Физика Земли, 2020, № 4, стр. 39-50

Экспериментальные исследования влияния трещиноватости горных пород и модельных материалов на скорость распространения продольной волны

В. С. Жуков 1, Ю. О. Кузьмин 2*

1 ООО “Газпром-ВНИИГАЗ”
г. Москва, Россия

2 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
г. Москва, Россия

* E-mail: kuzmin@ifz.ru

Поступила в редакцию 07.10.2019
После доработки 10.01.2020
Принята к публикации 27.01.2020

Аннотация

В работе показано, что жесткость среды является более тензочувствительным параметром, чем плотность горных пород для величины скорости упругой волны при росте глубины. Для оценки влияния межзерновой и трещинной пористости использовано выраженное в процентах отношение измеренного значения скорости продольных волн в горной породе к скорости в ее твердой матрице – “нормированная скорость”. Результаты экспериментальных исследований показали, что влияние трещин (разрывных нарушений, стыков горных пород) и межзерновой пористости на скорость распространения упругих продольных волн имеет разный характер. Увеличение трещинной пористости сильнее снижает скорость распространения продольных волн, чем увеличение межзерновой пористости идентичной величины. Показано влияние наличия и числа разрывных нарушений на скорости распространения упругих продольных волн в горных породах и модельных материалах. Демонстрируется возможность селективной оценки величин межзерновой и трещинной пористости для горных пород-коллекторов месторождений нефти и газа при их разработке.

Ключевые слова: скорость упругих волн, горная порода, пористость, трещины, пластовые условия, эффективное давление.

DOI: 10.31857/S0002333720040109

Список литературы

  1. Баюк И.О., Рыжков В.И. Определение параметров трещин и пор карбонатных коллекторов по данным волнового акустического каротажа // Технологии сейсморазведки № 3. 2010. С. 32–42.

  2. Жуков В.С., Салов Б.Г., Кузьмин Ю.О. Деформации и трещинообразование в образцах горных пород при длительном воздействии постоянных сжимающих напряжений. Модельные и натурные исследования очагов землетрясений. М.: Наука. 1991. С. 156–162.

  3. Жуков В.С., Кузьмин Ю.О., Полоудин Г.А. Оценка процессов проседания земной поверхности при разработке газовых месторождений (на примере Северо-Ставропольского месторождения) // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. № 7. 2002. С. 54–57.

  4. Жуков В.С. Оценка трещиноватости коллекторов по скорости распространения упругих волн. Проблемы ресурсного обеспечения газодобывающих районов России до 2030 г. М.: ООО “Газпром ВНИИГАЗ”. 2012. С. 148–152.

  5. Жуков В.С., Кузьмин Ю.О. Физическое моделирование современных геодинамических процессов // Горный информационно-аналитический бюллетень № 5. 2003. С. 71–77.

  6. Жуков В.С., Иселидзе О.В., Григорьев Е.Б. Методика экспериментального исследования значений некоторых характеристик образцов горных пород, получаемых при поиске углеводородов в диапазоне температур 0…100°С и давлениях до 85 МПа. М.: Государственная служба стандартных справочных данных (ГСССД) Зарегистрировано под № ГСССД МЭ 257-2016 во Всероссийском научно-исследовательском институте метрологической службы (ФГУП “ВНИИМС). 2016. 31с.

  7. Жуков В.С., Люгай Д.В. Определение фильтрационно-емкостных и упругих свойств и электрических параметров образцов горных пород при моделировании пластовых условий: Учебно-методическое пособие. М.: ООО “Газпром ВНИИГАЗ”, РГУ Н и Г имени И.М. Губкина. 2016. 56 с.

  8. Жуков В.С., Моторыгин В.В., Чуриков Ю.М. Изменения структуры порового пространства коллекторов дагинского горизонта при моделировании пластовых условий // Вести газовой науки: Проблемы ресурсного обеспечения газодобывающих районов России. М.: Газпром ВНИИГАЗ. 2017. № 3(31) С. 238–246.

  9. Жуков В.С., Семенов Е.О., Кузьмин Ю.О. Динамика физических свойств коллекторов при разработке месторождений нефти и газа // Вести газовой науки: Актуальные вопросы исследований пластовых систем месторождений углеводородов. М.: Газпром ВНИИГАЗ. № 5(37). 2018. С. 92–87.

  10. Иньков В.Н., Черепецкая Е.Б., Шкуратник В.Л., Карабутов А.А., Макаров В.А. Исследование механо-акустической нелинейности трещиноватых пород методом лазерно-ультразвуковой спектроскопии // Прикладная механика и техническая физика. 2005. Т. 46. № 3. С. 174–180.

  11. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика и оценка геодинамического риска при недропользовании. М.: Агентство Экономических Новостей. 1999. 220 с.

  12. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика разломов и парадоксы скоростей деформаций // Физика Земли. 2013. № 5. С. 28–46.

  13. Кузьмин Ю.О. Современная геодинамика системы разломов // Физика Земли. 2015. № 4. С. 25–30.

  14. Кузьмин Ю.О. Индуцированные деформации разломных зон //Физика Земли. 2019. № 5. С. 61–75.

  15. Кузьмин Ю.О., Жуков В.С. Современная геодинамика и вариации физических свойств горных пород. М.: изд-во МГГУ. 2004. 262 с.

  16. Ризниченко Ю.В. О распространении сейсмических волн в дискретных и гетерогенных средах // Изв. АН СССР. Серия географ. и геофиз. 1949. № 2. С. 115–128.

  17. Рыжов А.Е., Жуков В.С., Иселидзе О.В., Дахнов А.В., Семенов Е.О. Динамика изменений физических свойств образцов продуктивных пород при разработке месторождений нефти и газа. Разработка месторождений углеводородов. М.: ООО “ВНИИГАЗ”. 2008. С. 154–168.

  18. Туранк К., Фурментро Д., Денни А. Распространение волн и границы раздела в породах.Механика горных пород применительно к проблемам разведки и добычи нефти. Перевод с англ. и фр. / Под ред. В. Мори, Д. Фурментро. М.: Мир. 1994. С. 176–184.

  19. Altindag R., Guney A. Evolution of the relationship P-wave velocity and joint density. The 19-th International Mining Congress and Fair of Turkey, IMCET 2005, Izmit, Turkey, June 09–12.

  20. Anderson D.L., Minster B., Cole D. The effect of oriented cracks on seismic velocities // J. Geophysical Research. V. 79. 1974. P. 4011–4015.

  21. El Azhari H., El Hassani I. Effect of the number and orientation of fractures on the P-wave velocity diminution: application on the building stones of the Rabat area (Morocco) // Geomaterials. 2013. № 3. P. 71–81.

  22. Gassman F. Elastic waves through a picking spheres // Geophysics. 1951. V. 16. P. 85–673.

  23. Ge Z., Sun Q., Li W. Temperature and pressure effect on permeability of Chinese sandstone: a review // Acta Geodyn. Geomater. 2018. V. 15. № 3(191). P. 289–296. https://doi.org/10.13168/AGG.2018.0021

  24. Kahraman S.A. Correlation between P-way Velocity, Number of Joints and Schmidt Hammer Rebound Number // International J. Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts. 2001. V. 38. № 5. P. 729–733.

  25. Kurtulus G., Uchkardesh M., Sari U., Guner O. Experimental studies in wave propagation across a jointed rock mass. Bulletin Engineering Geology Environment. 2011. (Springer published on line 31.08.2011).

  26. Li Z., Wong L.N.Y., Teh C.I. Influence of Thermal and Mechanical Loading on Development of Microcracks in Granite // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2020. V. 53. № 5. P. 2035–2051. https://doi.org/10.1007/s00603-019-02030-0

  27. Mavko G., Mukerji T., Dvorkin J. The Rock Physics Handbook. Tools for Seismic Analysis in Porous Media. Cambridge, New York, Melbourne: Cambridge University Press. 2009. 525 p.

  28. NDT Education Research Center Iowa State University 2001–2014. Acoustic properties for ceramics, crystals and minerals. Электронный ресурс: www.ndt-ed.org

  29. Nur A. Effect of stress on velocity anisotropy in rocks with cracks // J. Geophysical Research. 1971. V. 76. P. 2022–2032.

  30. Nur A., Simmons G. Stress-induced velocity anisotropy in rocks, an experimental study // J. Geophysical Research. 1969. V. 74. P. 6067–2076.

  31. Plona T.J. Observation of second bulk compression wave in porous medium at ultrasonic frequencies // Appl. Phys. Lett. V. 36. № 4. P. 259–261.

  32. Sassa K., Watanabe T. Velocity and Amplitude of P-waves Trasmitted trough Fractured Zones Composed of Multiple Thin Low-Velocity Layers // International Journal Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts. 1995. V. 32. № 4. P. 313–324.

  33. Sheriff R.E., Gelard L.P. Exploration Seismology. V 1, 2. London: Cambridge University Press. 1983.

  34. Tiab D., Donaldson E.C. Petrophysics: theory and practice of measuring reservoir rock and fluid transport properties – 2nd edition. Elsevier, Gulf Professional Publishing. 2004.

  35. Walsh J.B., Brace W.F. Cracks and pores in rocks / 1-er Congrèss International’s de Mêcanique des Roches. Lisbonne 1966. № 3. V. 67.

  36. Walsh J.B. The effect of cracks on compressibility of rocks // J. Geophysics Research. 1965. V. 70. № 2. P. 381–411.

  37. Wyllie M.R.J., Gregory A.R., Gardner L.W. Elastic wave velocities in heterogeneous and porous media // Geophysics. 1956. V. 21. № 1. P. 41–70.

  38. Young R.P., Hill T.T., Bryan I.R., Middleton R. Seismic Spectroscopy in Fracture Characterization // Quarterly J. Engineering Geology. № 4. 1985. V. 18. P. 459–479.

  39. Zoback M.D. Reservoir Geomechanics / Cambridge, New York, Melbourne: Cambridge University Press. 2007.

Дополнительные материалы отсутствуют.