то угол подьемаплоскости разлома равен: О= агСЗп 6,6- агС 1 ц 0,62 = 36-3150 =510.5Кроме возможности определения пространственного и углового положения границы (тектонической зоны) преимуществом предложенного способа является то, что его можно испольэовать не только при скачке 10 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. 15По способу проведено математическое моделирование, показавшее его осуществимость,формула изобретенияСпособ исследования скального масси 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 ющ и й с я тем, что, с целью обеспечения возможности определейия положения гра- . ниц напластования и тектонических эон, 30 экустйческие датчики размещают по радиальным профилям от устья скважины до расстояния, равного Нэкац у. где Нмкс - 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 1 о = чр/4 й, где Ь - 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 наиболее удаленные точки на замкнутой кривой, определяют направление падения тектонической зоны, а угол О ее падения рассчитывают, исходя из соотношенияО= эгсз 1 п у-агссдХгНгде Н - текущая глубина скважины,Хг - меньшее расстояние от точки проекции устья скважины до замкнутой кривой.1807433 оставитель П. Крауклисехред М,Мо)гентал рректор О, Кравцова Редакт отов ательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 зводствен акаэ.1378 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по иэ 113035, Москва, Ж, РПодписноеетениям и открытиям при ГКНТ СССРшская наб., 4/5