Способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород



Способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород
Способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород
Способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород
Способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород
Способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород
Способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород
Способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород
Способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород
Способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород

 


Владельцы патента RU 2515332:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук (ИГЕМ РАН) (RU)

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля горных пород, а именно к способам установления детальной характеристики структуры трещинно-порового пространства кристаллических пород, определения скрытых неоднородностей, флюидопроницаемости. Способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород заключается в том, что выбуренные из горного массива цилиндрические образцы керна различной длины просвечивают ультразвуковыми продольными P-волнами по регулярной сетке во множестве направлений как угловых, так и вдоль оси образца керна. Затем определяют скорости упругих продольных волн в высушенных образцах и в насыщенных жидкостью. Получают массив данных скоростей упругих продольных волн для обоих состояний, который обрабатывают для получения данных о двумерном распределении скоростей и их отклонений от среднего значения для высушенных образцов и насыщенных жидкостью, представляемом в виде цветной или монохромной топографической карты с изолиниями с заполнением между ними или без него с координатами двугранный угол наблюдения - высота наблюдения датчика. Далее сравнивают полученные результаты измерений скоростей в высушенных образцах и в насыщенных жидкостью. Затем сравнивают результаты измерения скоростей упругих волн для образцов, насыщенных жидкостью, и для образцов в обоих состояниях, далее делают вывод о неоднородностях упругих и фильтрационных свойств горных пород, о степени насыщенности жидкостью горной породы и судят о том, какие нарушения имеются в естественном залегании массива пород. Техническим результатом является повышение эффективности и упрощение прогноза неоднородностей массива горных пород, невидимых трещин, внутренних контактов пород. 3 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля горных пород, а именно для установления детальной характеристики структуры трещинно-порового пространства кристаллических пород и степени анизотропии их упругих и фильтрационных свойств, определения скрытых неоднородностей, флюидопроницаемости и позволяет вести обработку результатов профильных инструментальных измерений свойств геосистем для изучения их внутреннего строения.

Пористость горных пород и искусственных материалов предопределяет их физические свойства, такие как, например, прочность, сжимаемость, скорости распространения упругих волн, теплопроводность, электропроводность и др. Поэтому изучение пористости находит применение во многих областях знаний и производственной деятельности, включая поиски, разведку и разработку месторождений полезных ископаемых, строительство подземных объектов различного назначения, локализацию экологически опасных твердых и жидких отходов в геологических формациях и др. Пористость определяется совокупностью пустот (порокапилляры, поры, каверны, микротрещины и т.д.), пространственная организация которых связана с процессами сингенетичных (первичных) и эпигенетичных (вторичных, наложенных) преобразований пород. Особенности и интенсивность этих процессов отражаются в структуре трещинно-порового пространства.

Для выявления параметров пористости существуют различные методы: свободное водонасыщение, центрифугирование, ртутная и газовая порометрии и т.д. Эти методы позволяют установить размеры и объем поровых каналов, но не дают однозначного ответа об их морфологии. Для этого необходимо привлекать данные оптической и дорогостоящей электронной микроскопии, а порометрия к тому же требует соблюдения жестких санитарных и технологических норм. В последнее время развивается метод импрегнации образцов пород гелем полиметилметакрилата (РММА), содержащего радиоактивный углерод в качестве несорбирующегося трассера (14С-РММА - метод). Он позволяет получить наиболее полную информацию о параметрах доступного для флюидов трещинно-порового пространства, но может использоваться только в специально оборудованных радиохимических лабораториях при соблюдении норм санитарного контроля.

[Hellmuth К-Н., Siitari-Kauppi М, Lindberg A. Study of porosity and migration pathways in crystalline rock by impregnation with 14C-polymethylmethacrylate // J. Contam. Hydrol. 1993. N 13. P. 403-418;

Hellmuth K-H., Lukkarinen S., Siitari-Kauppi M. Rock matrix studies with carbon-14-polymethylmethacrylate (PMMA): method development and applications // Isotopes in Environmental and Health Studies. 1994. N 30. P.47-60].

Из патентных источников информации известен способ использования результатов анализа геополей для локализации геологической аномалии в пространственных координатах объекта. Способ основан на анализе геополей с позиций их изменчивости. Изменчивость геофизических полей определяют в коэффициентах отклонения от нормального значения одной из его физических характеристик, приведенных к единице площади излучаемого геополя. Затем строят векторные диаграммы коэффициентов изменчивости, проводят векторную огибающую и прогнозируют геологическое событие в точке пересечения огибающей с вектором максимальной изменчивости. По расстоянию между фокусом векторной огибающей и точкой пересечения ее с вектором максимальной изменчивости с учетом масштаба выбранного изображения геофизического поля или карты прогнозируют физическую характеристику геологической формации. Точность определения пространственных координат может быть повышена при анализе геофизических полей одной и той же территории по параметрам с разными физическими характеристиками, а также по картам, изображенным в разных масштабах.

В известном изобретении решена задача разработки способа идентификации геологической формации, пригодного для любого геологического объекта, однако он имеет недостаток, заключающийся в сложности его реализации.

[патент РФ №2097794, G01V 9/00, опубл. 127.11.1997].

Известен также способ обнаружения и определения местоположения неоднородностей в массиве горных пород путем высокочастотной электроразведки, подповерхностной радиолокации. Способ предназначен для выявления и определения местонахождения неоднородностей в массиве горных пород.

В известном способе излучают зондирующий сигнал и осуществляют прием отраженных сигналов при помощи коммутируемых приемопередающих антенн, измеряют параметры принятых сигналов, определяют характеристики среды и находят положение отражающих неоднородностей. Предусмотрено излучение-прием сигналов с помощью антенн, расположенных по разные стороны рабочего органа, ведущего горные работы, при этом сначала напротив первой точки массива излучают, а затем принимают сигнал первой антенной, после смещения вместе с рабочим органом напротив этой же точки излучают и принимают сигнал второй антенной, измерение проводят по всему фронту работ, определяют скорость сигнала во всех точках отрабатываемой поверхности и составляют карту неоднородностей массива.

Способ позволяет получить точность определения местоположения неоднородностей, однако сложен в осуществлении, требует создания сети приемопередающих станций в условиях подземных горных выработок.

[з-ка РФ №93016043, G01V 1/00, опубл. 20.04.1995 г.]

Задачей изобретения является создание способа, техническим результатом которого является повышение эффективности и упрощение прогноза внутренних неоднородностей массива горных пород: фильтрационно-активных неоднородностей, невидимых трещин, внутренних контактов пород.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород, выбуренные из горного массива цилиндрические образцы керна различной длины просвечивают ультразвуковыми продольными Р-волнами по регулярной сетке во множестве направлений как угловых, так и вдоль оси образца керна, и определяют скорости упругих продольных волн в высушенных образцах и в насыщенных жидкостью. Получают массив данных скоростей упругих продольных волн для обоих состояний, который обрабатывают для получения данных о двумерном распределении скоростей и их отклонений от среднего значения для высушенных образцов и насыщенных жидкостью, который представляется в виде цветной или монохромной топографической карты с изолиниями с заполнением между ними или без него с координатами двугранный угол наблюдения - высота наблюдения датчика. Затем сравнивают полученные результаты измерений скоростей в высушенных образцах и в насыщенных жидкостью путем вычисления разности значений или их отношения и по изменению абсолютной величины или ее относительного отклонения для образца в высушенном состоянии делают вывод о неоднородностях упругих и фильтрационных свойств горных пород, которые связаны с минеральным составом, концентрацией и ориентацией трещинных нарушений, при одинаковом минеральном составе. Далее сравнивают результаты измерения скоростей упругих волн для образцов, насыщенных жидкостью, и по увеличению скорости волн по сравнению с данными высушенных образцов судят о том, какие нарушения имеются в естественном залегании массива пород. Далее сравнивают результаты измерения скоростей упругих волн в обоих состояниях образцов путем вычисления разности значений или их отношения, и делают вывод о степени насыщенности жидкостью горной породы и, следовательно, изменение ее флюидопроницаемости.

Преимущественно, цилиндрические образцы керна просвечивают помощью с ультразвуковой системы, включающей генератор коротких импульсов, амплитудой не менее 400 В; ультразвуковые датчики с собственной частотой 0,8÷1,0 МГц; широкополосный усилитель и регистрирующий цифровой осциллограф.

Обычно, образцы керна просвечивают сдвиговыми ультразвуковыми S-волнами с получением массива данных.

Преимущественно, образцы керна сушат при температуре 90-95°C в течение 7-8 часов, а насыщение водой образцов керна ведут путем их погружения в течение не менее 14 дней в обезгаженную воду с содержанием минеральных солей не более 1 г/л и pH 7, или в имитирующий химический состав и концентрацию минеральных веществ и окислительно-восстановительный потенциал воды горного массива отобранных образцов керна, или с использованием воды из естественного залегания горного массива отобранных образцов керна.

Трещинно-поровое пространство горных пород и искусственных твердых материалов предопределяет их физические свойства, такие как, например, прочность, сжимаемость, скорости распространения упругих волн, теплопроводность, электропроводность и др.

Известно, что среди упругих параметров, чутко реагирующих на текстурно-структурные особенности горных пород и флюидонасыщенность их трещинно-порового пространства, важнейшее значение имеют скорости распространения продольных волн (VP). Исходя из этого, был разработан способ, основанный на выявлении неоднородностей упругих характеристик в керновых образцах и двумерной визуализации полученных данных. Он состоит в определении скоростей распространения P-волн во множестве направлений и сечений («слоев») образца, которые расположены в перпендикулярных к оси керна плоскостях. На основе этих данных методами минимальной кривизны или кригинга (например, с помощью пакета программ Surfer) строятся 2D картины в изолиниях распределения Р-волн для сухого (VPcyx) и водонасыщенного (VРнасыщ) состояний. Также строятся разностные (дифференциальные) картины (dVP), получаемые в результате вычитания скоростей по сухому образцу из соответствующих значений по водонасыщенному. Эти данные также позволяют построить картину эффекта водонасыщения (ES)

ES=(VPнасыщ-VPcyx)/VPcyx

При использовании усредненных значений скоростей для одного сечения и набора этих значений для всех сечений появляется возможность получить представление о распределении акустически и гидравлически активных структурных неоднородностей в объеме образца.

Способ осуществляют следующим образом.

I. Подготовка образцов.

Подготовка образцов к измерениям производится в следующем порядке:

1. Разметка включает проведение базовой линии на боковой поверхности образца керна. Положение базовой линии произвольное за исключением случаев разметки ориентированного керна, когда за базовую линию берется процарапанный штрих, указывающий направление на север. Следует учесть ориентацию образца керна (верх-низ), для этого базовая линия должна быть снабжена стрелкой, отмечающей направление вниз.

2. Фотографирование на цифровой фотоаппарат с матрицей не менее 6 мегапикселей боковой поверхности образца керна с последовательным поворотом в одну сторону, например против часовой стрелки относительно базовой линии, на угол 30° для последующего "сшивания" в один файл фрагментов кадров для создания панорамной развертки боковой поверхности образца.

3. Разметка боковой поверхности образца делением на равные угловые сектора, таким образом, чтобы двугранные углы между соседними плоскостями, проходящими через эти линии и ось керна, составляли 30°. Можно выбрать меньший шаг разбивки углов.

4. Разметка боковой поверхности образца делением секущими плоскостями, перпендикулярными оси образца. Для этого на боковой поверхности образца через равные промежутки, например 30 мм, отмечаются точки (узлы измерительной сетки), в которые будут устанавливаться ультразвуковые датчики (излучатель - приемник). Вся разметка выполняется не смываемым водой маркером.

II. Создание фотографической панорамной развертки боковой поверхности.

1. Все файлы фотоснимков считываются в компьютер и с помощью программ обработки изображений вырезаются прямоугольные фрагменты с длинной стороной (ось Y), пропорциональной длине образца, и короткой стороной (ось X), пропорциональной ширине фрагмента, охватываемого сектором (двугранным углом) 30°. Следует пронумеровать изготовленные фрагменты.

2. Фрагменты сшиваются в один файл и, таким образом полученная развертка боковой поверхности используется для дальнейшего анализа.

На фиг.1 представлена разметка образцов перед ультразвуковым исследованием, где:

1- образец керна горной породы,

2 - базовая линия,

3 - места установки датчиков ультразвуковых преобразователей,

Двугранные сектора и слои показаны сплошными и пунктирными линиями.

На фиг.2 представлено панорамное фото боковой поверхности лейкогранита с глубины 506 м Нижнеканского массива (a),

- 2D карты распределения отклонения скоростей P-волн в сухом (б) и водонасыщенном (в) состояниях (%),

- дифференциальная картина (г).

Белая сплошная линия на фото и черные пунктирные на картах обозначают частично выполненную кварц-карбонат-гидрослюдистым минеральным агрегатом основную трещину.

Для сухого образца VРсред=5,197±0,040 км/с, для водонасыщенного VРсред=5,900±0,035 км/с.

На фиг.3 представлено панорамное фото боковой поверхности образца кварцевого диорита с глубины 700.6 м Нижнеканского массива (a),

- 2D карты распределения скоростей Р-волн в сухом (б) и водонасыщенном (в) состояниях,

- дифференциальная картина (г).

Для сухого образца VPсред=5,886±0,123 км/с, для водонасыщенного VPсред=6.128±0,083 км/с.

На фиг.4 показано сечение модельных образцов, которые изготовлены для тестовых испытаний вдоль базовой линии (3), где (1) - основа модели, (2) - включение.

На фиг.5-9 приведены результаты исследования модельных образцов в виде топографических карт для dVP. Названия моделей указаны в виде стикера (S1…S5) на каждой фигуре.

III. Проведение ультразвуковых исследований.

1. Ультразвуковые исследования проводятся при помощи системы, которая состоит из генератора коротких импульсов, амплитудой не менее 400 В, одной пары ультразвуковых датчиков с собственной частотой (0,8÷1,0 МГц) и усилителя-приемника. Ультразвуковые датчики предназначены для генерации и приема продольных волн. Принимаемые усилителем аналоговые сигналы передаются в цифровой осциллограф с частотой дискретизации не менее 20 МГц и хранятся на постоянном носителе информации для последующего анализа осциллограмм. При анализе определяются как кинематические (определение времени пробега ультразвукового импульса), так и динамические (амплитуда импульсов с учетом усилительных характеристик аппаратуры приема) характеристики.

2. Процедура проведения ультразвуковых измерений сводится к следующим операциям: в узлы сетки оппозитно устанавливаются последовательно излучатели и приемники, контакт осуществляется через контактную смазку, которая должна быть смываемой водой, например гели полисахаридов. Количество направлений определяются количеством узлов сетки. Измерения производятся как в прямом, так и в обратном направлениях.

3. С помощью ультразвуковой системы проводятся измерения на предварительно высушенных образцах керна. Сушка может производиться различными способами, например в сушильном шкафу. Для большинства горных пород достаточно их прогреть при температуре 90-95°C в течение 7-8 часов.

4. Насыщение водой производится путем медленного погружения в обезгаженную (кипяченую или дистиллированную) воду с содержанием минеральных солей не более 1 г/л, показатель pH должен быть близок к 7. Образцы погружаются в водяную ванну в лежачем положении с неполным заполнением уровня воды (~30% высоты образца), а после насыщения в течение 2 суток уровень воды постепенно повышается в течение недели до полного погружения образцов. Исследования в водонасыщенном состоянии проводятся через две недели после первого погружения образцов в воду. Для измерения скоростей каждый образец вынимается из ванны только на время проведения испытания, в течение которого периодически увлажняется. Контактная смазка (гель полисахаридов) при исследованиях воздушно-сухих образцов убирается с поверхности образца тонким шпателем и место контакта протирается слегка влажной салфеткой. В случае работы с водонасыщенными образцами место контакта образца и датчиков слегка подсушивается сухой салфеткой, наносится смазка, проводятся измерения и затем контактная смазка смывается. Такая процедура обеспечивает одинаковую плотность и вязкость контактной смазки для того, чтобы минимизировать влияние этого фактора на точность измерений скоростей.

5. По временам и длине пробега ультразвуковых импульсов в образце рассчитываются скорости продольных волн в конкретном направлении.

IV. Построение контурных карт.

Полученные массивы значений скоростей в узлах измерительной сетки обрабатывают по следующей схеме.

Контурные карты могут быть созданы с помощью разных программ. Но суть их сводится к построению сетки в узлах, которой помещаются значения скоростей или их отклонений от средних значений. Значения скоростей в прямом и обратном направлениях усредняются и помещаются в матрицу (таблицу), столбцы которой представляют последовательно направление наблюдения в градусах (первый столбец), высота от основания цилиндра (второй) и усредненные в прямом и обратном направлениях значения скоростей (третий столбец). Создаются также таблицы, в третьем столбце которых находятся значения относительного отклонения (Vсредн.-Vij)/Vсредн., где Vсредн. - среднеарифметическое всех значений скоростей по всем совокупным направлениям (Vij, i - номер углового направления, j - номер слоя). Для этих матриц рассчитываются новые интерполяционные матрицы, используя один из методов картографии для построения контурных карт с изолиниями: кригинга, оценки наименьшей кривизны, инверсного расстояния или "ближайших соседей". Размерность матриц возрастает в зависимости от ограничительных величин задаваемых параметров при использовании того или иного метода. Количество строк в них совпадает с количеством слоев в осевом направлении, а количество столбцов увеличивается. Эти матрицы симметричны относительно направления 0-180°. В их узлах находятся интерполированные значения искомых величин.

Далее, для визуального восприятия результатов, по этим интерполяционным матрицам с помощью картографических программ строятся контурные карты с изолиниями с заполнением пространства между изолиниями цветом с градацией цвета от ноля отклонения в положительную и отрицательную стороны или от минимального до максимального значений искомых величин. Как варианты, возможны применения монохроматической гаммы оттенков (от темного к светлому) или только изолиний без заполнения пространства между изолиниями. Для численной оценки градиентов изменения искомых величин необходимо рядом выводить легенду градаций уровней между изолиниями, а на изолиниях наносить число, соответствующее уровню изолинии. Как примеры, такие карты приводятся на фиг.2 и 3. На каждом рисунке представлены панорамные фото (а) боковых поверхностей образцов. На двух картах приводятся относительные отклонения от среднего значения скоростей продольных волн для двух состояний: сухого (б) и насыщенного водой (в). Третья карта (г) представляет собой относительное изменение скоростей продольных волн при насыщении водой. На них черными пунктирными линиями отмечены границы разделов крупных областей, отличающихся минеральным составом или размером кристаллов, а также трещины (прожилки), заполненные агрегатами минералов. На панорамных фото боковых поверхностей образцов эти неоднородности показаны белыми сплошными линиями.

На фиг.2 отчетливо прослеживается контакт между меланократовой и лейкократовой разностями гранитов. В сухом состоянии нижняя лейкократовая часть образца обладает пониженными скоростями Р-волн, тогда как в водонасыщенном - повышенными. Это свидетельствует о более высокой степени проницаемости и гидравлической активности порового пространства лейкократовой разности, что подтверждает и дифференциальная картина. Проведенные петрографические исследования показали, что в нижней и верхней частях образца присутствуют щелевидные микротрещинные каналы, которые в зависимости от степени гидротермально-метасоматической проработки пород выполнены агрегатами различных минералов. Поровые каналы меланократовой разности в основном заполнены кварцем, карбонатом и эпидотом, которые слабо реагируют с водой в комнатных условиях. В противоположность этому, микротрещины в более интенсивно метасоматически проработанной лейкократовой части образца выполнены относительно легко растворимыми агрегатами глинистых минералов, которые вымываются в процессе водонасыщения. Это приводит к общему увеличению пустотности матрицы породы и ее заполняемости жидкостью.

На фиг.3 приведен другой пример использования метода. Представлены результаты просвечивания трещиноватого образца кварцевого диорита. Основная трещина расположена под углом ~60° к оси керна и частично выполнена кварц-карбонат-гидрослюдистым агрегатом. Плоскость трещины прослеживается по минимальным значениям скоростей упругих волн на картинах их распределения в сухом и водонасыщенном состояниях. Это могло бы служить основанием для вывода о гидравлической пассивности плоскости трещины. Однако даже незначительная разница в скоростях (dVPсредн=0,5 км/с) отчетливо проявляется в дифференциальной картине. Анализ этой картины показывает, что трещина является гидравлически активной особенно в нижней своей части, где сочленяется с двумя более мелкими трещинами. Следует отметить, что эти две трещины не были обнаружены при первичном макроскопическом изучении образца. Их наличие было установлено только после анализа формы изолиний скоростей волн в водонасыщенном состоянии.

Изложенная методика определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород в образцах керна скважин была проверена на пяти модельных образцах. Модельные образцы представляли собой цилиндры из различных материалов диаметром 50 мм и высотой 110 мм. В цилиндры были внесены искусственные дефекты, которые были заполнены контрастными по акустическим свойствам материалами. Вид моделей, форма включения и его размеры и ориентация приведены на фиг.4. Модели именованы как S1-S5. Описание материалов основ моделей и включений приводится в таблице. При изготовлении основ образцов с применением эпоксидной смолы (смесей и в чистом виде) из них откачивался воздух в вакуумной камере. Далее в твердых образцах просверливалось отверстие и заполнялось включением с последующим отверждением в вакуумной камере. Материалы основ и заполнителей выбраны так, чтобы они представляли контрастные среды по акустическим свойствам. В таблице приведены материалы основы и включения, его акустические свойства относительно основы, а также приводятся среднее значение скоростей VPсредн в моделях.

Ультразвуковое просвечивание проводилось через 22.5° (в угловых направлениях) и через 5 мм по слоям. Итого, для каждого образца было выполнено измерения скоростей VP по 204 направлениям.

Далее по вышетописанной методике рассчитывалась средняя скорость продольных волн (VPсредн) в образце и отклонения dVP от среднего значения в процентах. Результаты в виде топографических карт для dVP приведены на фиг.5-9. Названия моделей указаны в виде стикера (S1…S5) на каждой фигуре.

Таблица
Название образца Описание материала основы и включения
S1 Основа - смесь отвержденной эпоксидной смолы с кварцевым песком.
Включение - чистая эпоксидная смола («мягкое» включение). VPСред.=2.975±0.009 км/с
S2 Основа - смесь отвержденной эпоксидной смолы с кварцевым песком.
Включение - смесь эпоксидной смолы с деревянными опилками (еще более «мягкое» включение). VРСред. - 2.868±0.005 км/с.
S3 Основа - эбонит (вулканизированный каучук).
Включение - смесь эпоксидной смолы с кварцевым песком («жесткое», контрастное включение). VРСред.=2.316±0.036 км/с.
S4 Основа - алюминиевый сплав Д16 (дюраль).
Включение - смесь эпоксидной смолы с кварцевым песком («мягкое», контрастное включение). VРСред.=6.478±0.040 км/с.
S5 Основа - тефлон Ф4.
Включение - пустое отверстие, без заполнителя. VРСред.=1.344±0.007 км/с.

Из представленных результатов на фиг.5-9 следует, что контрастные объемные включения четко выделяются на контурных картах в виде повышения или понижения скоростей продольных волн относительно их среднего значения.

В повседневной практике геолого-геофизических, инженерно-геологических, гидрогеологических и других работ нередко возникает необходимость экспрессного выяснения пространственного распределения гидравлически активных трещинно-поровых каналов в образцах пород. Разработанный способ позволяет это делать. Иные способы выявления параметров трещинно-порового пространства в образцах пород, основанные на центрифугировании, ртутной и газовой порометрии, импрегнации вязкими цветными или радионуклид содержащими гелями могут использоваться только в стационарных условиях в специально оборудованных лабораториях при соблюдении норм санитарного и радиохимического контроля.

1. Способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород, характеризующийся тем, что выбуренные из горного массива цилиндрические образцы керна различной длины просвечивают ультразвуковыми продольными P-волнами по регулярной сетке во множестве направлений, как угловых, так и вдоль оси образца керна, и определяют скорости упругих продольных волн в высушенных образцах и в насыщенных жидкостью, получают массив данных скоростей упругих продольных волн для обоих состояний, который обрабатывают для получения данных о двумерном распределении скоростей и их отклонений от среднего значения для высушенных образцов и насыщенных жидкостью, представляемом в виде цветной или монохромной топографической карты с изолиниями с заполнением между ними или без него с координатами двугранный угол наблюдения - высота наблюдения датчика, сравнивают полученные результаты измерений скоростей в высушенных образцах и в насыщенных жидкостью путем вычисления разности значений или их отношения и по изменению абсолютной величины или ее относительного отклонения для образца в высушенном состоянии делают вывод о неоднородности упругих и фильтрационных свойств горных пород, которая связана с минеральным составом, концентрацией и ориентацией трещинных нарушений, при одинаковом минеральном составе, сравнивают затем результаты измерения скоростей упругих волн для образцов, насыщенных жидкостью, и по увеличению скорости волн по сравнению с данными высушенных образцов судят о том, какие нарушения имеются в естественном залегании массива пород, сравнивают результаты измерения скоростей упругих волн в обоих состояниях образцов путем вычисления разности значений или их отношения, и делают вывод о степени насыщенности жидкостью горной породы и, следовательно, изменение ее флюидопроницаемости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что цилиндрические образцы керна просвечивают с помощью ультразвуковой системы, включающей генератор коротких импульсов, амплитудой не менее 400 B; ультразвуковые датчики с собственной частотой 0,8÷4,0 МГц; широкополосный усилитель и регистрирующий цифровой осциллограф.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что образцы керна сушат при температуре 90-95°C в течение 7-8 часов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что насыщение водой образцов керна ведут путем их погружения в течение не менее 14 дней в обезгаженную воду с содержанием минеральных солей не более 1 г/л и pH 7, или в имитирующий химический состав и концентрацию минеральных веществ и окислительно-восстановительный потенциал воды горного массива отобранных образцов керна, или с использованием воды из естественного залегания горного массива отобранных образцов керна.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области технологического контроля пористости хлебобулочных изделий в процессе их производства и может быть использовано при отработке оптимального режима технологии получения заданной пористости в цеховых лабораторных условиях.
Изобретение относится к области экологии и сельского хозяйства и предназначено для определения коэффициента фильтрации плывунного грунта в зоне распространения подзолистых почв.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса и для определения коэффициентов влагопроводности ортотропных капиллярно-пористых материалов в бумажной, легкой, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение может быть использовано при разработке месторождений углеводородов. Устройство для оценки динамики процесса прямоточной капиллярной пропитки образцов пород относится к области петрофизических исследований.

Изобретение относится к области исследования структуры порового пространства горных пород и предназначено для определения латеральной анизотропии фильтрационных свойств терригенного коллектора по результатам исследования его керна.

Изобретение относится к петрофизическим методам определения свойств пород и может быть использовано в нефтяной геологии для определения смачиваемости пород-коллекторов нефти и газа.

Изобретение относится к контролю качества бетонов, растворов и цементного камня. .

Изобретение относится к области исследования образцов неконсолидированных пористых сред и может быть использовано для изучения открытой или закрытой пористости, распределения пор по размерам, удельной поверхности, пространственного распределения и концентрации ледяных и/или газогидратных включений в поровом пространстве образцов, определения размера включений и т.д.

Изобретение относится к области исследования строительных материалов и контрольно-измерительной технике, и может быть использовано для определения пористости керамических и силикатных материалов.

Изобретение относится к области исследования образцов мерзлых пород и может быть использовано для изучения пространственного распределения и концентрации ледяных и/или газогидратных включений в поровом пространстве образцов, определения размера включений, открытой или закрытой пористости и т.п.

Изобретение относится к области тестирования на герметичность и может быть использовано для тестирования на герметичность фильтрованного устройства (2) для сепарации аэрозолей и пылей из объемного потока газа. Сущность: посредством загрузочного устройства (16) тестовый аэрозоль подают, если смотреть в направлении потока, до фильтрующего элемента (9) в поток неочищенного газа. Осуществляют замер числа частиц и/или определяют концентрацию частиц, если смотреть в направлении потока, в очищенном потоке газа после фильтрующего элемента (9). При этом в загрузочное устройство (16) подают первый смешанный объемный поток из тестового аэрозоля и сжатого воздуха, который формирует аэрозольный генератор (37). Произведенный при помощи аэрозольного генератора (37) первый смешанный объемный поток смешивают с объемным потоком воздуха для получения второго, более разреженного смешанного объемного потока. Подают второй, более разреженный смешанный объемный поток на загрузочное устройство (16). Технический результат: минимизация расхода сжатого воздуха. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к способу испытания бумажных фильтрующих элементов для очистки жидкостей, нефтепродуктов. Способ контроля ресурса фильтроэлемента включает прокачку жидкости, смешанной с искусственным загрязнителем, и фиксацию перепада давления на фильтроэлементе через равные величины его прироста. Определяют исходную величину поверхностного натяжения и плотность используемой жидкости с учетом фактической температуры, задают величину поверхностного натяжения изопропанола, вертикально закрепляют полностью погруженный в жидкость фильтроэлемент, осуществляют прокачку загрязненной жидкости снаружи-внутрь фильтроэлемента, замеряя текущее значение перепада давления на фильтроэлементе. После каждого прироста перепада давления на величину, равную 10% предельно допустимого значения, прокачку прекращают и подают под давлением воздух изнутри-наружу фильтроэлемента до момента появления первого пузырька воздуха на его поверхности, фиксируют величину давления воздуха в этот момент и замеряют расстояние от точки появления первого пузырька до уровня жидкости над фильтроэлементом, после чего рассчитывают показатель герметичности фильтроэлемента. При значении показателя герметичности не менее заданной величины продолжают прокачку жидкости и при увеличении перепада давления на фильтроэлементе еще на 10% прокачку прекращают и подают под давлением воздух изнутри-наружу фильтроэлемента до момента появления первого пузырька воздуха на его поверхности, фиксируют величину давления воздуха в этот момент и замеряют расстояние от точки появления первого пузырька до уровня жидкости над фильтроэлементом, после чего рассчитывают показатель герметичности. При значении показателя герметичности менее заданной величины судят о выработке ресурса фильтроэлемента, а величину перепада давления на фильтроэлементе, зафиксированную на предыдущем приросте давления на 10%, принимают за критическое значение. Технический результат: повышение точности определения ресурса фильтроэлемента. 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при измерении проницаемости пористых пластически деформируемых материалов для жидкости. Способ заключается в том, что образец помещают в замкнутую цилиндрическую полость между поршнем, создающим давление, и проницаемым для жидкости дном. Задают исследуемые уровни давления, для каждого из которых создают циклическое силовое нагружение образца давлением. Используя выбранное давление для выключения нагружения и давление, равное 0,85-0,95 выбранного давления, для включения нагружения, регистрируют во времени изменение длины образца и временной промежуток снижения давления на цикле разгрузки, а также объем отжатой жидкости. Затем вычисляют коэффициент проницаемости на цикле по формуле K ф i = B i ⋅ m о б i ⋅ ( l i − l i − 1 ) ρ ж ⋅ S n ⋅ ( P − P 1 ) , на каждом цикле определяют остаточное массовое содержание жидкости в образце по формуле C i = C 0 m о б 0 − m i m о б 0 − m i ; где B i = 1 t k i − t 0 i ⋅ ln ( P P 1 ) , mобi=mоб0-mi, uжi=Sn·(li-l1), mi=ρж·uжi Р - исследуемый уровень давления, P1=0,85Р÷0,95Р - минимальное давление, Sn - площадь поршня, l1 - длина образца в начале 1-го цикла, li-1 - длина образца в начале i-го цикла, li - длина образца в конце i-го цикла, t0i - время начала снижения давления на i-ом цикле, tki - время конца i-го цикла, mоб0 - начальная масса образца, mобi - масса образца на i-ом цикле, ρж - плотность отфильтрованной жидкости, uжi - суммарный объем отфильтрованной жидкости до i-го цикла, mi - масса отжатой жидкости до i-го цикла, С0 - исходное массовое содержание жидкости, Сi - текущее массовое содержание жидкости на i-ом цикле, i - изменяется от 1 до k, k - номер цикла, на котором выполняется условие (Kф(k-1)-Kфk)/Kфk≤0,01. Затем по полученным значениям коэффициента проницаемости и массового содержания жидкости на всех выбранных уровнях давления определяют зависимость коэффициента проницаемости как функцию от массового содержания жидкости и уровня давления. Техническим результатом является возможность получения характеристик для пластически деформируемого пористого материала в широком диапазоне давлений при изменении массового содержания жидкости, в частности в процессе отжима жидкости из материала, повышение точности измерения. 3 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для прогнозирования изменения характеристик призабойной зоны нефтегазосодержащих пластов. Техническим результатом является повышение точности и снижение трудоемкости прогнозирования изменения характеристик призабойной зоны пластов за счет комбинирования математического моделирования и лабораторных экспериментов. Сущность способа основывается на определении реологических свойств бурового раствора, фильтрата бурового раствора и пластового флюида, измерении свойств внешней фильтрационной корки, а также пористости и проницаемости образца керна. При этом создают математическую модель внешней фильтрационной корки. Прокачивают буровой раствор через образец керна и регистрируют динамику перепада давления на образце и расхода истекающей из образца жидкости. С помощью микротомографии определяют профиль концентрации проникших в образец твердых частиц бурового раствора. Создают математическую модель внутренней фильтрационной корки для описания динамики изменения концентрации частиц бурового раствора в поровом пространстве образца керна и сопутствующего изменения проницаемости образца керна. Создают сцепленную математическую модель внешней и внутренней фильтрационных корок, на основе которой с учетом свойств внешней фильтрационной корки определяют параметры математической модели внутренней фильтрационной корки, при которых одновременно воспроизводятся данные эксперимента по прокачке бурового раствора через образец керна и профиль концентрации проникших частиц бурового раствора. 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области испытания и определения свойств материалов. Способ измерения пористости частиц сыпучих материалов целесообразно применять при производстве гранулированных катализаторов, сорбентов, а также для определения свойств пористых материалов различного назначения. Способ измерения пористости частиц сыпучих материалов включает измерение истинной плотности частиц сыпучего материала и перепада давления на слое материала в режимах фильтрации газа и псевдоожижения, формируемых путем изменения расхода газа, по которым судят о пористости его частиц. Техническим результатом является простота реализации, отсутствие использования токсичных веществ, дефицитных материалов, а также обеспечение возможности экспресс-измерений свойств гидрофобных сыпучих материалов с ярко выраженными сорбционными свойствами и развитой поверхностью.

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к машинам и орудиям для обработки почвы и может найти применение научно-исследовательскими и производственными организациями при проектировании, исследованиях и эксплуатации рабочих органов почвообрабатывающих машин и орудий. Сущность: определяют потенциал деформируемости почв, представляющий собой отношение энергии, затраченной на деформацию и массообменные процессы к единице массы почвы в конкретных условиях ее залегания, по формуле ϕ = − ( E 1 m n 3 − A 1 m n 1 ) + ( E 2 m n 4 − A 2 m n 2 ) ,                               ( 1 ) где А1, А2 - механическая работа, затраченная соответственно на деформацию почвы при тестировании твердомером до и после ее обработки, Дж; mn1, mn2 - соответственно масса деформированной почвы при тестировании твердомером до и после ее обработки, кг; E1, Е2 - свободная энергия Гиббса, характеризующая состояние влаги в почве и тем самым определяющая энергию связей между подвижными почвенными частицами в образце почвы до и после воздействия на нее рабочих органов почвообрабатывающих машин и орудий, Дж; mn3, mn4 - соответственно масса почвы в образце, взятом на тестируемом участке до и после механической обработки, кг. В указанной формуле противоположные знаки слагаемых E1 и А1, а также Е2 и А2 показывают, что энергия связей между подвижными почвенными частицами в образце почвы после воздействия на нее рабочих органов возрастает, а работа, затрачиваемая на механическую деформацию почвы, уменьшается. Измерение входящих в формулу физических величин, таких как усилие на участке прямой пропорциональности диаграммы P=f(h), глубина погружения цилиндрического наконечника твердомера производят твердомером на тестируемом участке до и после механического воздействия на почву рабочих органов. Измерения физических величин, таких как плотность твердой фазы почвы, пористость, удельная свободная, поверхностная энергия на границе раздела вода-воздух, объемная удельная поверхность твердой фазы почвы, объемная влажность и объемная масса почвы производят на одних и тех же образцах почвы ненарушенного сложения, отобранных на тестируемом участке соответственно до и после механической обработки в тех же точках, участок тестировался твердомером. Техническим результатом является повышение точности энергетической оценки механического воздействия обрабатывающих почву рабочих органов машин и орудий. 1 ил., 5 табл.

Изобретение относится к области физико-химического анализа и может быть использовано для определения наличия трещин на поверхности образцов стального проката с полимерным покрытием, преимущественно при испытании полимерного покрытия на прочность при изгибе по ГОСТ Р 52146-2003. В способе определения сплошности полимерного покрытия, включающем контакт исследуемого образца с электропроводной жидкостью и измерение электрического тока, согласно изобретению ток образуется не от внешнего источника питания, а в результате появления на дефектных участках покрытия активного электрода - металлической полосы. Кроме того, в качестве электропроводной жидкости может применяться соляной раствор. Для реализации данного способа используют устройство для определения сплошности полимерного покрытия, включающее рабочий элемент с электропроводной жидкостью и прибор контроля тока, отличающееся тем, что рабочий элемент выполнен в виде электролитической ячейки, изготовленной из диэлектрического материала, в нижней части которой располагается электрод, выполненный из материала, не пассивирующегося в применяемой электропроводной жидкости, а верхняя часть которой имеет контактный элемент, выполненный из пластичного коррозионно-стойкого материала, при этом электролитическая ячейка снабжена системой ее заполнения и поддержания уровня выпуклого мениска в контактном элементе и контактирует с электропроводным элементом. Кроме того, электропроводный элемент может быть выполнен в форме металлического стакана, электрод - из графита, а контактный элемент - из резины. Техническим результатом является создание способа и устройства, которые обеспечивают точность, объективность, простоту и оперативность определения сплошности полимерного покрытия. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение в почвоведении, мелиорации, гидрологии, грунтоведении, строительном деле и других областях науки и производства, связанных с исследованием свойств пористых материалов. Способ заключается в том, что измерение производится по принципу просачивания воздуха через пористый материал с известной пористостью и влажностью. Образец известной длины и объема помещают в устройство, обеспечивающее измерение разности давлений на его входе и выходе и объема воздуха, протекшего через образец в стационарном режиме при давлении, близком к атмосферному. На основе измеренных пористости, влажности, разности давлений между торцами образца и времени протекания через него измеренного объема воздуха рассчитывают удельную поверхность конденсированной фазы, удельную поверхность твердой фазы и потенциал влаги однородных пористых материалов по формулам. При этом измерение входящих в формулу физических величин, таких как объем газа, протекающего через образец, время протекания газа, перепад давлений, производят на одних и тех же образцах пористых материалов. Техническим результатом является повышение точности определения удельной поверхности твердой фазы, удельной поверхности конденсированной фазы, потенциала влаги однородных пористых материалов. 1 ил., 4 табл.

Изобретение относится к способам описания характеристик двухмерных и трехмерных образцов для определения распределений размеров тела пор и каналов пор, а также кривых зависимости капиллярного давления в пористой среде. Входная информация включает петрографические изображения высокого разрешения и лабораторные измерения пористости. Выходная информация включает распределения размеров тела пор и каналов пор и моделирование кривых зависимости капиллярного давления как для тела пор, так и каналов пор. 3 н. и 27 з.п. ф-лы, 27 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для повышения достоверности оценки запасов углеводородов и математического моделирования пластовых процессов в низкопроницаемых коллекторах нефти и газа. Техническим результатом является определение повышенных значения капиллярных давлений в низкопроницаемых образцах горных пород без явления разрыва жидких флюидов при вращении центрифуги. Способ включает вытеснение насыщающего образец породы флюида вытесняющим флюидом при вращении центрифуги. При этом перед вращением центрифуги в загерметизированном кернодержателе центрифуги повышают начальное давление путем закачки в него вытесняющего флюида до уровня, превышающего прогнозируемое максимальное значение капиллярного давления в образце породы. Также предложено устройство для реализации способа. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх