Способ контроля изменения несплошности в массиве горных пород



Способ контроля изменения несплошности в массиве горных пород
Способ контроля изменения несплошности в массиве горных пород
Способ контроля изменения несплошности в массиве горных пород
Способ контроля изменения несплошности в массиве горных пород
Способ контроля изменения несплошности в массиве горных пород
Способ контроля изменения несплошности в массиве горных пород
Способ контроля изменения несплошности в массиве горных пород
Способ контроля изменения несплошности в массиве горных пород
Способ контроля изменения несплошности в массиве горных пород
Способ контроля изменения несплошности в массиве горных пород
Способ контроля изменения несплошности в массиве горных пород

 


Владельцы патента RU 2498353:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки вычислительный центр Дальневосточного отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано в горной промышленности для контроля изменения состояния массива горных пород на более ранней стадии образования несплошностей, ведущих к динамическим проявлениям и разрушениям. Согласно заявленному способу контроля изменений несплошностей в массиве в качестве зондирующего сигнала используют серии отдельных одиночных прямоугольных акустических импульсов. Дополнительно определяют энергию каждого принятого импульса в выбранных частотных интервалах. Определяют отношение, а об изменениях несплошностей в массиве горных пород судят по невыполнению неравенства. Технический результат - повышение чувствительности контроля изменения напряженно-деформированного состояния массива горных пород. 1 ил.

 

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано в горной промышленности для ведения мероприятий, контролирующих зарождающиеся процессы разупрочнения горного массива, ведущих к динамическим проявлениям и, как следствие, человеческим жертвам.

Известен способ [1], в котором ведется прозвучивание массива шумовым стационарным сигналом, имеющим нормальное распределение со средним значение равным нулю, и при приеме измеряют дисперсию этого сигнала и период автокорреляционной функции. Считают, что положение максимума зоны опорного давления соответствует точке массива с максимальной дисперсией и минимальным периодом автокорреляции функции принятого сигнала.

К недостаткам следует отнести низкую чувствительность, т.к. этот способ интегральный и в нем оценивается дисперсия всего сигнала в целом. И, как следствие, он не способен различать мелкие разупрочнения, появляющиеся при различных нагрузках.

Более близким является способ контроля изменения напряженного состояния горного массива, в котором ведут прозвучивание участков массива сигналами, использующими серию из нескольких пачек равномерных импульсов, оценивают дисперсию составляющих спектра сигнала и по их изменению в последующих сериях судят об изменении напряженного состояния горного массива в целом [2].

К недостаткам следует отнести низкую чувствительность и сложность реализации, т.к. спектр таких сигналов весьма сложен и выделить составляющие гармоник является непростой задачей, что не позволяет вести контроль в реальном времени.

Заявленное решение направлено на повышение чувствительности контроля изменения несплошностей в массиве горных пород для выбора прогностических характеристик и ведения прогноза разупрочнения контролируемого участка горного массива в реальном времени.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе заключающимся в прозвучивании массива сигналами, приеме сигналов, прошедших контролируемой участок массива горных пород, в качестве зондирующего сигнала используют серии отдельных одиночных прямоугольных импульсов, дополнительно определяют энергию каждого принятого импульса в выбранных частотных интервалах и определяют отношение

,

где A - коэффициент, пропорциональный амплитуде принятого импульса;

k=tgβ, β - угол наклона фронтов принятого импульса;

τ - длительность принятого импульса;

q - интервал сравнения от i до i+р, где ;

а об изменениях несплошностей в массиве горных пород определяют по неравенству

Si,(i+p)<Fα(ri,ri+p)

где Fα - верхний α предел F - распределения со степенями свободы ri и ri+p;

α - уровень значности,

ri=bi(ni-1); ri+p=bi+p(ni+p-1);

; ;

γi=(ni-2)Ri-3; γi+p=(ni+p-2)Ri+p-3;

; ;

; .

Сущность предложенного изобретения заключается в следующем.

На контролируемом участке горного массива устанавливают датчики, которые работают в режиме прозвучивания (излучающий и приемные). В качестве зондирующего сигнала используют отдельные одиночные прямоугольные акустические импульсы. Приемные датчики, подключенные к приемной аппаратуре, принимают сигнал, прошедший контролируемый участок горного массива. Принятый сигнал в своем спектре будет иметь особенности, т.е. характерные изменения параметров спектральной плотности. При каждом приеме импульса определяется отношение а

,

где A - коэффициент пропорциональный амплитуде принятого импульса;

k=tgβ, β - угол наклона фронтов принятого импульса;

τ - длительность принятого импульса;

q - интервал сравнения от i до i+p, где .

Через промежуток времени t вновь излучают прямоугольный акустический импульс, измеряют его, и снова в спектре принятого сигнала будем иметь свои особенности. Особенности каждого такого спектра отражают физико-механическое состояние контролируемого участка массива горных пород, в том числе и изменение несплошности. Непосредственное сравнение спектров не дает полной уверенности в правильности выбора решения, ввиду недостаточной чувствительности и точности.

Для определения изменения несплошности контролируемого участка в массиве горных пород за время t, необходимо воспользоваться предложенным способом со следующей процедурой.

Во-первых, необходимо чтобы все излученные импульсы были приняты на приемной стороне. Во-вторых, длина трасс, по которым проходят импульсы, должна находиться в следующем соответствии:

Z1<Z2<Z3<…<Zl,

где Zi=V(τiu).

τi - время прохождения импульса от излучателя Is до i-го приемного датчика Di;

τu - длительность принятого импульса;

V - скорость распространения импульса в контролируемой среде.

Далее при первом излучении излучателем Is акустического импульса все приемное датчики принимают сигнал. Значит можно записать матрицу начального состояния А0:

где - начальное отношение спектральных составляющих i-го импульса j-ой трассы.

По истечении времени t1 (t1>>τiu), снова излучают и принимают n импульсов по l трассами снова получают матрицу состояния

По истечении времени t2 получают матрицу состояния А2; По истечению времени t3 - А3 и т.д. В результате получаем матрицу Ach изменения состояния, т.к. в ней записаны все матрицы состояния А0, А1, А2 и т.д.

Для каждой строки матрицы состояния вычисляют

ri=bi(ni-1); ri+p=bi+p(ni+p-1);

; ;

γi=(ni-2)Ri-3; γi+p=(ni+p-2)Ri+p-3;

; ;

; .

А для определения физических изменений, т.е. изменения трещиноватости контролируемого участка массива горных пород, необходимо сравнить в выбранных матрицах состояния соответствующие строки

где Fα - верхний α предел F-распределения со степенями свободы ri, и ri+P;

α - уровень значности.

Например, для определения изменения несплошности от t2 до t8, необходимо подставить в неравенство (1) соответствующие строки матриц состояния А2 и А8.

При выполнении неравенства (1) никаких существенных изменений несплошности на контролируемом участке массива горных пород не произошло. Если же указанное неравенство не выполняется, то за истекший период произошли изменения несплошности на контролируемом участке массива горных пород, которые могут быть зафиксированы неравенством (1) на выбранном уровне значности α.

Период повторения ti излучения импульсов должен выбираться исходя из скорости геомеханических процессов в контролируемом массиве горных пород. Чем выше скорость таких процессов, тем меньше период повторения ti и наоборот. Необходимость этого объясняется тем, что отслеживание изменения несплошности на ранней стадии существенно поможет выбрать прогностические характеристики для прогноза разрушения горного массива.

Длительность излучаемых импульсов выбирается одинаковой в сопоставляемых сериях и зависти от детальности контроля. Чем меньше контролируемый объект, тем короче выбирается длительность излучаемого импульса. Причем необходимо выбирать τu так, чтобы τu<<τi.

Положительный эффект заключается в использовании дифференциального подхода к определению изменения несплошности в массиве, т.к. контролируемый участок горного массива разбит на трассы, и изменение трещиноватости хотя бы в объеме одной трассы указывает на нарушение сплошности в контролируемом объеме массива горных пород.

В том числе выбор p для каждой трассы дает возможность менять чувствительность и определять значимо или незначимо произошли отличия между сравниваемыми временными интервалами.

Для сравнения предложенного способа и способа по [2] было проведено численное моделирование. Суть его в следующем импульсы, прошедшие контролирующий участок горного массива, имеют в своем спектре особенности, во временном понятии эти особенности выражаются в изменении переднего и заднего фронтов принятого импульса. Поэтому при численном моделировании учитывались изменения фронтов импульса с шагом один градус, т.е. прямоугольный импульс изменялся до трапеции, где боковые грани и «отвечали» за физико-механические изменения в контролируемом массиве. На фиг.1 приведены графики статистик по способу [2] линия 1, по предлагаемому способу - 2, а линия 3 это уровень выбранного классического F-критерия, по превышению которого считаются отличия значимы.

Из графиков видно, что предложенный способ чувствует различие практически с первого градуса (точнее со 2-го), в то время как способ [2] работает только с 12 градусов изменения фронтов и имеет провалы, которые отмечены на графике пересечением уровня критерия. Из приведенных вычислений можно судить о чувствительности предложенного способа.

ЛИТЕРАТУРА

1. Авт. св. СССР №1452984, 1989, БИ №3.

2. Патент РФ №2191411 от 20.10.02, БИ №29.

Способ контроля изменения несплошности в массиве горных пород, заключающийся в прозвучивании массива сигналами, приеме сигналов, прошедших контролируемой участок массива горных пород, отличающийся тем, что в качестве зондирующего сигнала используют серии отдельных одиночных прямоугольных акустических импульсов, дополнительно определяют энергию каждого принятого импульса в выбранных частотных интервалах и определяют отношение

где A - коэффициент, пропорциональный амплитуде принятого импульса;
k=tgβ, β - угол наклона фронтов принятого импульса;
τ - длительность принятого импульса;
q - интервал сравнения от i до i+p, где р=2,
а об изменениях несплошностей в массиве горных пород судят по невыполнению неравенства
Si,(i+p)<Fα(ri, ri+p),
где Fα - верхний α предел F-распределения со степенями свободы ri и ri+p;
α - уровень значности,
ri=bi(ni-1); ri+p=bi+p(ni+p-1);

γi=(ni-2)Ri-3; γi+p=(ni+p-2)Ri+p-3;



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при контроле процесса гидроразрыва пластов залежей углеводородов. По первому и второму вариантам способа измеряют поверхностной группой сейсмических приемников (ПГСП) сейсмические сигналы (СС), излучаемые микросейсмическими источниками (МИ).

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при оценке продуктивности скважины и эффективности ее эксплуатации. .

Изобретение относится к области сейсморазведки и может быть использовано для изучения геологического строения среды с целью обнаружения месторождений нефти, газа и других полезных ископаемых.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при разведке углеводородных месторождений. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при разведке месторождений углеводородов (УВ) с использованием измерений параметров геофизических полей различной природы при обработке данных для определения детальных (тонкослоистых) фильтрационно-емкостных свойств коллекторов и типа их насыщения в межскважинном и околоскважинном пространстве.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для получения сейсмических изображений геологической среды в геологоразведочных целях. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для изучения анизотропии и трещиноватости пород методами скважинной сейсморазведки. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при интерпретации трехмерных данных сейсмической разведки. .

Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано для построения изображений сложно построенных сред в виде глубинного разреза A(x,h). .

Настоящее изобретение относится к области геофизической разведки. В частности, это изобретение относится к построению сейсмического изображения с помощью отраженных волн на основании инверсии и миграции для оценивания физических свойств среды, например импеданса, и/или для образования геофизических моделей подземной области/областей. Заявленная группа изобретений относится к способу добычи углеводородов из подземной области, основанному на способах формирования геофизической модели подземной области. При этом геофизическую модель подземной области формируют на основании сейсмических данных, например сейсмических данных об отражениях. Миграцию и сейсмическую инверсию применяют к сейсмическим данным для образования оценок одного или нескольких из физических или сейсмических свойств подземной области. Сейсмическую инверсию, такую как формирующая спектр инверсия, применяют до или после миграции сейсмических данных с помощью ряда способов, каждым из которых исключают усиление спадающей энергии при оптимизации вычислительной эффективности и/или точности. Технический результат, достигаемый от реализации заявленной группы изобретений, заключается в повышении точности изображения структур и геометрических конфигураций, наблюдаемых в сейсмических записях, аналогичных геологическим слоям, которые вызывают отражения сейсмических волн. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 20 ил.

Изобретение относится к совместным интерполяции и подавлению волн-спутников в сейсмических данных. Заявленный способ проведения совместной интерполяции и подавления волн-спутников в сейсмических данных включает представление фактических измерений сейсмического волнового поля в виде комбинации составляющей сейсмического волнового поля, связанной с одним направлением распространения, и оператора волн-спутников; принятие первых данных, указывающих фактические измерения сейсмического волнового поля; совместное определение интерполированных и с подавленными волнами-спутниками составляющих сейсмического волнового поля, основанных, по меньшей мере, частично на фактических измерениях и представлении, посредством обработки первых данных в устройстве обработки данных для получения вторых данных, указывающих интерполирование и с подавленными волнами-спутниками составляющие сейсмического волнового поля. Технический результат, достигаемый от реализации заявленного изобретения, заключается в минимизации вредного воздействия погрешностей в позиционировании источников и приемников, а также в возможности восстанавливать свободные от «волн-спутников» данные, которые означают данные, характерные для восходящего волнового поля. 19 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при поиске месторождений углеводородов. Обнаружение или мониторинг структур размером с углеводородный пласт-коллектор осуществляется посредством томографии внешнего шума. Данные граничной волны записываются для граничных волн, возбуждаемых внешним сейсмическим шумом. Данные записываются одновременно на парах положений, причем расстояние между положениями каждой пары меньше или равно длине волны на частотах, представляющих интерес. Записанные данные обрабатываются посредством томографии для получения томограмм групповой скорости и/или фазовой скорости, которые инвертируются для получения значений сейсмических параметров, например скорости сейсмической волны. Затем сейсмические параметры можно использовать для формирования геологической модели геологической области, представляющей интерес. Технический результат - повышение точности данных зондирования. 6 н. и 23 з. п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к средствам мониторинга технического состояния различных сооружений, и может быть использовано для текущей оценки и прогноза безопасной эксплуатации зданий и/или сооружений при возможных неблагоприятных воздействиях на объект. Оценку предела прочности материала объекта выполняют косвенным путем через оценку модуля упругости, используя приближенные эмпирические зависимости между этими величинами для анализируемых материалов. При этом упругие свойства материала определяют с помощью их подбора в расчетной конечно-элементной математической модели до достижения соответствия расчетных динамических характеристик, как интегральных, так и в контрольных точках объекта при схожих внешних воздействиях к аналогичным экспериментальным характеристикам, которые определяют из спектрального анализа сейсмических сигналов, регистрируемых на обследуемом объекте в этих точках. Технический результат заключается в повышении точности и расширении области применения. 5 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для оценки трещинной пористости горных пород. В предлагаемом способе формируют набор образцов исследуемой породы, экспериментально определяют общую пористость каждого из упомянутых образцов в атмосферных условиях, определяют скорость распространения продольной волны и общую пористость в образцах исследуемой породы в условиях, моделирующих пластовые условия. После чего определяют скорость распространения продольной волны в минеральном скелете исследуемой породы с использованием зависимости скорости распространения продольной волны в образцах исследуемой породы от их общей пористости, определенных в условиях, моделирующих пластовые условия. Далее рассчитывают величину трещинной пористости для каждого из образцов исследуемой породы. После чего определяют поровую пористость, как разницу между общей пористостью и трещинной пористостью. Технический результат - повышение точности определения трещинной пористости пород. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Согласно заявленному способу проводится попарное непрерывное сопоставление множества трасс сейсмического разреза или куба. Для каждой пары сейсмических трасс разреза или каждой пары трасс всех ин-лайнов и всех кросс-лайнов вычисляется двумерная функция взаимного различия фрагментов сейсмических записей трасс. Значения этой функции вычисляются для всех возможных сочетаний времени (глубины) данной пары трасс, которые могут принадлежать одному сейсмостратиграфическому уровню. Вычисляют функции оптимального соответствия времени/глубины от i-той к i+k-той сейсмической трассе t i + k = φ + k ( t i ) и t i = φ − k ( t i + k ) , а затем вычисляют функции перехода для временной или глубинной области всех соседних сейсмических трасс. Данные функции перехода позволяют создать единую непрерывную двумерную для разреза и трехмерную для куба сейсмостратиграфическую модель. Технический результат - повышение точности и достоверности данных картирования горизонтов и восстановления параметров геологической среды. 6 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано в процессе сейсморазведочных работ. В заявленном способе сейсморазведки упругие колебания возбуждаются многократно под различными зенитными углами относительно точек приема в воздухе, в воде или на плавающем на поверхности воды твердом теле. Упругие колебания регистрируются датчиками, расположенными на поверхности земли, дне водного бассейна или внутри упругого полупространства и запоминаются в цифровом виде. Далее формируются сейсмограммы для фиктивных источников, расположенных в каждой точке приема, путем суммирования записей в каждом сейсмоприемнике с опережающими задержками, равными временам пробега от фактических источников колебаний до выбранных фиктивных источников, контролируемыми по времени регистрации первого вступления в точке размещения фиктивного источника. Технический результат - повышение точности разведочных данных за счет улучшения соотношения сигнал/шум. 6 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано в процессе обработки данных сейсморазведки. Способ включает в себя прием сейсмических данных, регистрируемых при исследовании района, при этом район является связанным с пунктами, обработку сейсмических данных для оценивания по меньшей мере одного частотно-зависимого свойства поверхностных волн в пределах района, определение частотно-зависимой геометрии обработки данных для каждого пункта на основании по меньшей мере отчасти оцененного частотно-зависимого свойства (свойств) поверхностных волн. В заявленном способе также осуществляется обработка сейсмических данных, основанная по меньшей мере отчасти на определяемых геометриях обработки данных, для получения пространственно непрерывного представления свойства поверхностных волн по всему району. Технический результат - повышение точности разведочных данных. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных мероприятий. Модуль сейсмического модуля включает в себя чувствительные элементы, расположенные во множестве осей, чтобы детектировать сейсмические сигналы во множестве соответствующих направлений, и процессор, чтобы принимать данные из этих чувствительных элементов и определять наклоны осей относительно конкретной ориентации. Эти определенные наклоны используются, чтобы определить шум, который проник в сейсмический сигнал при конкретной ориентации из-за сейсмических сигналов, распространяющихся в других ориентациях. Собранные сейсмические данные, с учетом найденного наклона, поворачивают для передачи сигнала вдоль целевой ориентации без передачи какого-либо другого сейсмического сигнала в другой ориентации. Технический результат - повышение точности сейсморазведочных данных. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения упругих свойств горных пород по сейсмическим данным. Заявлен способ определения упругих свойств горных пород на основе пластовой адаптивной инверсии сейсмических данных, характеризующийся применением пластовых моделей среды, в которых минимальные временные мощности τmin пластов соответствуют реальной разрешающей способности сейсморазведки и геологии осадконакопления и вычисляются согласно формуле: τmin(мс)= 1 4 ∗ 1000 Δ f , где Δf - рабочая полоса частот. В качестве исходной модели используют откорректированную геоакустическую модель импедансов соответствующей скважины, либо трассу импедансов полученного ранее сейсмоакустического разреза по секущему профилю. При построении рабочей модели преобразуют сейсмический временной разрез в детальную пластовую модель акустических импедансов (сейсмоакустический разрезом), по которой свидетельствуют о диапазонах изменения акустических параметров слоев. Технический результат - повышение точности оценки упругих свойств горных пород. 1 ил.
Наверх