Способ определения коэффициента фильтрации горных пород

 

Изобретение относится к гидрогеологии и может быть использовано для оценки запасов подземных вод. Цель - повышение достоверности определения. Бурят опытные скважины и замеряют расход и уровень жидкости в скважине во времени. Бурят геологоразведочные скважины. Отбирают керн из опытных и геологоразведочных скважин. Определяют модуль трещиноватости горных пород. Определяют эффективное давление на глубине отбора керна. Коэффициент фильтрации горных пород по геологоразведочным скважинам вычисляют по приведенной формуле. Способ позволяет получить дополнительную информацию об изменении коэффициента фильтрации по площади распространения водоносного горизонта. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Е 21 В 47/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,, К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4301111/23-03 (22) 31.08.87 (46) 15.05.89. Бюл. N - 18 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам и рудничной геологии и маркшейдерскому делу (72) М.С.Осипенко, А.Т.Усатюк и 11.В.Ряжских (53) 551.491.54 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 927988, кл. Е 21 В 47/10, 1979 ° (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ФИЛЬТРАЦИИ ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к гидрогеологии и может быть использовано

Изобретение относится к гидрогеологии и может быть использовано для оценки запасов подземных вод, при обосновании гидротехнического строительства и осушения шахтных и карьерных пслей.

Целью изобретения является повышение достоверности определения коэффициента Аильтрации горных пород.

Способ осуществляют следующим образом.

В процессе разведки месторождения водоносный горизонт, представленный трещиноватыми породами, вскрывают несколькими опытными и геологоразведочными скважинами. В процессе бурения из опытных и разведочных скважин производят отбор керна, по

ÄÄSUÄÄ 1479635 А1 для оценки запасов подземных вод.

Цель — повышение достоверности определения. Бурят опытные скважины и замеряют расход и уровень жидкости в скважине во времени. Бурят геологоразведочные скважины. Отбирают керн из опытных и геологоразведочных скважин. Определяют модуль трещиноватос-ти горных пород. Определяют эффективное давление на глубине отбора керна.

КоэААициент Аильтрации горных пород по геологорязведочным скважинам вычисляют по принеденной формуле. Способ позволяет получить дополнительную информацию об изменении коэфАициента фильтрации по площади распространения водоносного горизонта.

2 табл. которому измеряют густоту трещин, Из керна на заданных глубинах отбирают образцы, по которым определяют плотность горных пород. После окончания бурения в опытных скважинах производят опытные откачки (или наливы), по результатам которых с использованием известных зависимостей, рассчитывают коэАфициенты фильтрации горных пород опробуемого водоносного горизонта. Полученные частные значения коэААициентов Аильтрации, модулей трещиновятости с учетом глубин опробованных интервалов подвергают статистической обработке. Иетодами регрессионного анализа определяют

1 коэААициенты регрессии Ъ и d в уравнении

1479635

К =СМ вЂ” — — — — -- (P-P ) ехР d exp(M)+b где К вЂ” коэААициент фильтрации горних пород по опытным скважинам, M/сут; С вЂ” коэАфициент, зависящий от геометрии трещин и ориентировки их относительно Аильтрационного потока, 10 м /сут; М вЂ” модуль трещиноватости горных пород по керну скважины, ед./м; d и Ь вЂ” коэффициенты регрессии; Ы, — коэффициент сжимаемости горных пород, ед./Па; Р— эффективное дялление ня глубине отбора керна,Па;

P0 — стандартное эАфективное давление, Пя.

Затем по значениям модуля трещиноватости, определенным по керну ге- 20 олого-разведочной скважины, с использованием зависимости

Р "Р 1 (-М)+Ь (2) где К вЂ” коэффициент фильтрации горР ных пород, вскрытых геолого-разведочной скважиной, м/сут; С вЂ” коэф- З0 фициент, зависящий от геометрии тре-: щин и ориентировки их относительно фильтрационного потока, м /сут;

М - модуль трещиноватости горных пород по керну скважины, ед./м; d 35 и b — коэффициенты регрессии;

cC, — коэффициент сжимаемости горных пород, ед./Па; Р— эффективное давление на глубине отбора керна, Па;

Р— стандартное эффективное давле- 40 о ние, Па; рассчитывают значение коэф фициента фильтрации для выделенного ,интервала водоносного горизонта, вскрытого геолого-разведочной скважиной. 45

Пример. На стадии детальной геологической разведки месторождения магнезита коэффициент фильтрации горных пород бил определен опытными откачками по 68 скважинам (см. 50 табл.1).

По керну опитних скважин были определены модуль трещиноватости горных пород (табл.2) и плотность.

I

На месторождении магнезита были пробурены 124 геолого-разведочные скважины, по керну которых определе1nK = 1nK(M)+1nK(P), (3) где К вЂ” коэААициент фильтрации трещиноватых горных пород, м/сут;

K(M) — зависимость коэффициента фильтрации от модуля трещиноватости;

К(Р) — зависимость коэффициента фильтрации от эффективного давления.

В уравнении (3) K(M) = С М

1 и К(Р) = ехр 1 -М) Ь

d exp(-M)+b (4) Ы(Р-Р ) Значение коэАфициентя С ют по формуле (4) с учетом

ro условия: (5) определяследующени модуль трещиноватости и плотность горных пород.

Результаты определения коэффициентов фильтрации и модуля трещиноватости горных пород по опытным скважинам были подвержены предварительному статистическому анализу, который включал: вычисление характеристик эмпирических распределений; отсев грубых погрешностей; проверку гипотезы нормальности распределений, если гипотеза нормальности распределения отвергнута, то проводим преобразование распределения к нормальному, проверку гипотезы нормальности преобразованного распределения.

Отсев грубых погрешностей был выполнен с использованием распределения Стьюдента. В результате были исключены по 3 значения коэффициента фильтрации и модуля трещиноватости горных пород.

Гипотеза нормальности распределения была отвергнута, поэтому было выполнено преобразование распределений коэффициента фильтрации и модуля трещиноватости заменой К = 1nK и

М = 1nM. После преобразования данных гипотеза нормальности распределения была проверена по критерию х, Провер2 ка подтвердила гипотезу нормальности распределения преобразованных данных.

Определение коэАфициентов Ь и d в уравнении (1) основано на свойстве аддитивности логариАмов коэффициентов фильтрации трещиноватых горных пород, которое было установлено в результате исследований и записывается следующим образом:

1479635

Воспользуемся зависимостью (8) и для каждого опробованного интервала водоносного горизонта рассчитаем значение (M).

Коэффициенты регрессии Ь и d могут быть определены по значениям ф(М) с использованием зависимости (7) . В этом случае для определения коэффициентов Ъ и d достаточно системы двух уравнений. Фактически получаем переопределенную систему п уравнений с двумя неизвестными, в которой п — количество определений коэффициента фильтрации горных пород.

Поэтому расчет коэффициентов Ъ и d следует производить, решая систему . уравнений:

l1 1 и м

20 — — = с1,: е + пЬ;

Ъ (6) — — — 1- — — = %(м)

d ехр (-M) +Ь (7) 6 — М1

= d+e™ п М, +b е

; el

) (12) е

%; (8)

4 (М) = 1 при Р=Р (9) Зо

35 (10) 1nK(P„) = р«.Рк- Pî ) Эффективное давление рассчитаем по следующей зависимости:

m) (Рек Ряс) где ш — трещинная пустотность горной породы, доли, ед.; Рр„ — давление в скелете среды, Па; Р— давле- 45 ние в жидкости, Па.

В условиях месторождения магнезита численные значения параметров, входящих в уравнение (10) равны:

K(M) = К приМ = М, Для месторождения магнезита

К = 0 695 и Мр = 11 8. Подставим значения Кр и М в формуле (3) и, решив ее относительно С, получим

С = - — — = 0 0589 (м /сут).

0 695 2

11,8

Далее для всех опробованных интервалов водоносного горизонта с учетом зависимости (3), рассчитаем значения К(Р).Обозначим: где g (M) — коэффициент структурного ослабления горных пород.

С учетом (7) уравнение (5) перепишем следующим образом:

1nK(P) = ф(М) <(P-P ).

В уравнении (8) два неизвестных коэффициента ф(М) и о . Коэффициент

Ы. определяем из следующего условия: где P, — эффективное давление на глубине 11„, Па.

С учетом (9) уравнение (8) запишется в следующей форме:

Ро = 0 P„= 1,83 10 Па

1nK(P„) = — 4,828, m = 0,05

Подставив значения параметров и решив уравнение (10) относительно еС, получим

-4,826 -7

Ы = -- — -- — — = -2,64 10;1/Па).

1,83 ° 1n где 9, — коэффициент структурного ослабления для i-го определения;

M ° — модуль трещиноватости горных по3 род для i-го определения, ед./м.

Рассчитанные для месторождения магнезита коэффициенты регрессии имеют следующие значения: Ъ = 0,754 и

d = 0,583.

Таким образом, все коэффициенты, входящие в уравнение (1), определены для месторождения магнезита. Далее по значениям модуля трещиноватости, плотности горных пород с учетом глубины вскрытого скважиной интерва ..

Ла водоносного горизонта, определяют коэффициенты фильтрации по геолого-разведочным скважинам.

Применение предлагаемого способа позволяет получить дополнительную информацию об изменении коэффициента фильтрации по площади распространения водоносного горизонта за счет использования данных о трещиноватости горных пород, полученных по керну геолого-разведочных скважин, повысить достоверность определения коэффициента фильтрации в результате, учета эффективного давления, уменьшить объем, буровых и опытно-фильтрационных работ.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ определения коэффициента фильтрации горных пород, включающий

1479635

Таблица 1 бурение опытных скважин, замеры расхода и уровня жидкости в скважине во времени, о т л и ч а tn шийся тем, что, с целью повыщения достоверности определения, бурят геологоразведочные скважины, отбирают керн из опытных и геолого- разведочных скважин, определяют модуль трещиноватости горных пород, определяют эффективное давление на глубине отбора керна, а коэффициент фильтрации горных пород по геолого-разведочным скважинам определяют по формуле

Интервал,м

Количество определений

Среднее значение коэффициента фильтрации, м/сут

0 -50

50 -100

100-150

150-200

200-250

250-300

24

19

13

0,39

0,23

0,11

0,09

1 !

К =CM -- — — -- — — Ы(Р-P )

d exp(-М)+Ъ где К

Г коэффициент фильтрации горных пород по геологоразведочным скважинам, м/суч", коэффициент, зависящий от геометрии трещин и ориентировки их относительно фильтрационного потока, м /сут; модуль трещиноватости горных пород по керну скважины, ед./м; коэффициенты регрессии; коэффициент сжимаемости горных пород, ед./Па; эффективное давление на глубине отбора керна, Па; стандартное эффективное давление, Па.

Всего:

Таблица2

Интервал,м Количество

Среднее значение модуля трещиноватости, ед./м определений

0 -50

50 — 100

100 — 150

150 — 200

200 — 250

250 — 300

24

19

13

11

d иЬ04

68

35 Всего:

Составитель Г.Маслова

Редактор 10.Середа Техред М.Ходанич Корректор В ° Гирняк

Заказ 2514/31 Тираж 515 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент™, г.ужгород, ул. Гагарина,!01