Полный текст

Введение Распределение физико-механических свойств пород в водозащитной толще (ВЗТ) на ВКМКС является наиболее неопределенным параметром при решении задач численного моделирования напряженно-деформированного состояния ВЗТ при различных параметрах системы разработки. В настоящее время имеются многочисленные попытки получить картину распределения геомеханических характеристик с помощью геофизических методов [1-6]. Однако данные методики не позволяют установить количественную связь между получаемыми геофизическими параметрами и геомеханическими характеристиками массива пород ВЗТ. А прямое использование упруго-прочностных характеристик пород также не позволяет даже приблизительно решить проблему построения распределения данных характеристик в массиве, так как в данном случае исследователь оперирует точечными значениями [7-10]. В рамках данной статьи представлено построение геолого-геомеханической модели участка ВЗТ в районе междушахтных целиков СКРУ-1 - СКРУ-2 - СКРУ-3 (рис. 1), основанное на комплексировании геофизических данных, полученных при бурении солеразведочных скважин и геомеханических данных, полученных при испытаниях физико-механических свойств образцов соляных пород. Исходные данные, необходимые для построения геолого-геомеханической модели Основная идея построение геолого-геомеханической модели участка какого-либо месторождения, ориентированной на последующее геомеханическое моделирование напряженно-деформированного состояния анализируемого участка при отработке его запасов, заключается в получении реального распределения геомеханических характеристик в породах ВЗТ и продуктивных пластах [11-14]. Отметим, что такой подход уже давно используется при разработке месторождений углеводородов и только в последнее время начинает применяться при разработке месторождений твердых полезных ископаемых [15-25]. В связи с этим в качестве исходных данных, необходимых для построения модели, были использованы геологическое описание колонок скважин, геофизические исследования в скважинах (ГИС), в том числе в нефтяных, которые пробурены на территории ВКМКС, и корреляционные зависимости между физико-механическими свойствами пород, слагающих массив, и распределенными геофизическими параметрами, прежде всего скоростью волны. Геологическое описание колонок скважин. Выборка состоит из 33 скважин. Каждая скважина была проанализирована отдельно. Обработка данных геологического описания показала, что не все скважины пробурены до маркирующей глины, многие вскрывают лишь переходную пачку, в связи с чем не могут быть использованы для построения геолого-геомеханической модели. Данные ГИС. Наибольший интерес представляет акустический каротаж (АК), гамма-каротаж (ГК), нейтронный гамма-каротаж (НГК). Из рассматриваемых скважин данные ГИС имеются только по 23 скважинам. Преимущественно был проведен ГК, как правило, на всю глубину скважин. Стоит отметить, что только в двух скважинах есть данные АК - № 234с и 1036. На примере скважины № 234с можно увидеть, что исследования были проведены в достаточно ограниченном интервале (в пределах глубины 150-175 м). На рис. 2 представлен пример распределения скорости продольной волны в скважине - Vp, соответствующее распределение прочности в исследованном интервале, полученное на основе зависимости - UCS, а также распределение прочности по стволу скважины, выгруженное из модели, - UCS_3D. Свойства пород, слагающие массив. Из физико-механических свойств пород, слагающих массив, наиболее распространен такой параметр, как прочность породы, которую определяют по результатам испытания пород на одноосное или трехосное сжатие специалистами ГИ УрО РАН. Как правило, породы испытывают в одноосных условиях. В рамках создания геолого-геомеханической модели были проведены специальные испытания на установке ПИК-УИДК/ПЛ (ФГАОУ ВО ПНИПУ) по определению связи геомеханических характеристик соляных пород с геофизическими характеристиками геологического разреза, в частности со скоростью продольной и поперечной волн. Полученные зависимости, использованные при создании геолого-геомеханической модели [15-33], будут показаны ниже. Построение геолого-геомеханической модели Построение геолого-геомеханической модели осуществлялось в программе IRAP RMS. Итоговая геологическая модель содержит 10 млн ячеек, способ разбиения - пропорциональный. Средний размер элемента по вертикали 0,25 м, по горизонтали - 50 м. С привлечением информации по соляным и нефтяным скважинам появилась возможность построить трехмерную модель распределения основного параметра - скорости пробега продольной волны Vp в районе целиков СКРУ-1 - СКРУ-2 - СКРУ-3. Данные АК имелись лишь в ограниченных интервалах, в связи с чем была произведена интерполяция АК на весь куб трехмерной модели. На рис. 3 представлен пример межскважинной корреляции горизонтов в геологической модели. Рис. 1. Расположение шахтных полей Рис. 2. Пример интерпретации данных акустического каротажа и полученное распределение прочности по стволу скважины Рис. 3. Пример межскважинной корреляции горизонтов в геологической модели Рис. 4. Результаты испытаний ПНИПУ: а - зависимость предела прочности на сжатие от скорости продольной волны по [11-14, 17]; б - зависимость модуля упругости от скорости продольной волны а б Рис. 5. Район междушахтного целика СКРУ-2 - СКРУ-3: а - распределение модуля упругости вдоль расчетного разреза; б - распределение предела прочности на сжатие вдоль расчетного разреза Распространение параметра производилось методами геостатистики, в частности методом Крайгинга в совокупности с методом условного моделирования для воссоздания естественной изменчивости моделируемого параметра. Подбор параметров осуществлялся на основе вариограмного анализа после нормализации данных. Созданная модель позволяет получить распределение упругих и прочностных свойств на основе статистических зависимостей между скоростью продольной волны и такими параметрами, как модуль упругости и предел прочности на сжатие (рис. 4). В результате были построены геомеханические разрезы распределения модуля упругости (рис. 5, а) и предела прочности (рис. 5, б) вдоль характерных профильных линий в районе междушахтных целиков. В дальнейшем по данным разрезам будет выполнено геомеханическое моделирование НДС массива пород ВЗТ и самих целиков. В качестве примера приведен разрез вдоль целика между шахтными полями СКРУ-2 - СКРУ-3. Заключение Анализ и прогноз состояния массива горных пород невозможен без качественной геолого-геомеханической модели. Для построения такой модели требуется предварительный анализ и подготовка исходных данных, поскольку учет факторов влияния и включение в модель нужной информации в дальнейшем определяют результат моделирования в целом и, соответственно, последующего прогноза. В качестве исходных данных, необходимых для построения модели, было использовано геологическое описание колонок скважин, геофизические исследования в скважинах, физико-механические свойства пород. На основе исходных данных была построена трехмерная модель распределения скорости пробега продольной волны в районе интересующих целиков СКРУ-1 - СКРУ-2 - СКРУ-3. На основе статистических зависимостей двух основных показателей физико-механических свойств - модуля упругости и пределах прочности - от скорости продольной волны были получены распределения этих свойств для построенной модели. Были выбраны характерные разрезы, вдоль которых в дальнейшем будет произведено моделирование НДС массива пород ВЗТ и самих целиков.

Об авторах

О. О Лебедева

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 69

PDF (Russian) - 123

Ссылки

• Ссылки не определены.