При построении маркшейдерской графической документации широко используются результаты инклинометрических съемок разведочных скважин. Предварительный анализ литературных источников показал, что недостаточный или неверный учет данных искривления скважин при графических построениях влияет на точность построения чертежей.
Этот вопрос изучался при проекции поверхности пласта на горизонтальную плоскость и совсем не изучен при построении графиков в проекции на вертикальную и наклонную плоскости.
Кроме того, встречаются случаи, когда скважина существенно изменяет в вертикальной плоскости направление своего искривления. В связи с этим необходимо при использовании результатов инклинометрической съемки усовершенствовать методику построения графиков. Результаты данной работы будут использованы при разработке методических указаний для выполнения лабораторных работ по горной геометрии.
Цель работы — получить вспомогательные материалы для методического обеспечения учебного процесса кафедры.
Идея работы заключается в обеспечении существующих методик геометризации месторождений полезных ископаемых дополнительными возможностями.
В первой части работы проанализированы литературные источники по методике обработки результатов разведочного бурения в условиях Донбасса.
Как известно, координаты пластоподсечений геологоразведкой непосредственно не устанавливаются, т.к. в ходе буровых и каротажных работ выявляется только глубина, на которой скважина подсекает почву пласта (так называемая осевая или стволовая глубина). Для расчета координат пластоподсечений необходимо, таким образом, еще и знание положения скважины в пространстве недр. Для этого производится инклинометрическая съемка скважин. В ходе съемки с помощью инклинометров или инклинометрических станций в нескольких точках скважины (см. рис. 1), обычно расположенных через определенный интервал li, определяются элементы залегания: зенитный угол — угол между вертикалью и осью скважины, азимут — угол между северным направлением географического или магнитного меридиана и горизонтальной проекцией оси скважины. Координаты точек вычисляют по дирекционным углам, для чего в измеренные магнитные азимуты вводят поправки за магнитное склонение и сближение меридианов. Зенитный угол определяется обычно с точностью до 15 минут, а азимут — до градусов. Величина интервала инклинометрии в Донбассе в большинстве случаев составляет 20 м, реже 40 м.
Результаты инклинометрических съемок разведочных скважин обязательно используются при построении маркшейдерской графической документации.
Обработка результатов съемки ведется несколькими способами. Наиболее популярными из них являются способы, при применении которых скважина рассматривается в виде ломаной кривой. При этом различают несколько методик расчетов координат точек скважины. Рассмотрим и проанализируем заложенные в них идеи.
Как известно, разведочные скважины при бурении в большинстве случаев получают пространственное искривление вогнутой или выпуклой формы (см. рис. 1) [1]. Поэтому осевая линия каждой скважины представляет собой пространственную кривую, характер и степень искривления которой обусловлены многими факторами. Данные факторы зависят от техники и технологии бурения и от структурно-качественных свойств перебуренной толщи пород.
При анализе гипсометрических планов угольных пластов Донбасса, нами были рассмотрены пласты, на которых нанесены разведочные скважины, пробуренные в 60-е, 80-90-е годы прошлого столетия и в первое десятилетие XXI столетия. При разных факторах, которые характеризуют технологические условия бурения, а также геологию месторождений, необходимо обратить внимание на то, что увеличивается глубина бурения: от 200-500 м в начальный период до 1100-1300 м — в конечный рассмотренный период. На гипсометрических планах при вертикально забуренных скважинах визуально наблюдается увеличение отдаленности планового положения точки встречи с пластом относительно планового положения устья скважины. Кроме того, наблюдается также большая «спиралевидность» скважины, если ее положение нанесено по данным инклинометрической съемки (иногда для упрощения плановое положение устья и забоя скважины соединяются прямой линией). Бесспорным является утверждение относительно увеличения азимутального и зенитного искривления, на которое обращали внимание исследователи прошлых лет [2], [3]. В отдельных изданиях приведены данные, которые свидетельствуют о корреляционной зависимости (с коэффициентом корреляции 0,8) между глубиной скважины и интенсивностью ее искривления.
Во всех проанализированных случаях рассматриваются скважины, которые с поверхности были забурены вертикально. Если применяется направленное бурение, то интенсивность искривления преимущественно увеличивается [1]. При этом у вертикально забуренных и направленных скважин существенно возрастает ошибка определения координат точек встречи скважины с пластом при обработке результатов инклинометрических съемок. В данном случае положение пласта в точке встречи искажается, что в свою очередь влияет на точность построения геологических разрезов и гипсометрических планов угольных пластов.
В любом случае, пространственное положение оси скважины уподобляется висячему полигонометрическому ходу (см. рис. 2) с начальным жестким пунктом, которым является устье разведочной выработки. Сторонами такого хода являются расстояния между точками замеров угловых элементов инклинометром. При этом каждая его сторона имеет свой дирекционный угол и угол наклона, полученные по данным инклинометрической съемки.
Для последовательного вычисления приращений координат, плавная кривая осевой линии скважины заменяется ломанной. Зная координаты устья Xу Yу Zу скважины, вычисляются числовые значения координат всех точек инклином. съемки Xn Yn Zn при помощи общих формул [4]:
В приведенных формулах каждый i-тый угловой элемент, измеренный в i-той точке, распространяется на всю длину интервала li.
Однако более правильным, по сравнению с первым, следует считать второй подход к этому процессу (см. рис. 3), когда для каждого линейного интервала li в формулы подставляются значения углов, определенные в начале и в конце каждого интервала [1], [4].
Возможным также есть и третий подход к расчетам (см. рис. 4). Он заключается в том, что угловые элементы, определенные в точках, например В, С и последующих, являются средними не для целых интервалов, а оказывают влияние на половину предыдущего интервала и на половину последующего интервала.
В результате некоторых преобразований получаем формулы следующего вида:
Формулы третьего метода расчетов в проанализированной нами литературе не публиковались, поэтому позволяют сделать дополнительный анализ вычисления ошибок координат точек искривленных скважин при разработке месторождения.
В магистерской работе представлена актуальная научная и практическая задача, заключающаяся в разработке методики построения поверхности пласта с использованием результатов инклинометрической съемки.
По данным исследований на данный момент можно сделать следующие выводы.
В соответствии с теорией ошибок, погрешности определения координат точек инклинометрических съемок вычисляются как средние квадратические ошибки функции измеренных величин. О точности нанесения изолиний при проецировании поверхности пласта на горизонтальную (график изогипс) и на вертикальную (график изолонг) плоскости свидетельствуют построенные эллипсы ошибок в горизонтальной и вертикальной плоскостях в каждой из точек инклинометрической съемки. То есть следующим этапом в работе будет определение погрешностей планового и высотного положения точек встречи с пластом для каждого из трех методов расчета и сравнительный анализ влияния этих погрешностей на точности построения геологических разрезов, а также гипсометрических планов пластов.
Предварительные расчеты показывают, что самыми точными являются графики, построенные с помощью третьего метода. При этом второй и третий методы дают близкие друг другу результаты, а погрешность первого метода превышает погрешность двух других в несколько раз.
При написании данного реферата работа еще не завершена. Окончательное завершение — декабрь 2011 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или у научного руководителя работы после указанной даты.