Взаимосвязь вариаций физических свойств горных пород и современных геодинамических процессов

Жуков, Виталий Семенович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Взаимосвязь вариаций физических свойств горных пород и современных геодинамических процессов
ВАК РФ 25.00.16, Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Автореферат диссертации по теме "Взаимосвязь вариаций физических свойств горных пород и современных геодинамических процессов"

Жуков Виталий Семенович

ВЗАИМОСВЯЗЬ ВАРИАЦИЙ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД И СОВРЕМЕННЫХ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Специальность 25.00.16 - «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук.

Жуков Виталий Семенович

ВЗАИМОСВЯЗЬ ВАРИАЦИЙ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД И СОВРЕМЕННЫХ ГЕ О ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук.

1159Ш

Работа выполнена в ООО «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ».

Научный консультант

доктор физико-математических наук, профессор КУЗЬМИН Юрий Олегович.

доктор физико-математических наук Виноградов Сергей Дмитриевич; доктор технических наук, профессор Шкуратник Владимир Лазаревич; доктор технических наук Шабаров Аркадий Николаевич.

Ведущая организация - Институт проблем нефти и газа Российской академии наук.

Защита состоится « » сентября 2005 г. в /3. часов на заседании диссертационного совета Д 212.128.04 при Московском государственном горном университете (МГГУ) по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект 6.

Официальные оппоненты:

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГГУ.

Автореферат разослан & » ■ £?6> 2005 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

доктор технических наукд профессор

иос. НАЦИО БИБЛИО

Ю.В.Бубис

С. Петер оэ ям

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. С каждым годом накапливается все больше фактов, раскрывающих взаимосвязь современных природных и техногенных геодинамических процессов и вариаций физических свойств горных пород. Прогресс в этой области зависит от развития как аналитических, так и экспериментальных (лабораторных и полевых) работ, проводимых с целью лучшего понимания природы и закономерностей современных геодинамических процессов и сопровождающих их изменений физических свойств горных пород. Дальнейшее развитие физического и математического моделирования современных геодинамических процессов диктует необходимость проведения целенаправленных лабораторных экспериментов и полевых наблюдений.

Повышение достоверности оценки изменений физических свойств горных пород имеет важное значение для уточнения параметров горных пород, используемых в нефтегазопромысловой геологии и геофизике, строительстве и эксплуатации сложных природно-технических сооружений, в том числе месторождений и подземных хранилищ нефти и газа. В этой связи изучение динамики физических свойств горных пород во взаимосвязи с современными геодинамическими процессами в земной коре является актуальным направлением исследований и имеет не только теоретическое, но большое практическое значение.

Цель работы: выявление природы и характера пространственно-временной изменчивости физических параметров горных пород во взаимосвязи с современными естественными и техногенными геодинамическими процессами путем анализа и сопоставления результатов лабораторных исследований, полевых геофизических методов и аналитического моделирования.

Идея работы заключается в том, что целенаправленный анализ и оценка вариаций физических свойств горных пород во взаимосвязи с современными геодинамическими процессами являются основой геофизического мониторинга природно-технических объектов, повышения

качества нефтегазопромысловой геолого-геофизической информации и безопасности хозяйственного использования недр.

Основные задачи. Анализ современных геодинамических процессов показал, что региональные напряжения имеют квазистатический характер, а возникающие в зонах разломов аномалии имеют параметрический характер, что позволило впервые сформулировать основные задачи исследования взаимосвязи динамики физических свойств горных пород и современных геодинамических процессов:

=> Исследование изменений физических свойств образцов пород при постоянном одноосном сжатии в атмосферных условиях;

=> Изучение вариаций физических свойств образцов пород при изменении дифференциальной нагрузки в условиях постоянного всестороннего сжатия;

=> Анализ изменений комплекса физических свойств горных пород, сопровождающих подготовку землетрясений;

=> Оценка влияния изменений порового давления на деформационные и фильтрационно-ёмкостные свойства образцов пород;

=> Определение возможности применения методов геофизических исследований скважин для исследования динамики физических свойств пород и активизации современных геодинамических процессов.

Методы исследований. Моделирование в лабораторных условиях современных геодинамических процессов с использованием образцов горных пород в различных состояниях и варьирование условий их нагружения. Сопоставление экспериментальных и теоретических результатов с полевыми данными. Методы теории подобия, статистический анализ данных экспериментальных исследований, выявление эмпирических зависимостей. Применение методов компьютерной обработки и анализа данных испытаний образцов и полевых наблюдений. Построение аналитических расчетных моделей изменений физических свойств горных пород с использованием имеющихся полевых и лабораторных данных.

Научные положения, представляемые к защите:

1. Временной ход общей продольной деформации и активности акустической эмиссии (АЭ) при длительном сжатии образцов горных пород осложняется отдельными аномалиями, из-за изменения внутренних параметров материала образцов, причем активность АЭ и изменения общей продольной деформации находятся в обратной взаимосвязи. Количество и величина аномалий деформации ослабленных образцов больше, чем цельных. В тоже время у цельных образцов интенсивность АЭ гораздо выше, чем у ослабленных образцов. Величина общей деформации образцов существенно (в десять раз) меньше величины локальных деформаций.

2. В условиях постоянного всестороннего сжатия разрушение образцов горных пород предваряется ростом объёмной деформации, снижением электросопротивления и скорости продольных волн, которые имеют бухтообразные вариации, свидетельствующие об актах внутреннего микроразрушения образцов.

3. Деформация образцов после снижения порового давления (увеличения эффективного давления) продолжается довольно длительное время и описывается логарифмической зависимостью. Последовательные снижения порового давления вызывают затухающие изменения деформирования образца, что служит признаком ужесточения материала образца и возможности перехода, в дальнейшем, к активизации сейсмоакустической эмиссии.

4. Комплекс результатов физического (лабораторного) и математического моделирования и наблюдений полевыми геофизическими методами показал возможность моделирования процессов подготовки землетрясений в лабораторных условиях на образцах горных пород.

5. Современные техногенные геодинамические процессы, такие как динамика заколонных скоплений газа и вариации во времени фильтрационно-емкостных свойств продуктивного пласта на подземных хранилищах газа, выявляются методами геофизических исследований скважин.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов, и рекомендаций, сформулированных в работе, подтверждаются:

многолетними полевыми наблюдениями за вариациями физических параметров горных пород на Ашхабадском геодинамическом полигоне; многочисленными испытаниями образцов горных пород при различных напряженно-деформированных состояниях; корректностью использования положений тектонофизики и механики сплошных сред, аппарата геофизических методов и компьютерного анализа данных;

повторяемостью экспериментальных результатов и сопоставимостью полевых и лабораторных исследований с аналитическими моделями.

Новизна работы заключается в том, что автором впервые:

- установлено что, моделирование геодинамических режимов длительного квазистатического сжатия и упругого сжатия возможно с использованием горных пород в качестве адекватного модельного материала;

- исследован сложный и дискретный характер деформирования локальных областей при длительных испытаниях образцов горных пород, обусловленный изменениями внутренних параметров образца;

показано что, интенсивные изменения деформации не сопровождаются интенсивным выделением АЭ и наоборот, интенсивное выделение энергии АЭ не сопровождается изменениями деформационных параметров в условиях длительно действующих квазистатических нагрузок;

- установлено что, деформирование образцов продолжается довольно длительное время после окончания увеличения эффективного давления (при росте всестороннего сжатия и/или снижении порового давления) и описывается логарифмической зависимостью;

- показано что, уменьшение, а затем и приостановка процесса деформирования образцов при снижении порового давления, служит признаком ужесточения материала образцов и говорит о возможности перехода, в дальнейшем, к активизации сейсмоакустической эмиссии;

- получены численные оценки аномальных пространственно-временных изменений электрического сопротивления, предваряющие землетрясение при использовании концепции «мягкого» включения в модели

его подготовки. Дан пример интерпретации аномальных изменений комплекса геофизических параметров, предварявших одно из характерных землетрясений с М~ 5 Ашхабадского сейсмоактивного района.

- исследованы аномальные изменения, регистрируемые методами ГИС, которые отражают изменения фильтрационно-емкостных свойств продуктивного пласта и формирование скоплений газа за колоннами скважин при современных техногенных геодинамических процессах;

Научное значение работы заключается в развитии понимания динамики физических свойств горных пород, сопровождающих современные геодинамические процессы; в повышении достоверности оценок изменений во времени параметров горных пород, используемых в нефтегазовой геологии и геофизике, строительстве и эксплуатации сложных природно-технических сооружений, в том числе месторождений и подземных хранилищ газа.

Практическое значение работы состоит в том, что полученные экспериментальные и аналитические результаты изучения вариаций физических свойств горных пород были использованы в практике прогноза землетрясений и организации комплекса мониторинговых наблюдений на Ашхабадском геодинамическом полигоне, а также позволили повысить геодинамическую безопасность при разработке Уренгойского газоконденсатного месторождения. Подготовлен проект отраслевого стандарта «Комплекс мониторинговых наблюдений для повышения геодинамической безопасности разработки месторождений и нефти и газа и эксплуатации ПХГ», в котором предусматривается использование результатов комплекса методов полевой и промысловой геофизики для исследования динамики физических свойств горных пород во времени и выявления особенностей проявления современных геодинамических процессов. Применение результатов выполненной работы позволит выработать оптимальные решения для предупреждения негативных явлений, повысить надежность эксплуатации подземных объектов, минимизировать потери газа, простои и поломки оборудования и, как следствие, снизить себестоимость добываемой продукции.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах: ИФЗ РАН; ИС АН Туркменистана; ВНИИГАЗа; 1-ой Всесоюзной школе-семинаре по электромагнитным предвестникам землетрясений (Ашхабад 1982); на научной сессии «Физика очага землетрясения» (Звенигород 1985); на международных конференциях: III Всесоюзный съезд по геомагнетизму (Ялта 1986); Симпозиум «Геодезия и сейсмология. Деформации и прогноз» (Ереван 1989); Конференция «Разломообразование в литосфере, тектонофизические аспекты» (Иркутск, 1991); 1-й Казахско-Китайский симпозиум (Алма-Ата 1992); «Проблемы нефтегазогеологической науки и перспективы развития топливно-энергетического комплекса Туркменистана» (Ашхабад 1996), «Урбанизация и землетрясения» (Ашхабад 1998), III Совещание «Геодинамическая и экологическая безопасность при освоении месторождений газа, его транспортировке и хранении» (С.Петербург 2001); на международных научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2002, 2003); IV Совещание «Роль геодинамики в решении экологических проблем развития нефтегазового комплекса» (С.-Петербург 2003); «ВНИИГАЗ на рубеже веков - наука о газе и газовые технологии» секции «Газовые ресурсы России в XXI веке» и «Подземное хранение газа» (Москва 2003); «Геодинамика нефтегазоносных бассейнов» (Москва 2004); «Фундаментальные проблемы разработки нефтегазовых месторождений, добычи и транспортировки углеводородного сырья» (Москва 2004).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 50 работ, основополагающими их них являются 26, в том числе 1 монография и 10 статей, опубликованных в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и приложения, включает в себя 86 рисунков, 5 таблиц и список использованных литературных источников из 316 наименований.

Благодарности

Автор выражает самую искреннюю благодарность своему научному консультанту, доктору физ.-мат. наук, профессору Ю.О.Кузьмину за постоянную поддержку и помощь на всех этапах подготовки данной работы.

Автор глубоко признателен своим коллегам по Институту сейсмологии и Институту нефти и газа Туркменистана; НПФ «Центргазгеофизика» ОАО «Газпромгеофизика», ООО «ВНИИГАЗ» ОАО «ГАЗПРОМ» Российской Федерации за поддержку и помощь в подготовке отдельных разделов данной работы.

В проведении экспериментальных исследований на разных этапах их реализации принимали участие В.О.Андреев, О.В.Бабичев, В.С.Емельянов, А.Е.Леонов, В.Ф.Лось, Ю.Я.Майбук, Б.Г.Салов, В.Я.Сердюков которым автор выражает признательность.

В обсуждении отдельных результатов и методики работ активно участвовали АА.Авагимов, А.Е.Арутюнов, Б.Н.Гаипов, В.С.Гончаров,

A.В.Жардецкий, С.Ф.Изюмов, А.Ч.Каррыев, А.В.Кольцов, Л.П.Лагутинская, АО.Микаэлян, П.В.Моисеев, А.О.Мострюков, А.И.Никонов, С.П.Перепеличенко,

B.А.Петров, ГА.Полоудин, А.В.Пономарев, А.Е.Рыжов, Н.В.Савченко, Б.Г.Салов, В.А.Сидоров, М.В.Скворцова, Н.Н.Соловьев, З.ИСтаховская, В.Стопинский, Е.В.Шеберстов и другие, благодаря чему был подготовлен ряд статей, опубликованных ранее, и частично использованных при подготовке данной работы, за что автор приносит им особую благодарность.

Автор выражает глубокую признательность; члену-корреспонденту РАН Г.А.Соболеву; докторам физико-математических наук А.А.Авагимову, В.И.Лыкову и А.В.Пономареву; профессорам, докторам технических наук В.Н.Попову и В.М.Максимову за постоянное внимание к работе и ряд ценных советов, без которых эта работа не появилась бы свет.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено всестороннему анализу взаимосвязи современных геодинамических процессов и вариаций физических свойств горных пород во времени. Показано, что современная динамика напряженно-деформированного состояния геологической среды обуславливает вариации физических свойств горных пород во времени, которые, в свою очередь служат источниками локальных, аномальных изменений деформационных,

геофизических, флюидо - геохимических и других полей, которые изучали А.А.Авагимов, З.С.Авалиани, Г.М.Авчян, И.В.Баклашов, С.Д.Виноградов,

A.С.Вознесенский, М.П.Воларович, В.М.Добрынин, С.Н.Журков, А.В.Кольцов,

B.С.Куксенко, М.В.Курленя, В.И.Лыков, В.А.Мансуров, Л.М.Марморштейн, А.В.Пономарев, А.Н.Протосеня, В.В.Ржевский, Г.А.Соболев, А.Н.Ставрогин, З.И.Стаховская, Б.Г.Тарасов, И.С.Томашевская, О.Г.Шамина, В.Л.Шкуратник, Т.Л.Челидзе и многие другие.

Вариации физических свойств образцов одной и той же горной породы классическая петрофизика обычно объясняет изменениями их минерального и/или химического состава и структурно-текстурными особенностями. В то же время структурные изменения в горных породах могут возникать и при силовом воздействии на них. В этом заключается одна из основных предпосылок исследований динамики (вариаций) физических свойств горных пород при напряженно-деформированном состоянии.

Динамика (от греческого слова - dynamic - сила) физических свойств горных пород при напряженно-деформированном состоянии - раздел петрофизики, посвященный исследованию изменений физических свойств горных пород и механизмов их возникновения под действием приложенных к ним сил, т.е. при различных условиях деформирования и разрушения. Причем термин "динамика" по аналогии с механикой в данном случае применен в противопоставление термину "кинематика" и понимается в широком смысле: как для исследования изменений во времени физических свойств, так и причин их вызывающих. Предметом исследований служат физические свойства горных пород и модельных материалов, а объектом исследований являются процессы их изменений во времени и пространстве.

Исследования динамики или вариаций физических свойств образцов горных пород можно разделить на два направления:

изучение процессов изменения физических свойств, вызванных изменяющимся силовым воздействием (в частности при постоянной скорости увеличения нагрузки или при постоянной скорости деформации);

изучение изменений физических свойств горных пород при долговременном не изменяющемся силовом воздействии.

Динамика физических свойств горных пород генетически связана с петрофизикой и физикой твердого тела и базируется на их основных положениях. Она использует сведения о петрографии и минералогии исследуемых горных пород и достижения механики деформируемых сред. Результаты исследований вариаций физических свойств горных пород при их деформации и разрушении находят широкое применение в горном деле и физике очага землетрясений и взаимосвязаны с такими науками о Земле как геология, геофизика, горное дело, сейсмология и др.

В первой главе даётся обзор пространственно-временных закономерностей современной геодинамики недр, описание механизма нового класса движений в зонах разломов - параметрически индуцированных суперинтенсивных деформаций (СД) земной поверхности. Классическая формулировка основной задачи геодинамики, учитывающая кинематический и силовой подходы, дана в работе [Теркот, Шуберт, 1985]: «Геодинамика изучает движения и деформации, происходящие в земной коре, мантии и ядре, и причины таких движений и деформаций»,

Показано, что силы играют существенную роль в возникновении движений, а значит, и в появлении деформаций, но они являются лишь косвенной причиной деформаций. Установить непосредственную связь между силами и деформациями не всегда возможно. Силы сами по себе еще не определяют деформаций, которые должны возникнуть. Только, если эти силы таковы, что разные части тела движутся по-разному, а взаимное расположение различных частей тела изменится, только тогда возникнут деформации.

Иными словами, и напряжения (силы) и деформации есть отражение различных форм (силовой и кинематической) единого процесса - движения и поэтому никакого обособления или противопоставления этих понятий при правильной трактовке не существует.

На практике, оперируя терминами «напряжение» и «деформация», часто упускается из вида, что наблюдаемыми (измеряемыми) величинами в геодинамике являются именно движения (горизонтальные, вертикальные или сдвиговые перемещения), а напряжения и деформации (как отношение перемещений к базе измерений) определяются по результатам вычислений. Поэтому в геодинамике (особенно современной) движения являются и

объектом наблюдений, и объектом интерпретации одновременно.

В этом случае геодинамика — это научная дисциплина, изучающая движения, происходящие в земной коре, мантии и ядре, и причины этих движений [Кузьмин, 1999].

Особо следует остановиться на трактовке термина - «современный». Его, как правило, определяют двояким образом: либо подчеркивая инструментальный характер изучения (фиксации) движений, либо отмечая длительность протекания процессов в сравнении с геологическими масштабами времени. Для однозначной интерпретации необходимо, чтобы «начало» и «завершение» наблюдаемого процесса целиком укладывалось в интервал между повторными циклами наблюдений. При этом под длительностью наблюдений понимается либо интервал между повторными (геодезическими, геофизическими, сейсмологическими) измерениями, либо период непрерывной регистрации параметров деформографами и наклономерами.

Таким образом, современная геодинамика - это часть общей геодинамики, изучающая движения земных недр и причины, их вызывающие, когда время действий последних соизмеримо с длительностью самого процесса наблюдений [Кузьмин, 1999].

Типы аномальных движений находятся в определенном соответствии с региональными типами напряженного состояния земной коры. В районах сжимающих напряжений доминируют р аномалии, а в зонах растяжений преобладают у аномалии. Аномалии типа >5* оказались крайне редким явлением для всех изученных регионов.

Существующие в геологической среде длительное время региональные, квазистатические силы (напряжения) тектонического и гравитационного генезиса производят работу на локальных перемещениях (деформациях), которые вызваны изменениями во времени жесткостных характеристик в локализованных фрагментах разломов, обусловленными малыми, индуцированными воздействиями на внутренние параметры среды разломных зон. Именно поэтому эти деформации были названы параметрическими [Кузьмин, 1986]. Происхождение аномальных деформаций в зоне Передового разлома Копетдага под воздействием

атмосферных осадков обусловлено периодическими изменениями эффективной жесткости флюидонасыщенной разломной зоны, за счет вариаций порового давления в такт выпадающим осадкам. Это приводит к тому, что, постоянно нагруженная тектоническими и гравитационными усилиями, разломная зона начинает деформироваться периодическим образом. В рассмотренных примерах суперинтенсивные деформации вызываются малыми воздействиями, что позволяет отнести эти процессы к разряду индуцированных.

Таким образом, современные суперинтенсивные деформации (СД) разломных зон - это параметрически индуцированные тектонические деформации геологической среды [Кузьмин, 1996].

Для количественной оценки соотношения региональных и локальных геодинамических процессов, а также для определения места параметрических деформаций в общем ходе процесса деформирования, представим рассматриваемую геологическую среду как упруго-вязкую.

Следуя типичным процедурам реологии скорость упруго-вязкой деформации ¿^ можно представить в виде суммы скоростей упругой ёу и ев вязкой компонент.

Тогда, согласно работе [Кузьмин, 1988], для упруговязких сред с нестабильными во времени упругими характеристиками можно принять еув = е и (1) записать в форме:

Е, Ё - модуль упругости (например, Юнга) и его вариации, г} - вязкость среды.

Уравнение (2) является аналогом уравнения Максвелла для сред с нестабильными во времени упругими характеристиками. Действительно, в случае неизменности упругих свойств (Ё —> 0) уравнение (2) переходит в уравнение Максвелла:

буя Ву "Ь £в

(1)

(2)

где, а и а - напряжение и его изменение во времени,

С7 от

£=е + ч Р)

Рассматривая уравнение (2) применительно к проблеме формирования локальных деформационных аномалий, можно отметить, что пульсационный и знакопеременный характер выявленных движений позволяет пренебречь третьим слагаемым. Это слагаемое описывает состояние унаследованного движения прошлых геологических эпох. В этом случае уравнение (2) трансформируется в:

• а сг г

£ =-----Е

Е Е

2 - (4)

Уравнение (4) отражает два варианта формирования локальных деформационных аномалий в зонах разломов. Вариант I - зона разлома представляет собой ослабленный участок среды, вдоль которого происходят дифференцированные движения блоков, напрямую обусловленные вариациями во времени поля напряжений. Вариант II -реализация механизма параметрического возбуждения (индуцирования) аномальных деформаций в зоне разлома. В этом случае региональное поле напряжений квазистационарно, а разломная зона - представляет собой параметрически возбудимую (малыми воздействиями) активную среду.

Учитывая, что СД-процессы короткопериодичны и пульсационны, они наиболее естественным образом объясняются только с позиций второго варианта - параметрически индуцированного возбуждения разломных зон.

С другой стороны, эндогенные воздействия на разломную зону определяют, в первую очередь, региональный фон и характер напряженного состояния, которое задает граничные (внешние) условия при описании локальных деформационных аномалий.

Принципиально важно то, что в отличие от геодинамики, изучающей только природные процессы, в современной геодинамике исследуются процессы, как природного, так и техногенного происхождения. Основные природно-техногенные явления, изучаемые в современной геодинамике - это деформационные и сейсмические процессы в недрах, а также взаимосвязанные с ними вариации физических свойств горных пород, геофизических и флюидо-геохимических полей.

В первой главе также приведен обзор работ по исследованию вариаций физических свойств образцов горных пород за 10 - 15 последних лет. Показаны основные направления продолжающихся работ по совершенствованию аппаратуры и методики проведения экспериментальных исследований изменений физических свойств в различных напряженно-деформированных состояниях, Выявлено, что, несмотря на большое количество проведенных ранее работ, остается слабо изученным влияние различных факторов (скорость и продолжительность деформирования; состояние образцов горных пород; их влагонасыщенность, прочность и т.д.) на формирование изменений физических свойств образцов горных пород при их испытаниях. Также остаются мало исследованными взаимосвязи различных параметров образцов в условиях различных типов силового воздействия на образцы. Довольно мало представлено работ по сопоставлению результатов лабораторных исследований, которые получены в условиях моделирующих природные, и вариаций физических свойств горных пород, измеренных в полевых условиях.

В работе М.В.Гзовского [1975] были перечислены все условия подобия величин, влияющих на развитие упругих и пластических деформаций и процессы образования разрывов (трещин).

Са = Ср-СёО (5)

Сг] = С0 Сг (б)

Си = С0 С,3 (7)

где, Со - множитель подобия модуля упругости модели и объекта; Ср -множитель подобия плотности модели и объекта; С% - множитель подобия ускорений силы тяжести модели и объекта; С? - множитель подобия времени модели и объекта; Сц - множитель подобия вязкости модели и объекта; Си -множитель подобия энергии модели и объекта; С/ - множитель подобия размеров модели и объекта.

Так как удовлетворить их все, подобрав нужным образом характеристики модельного материала, практически невозможно, то

М.В.Гзовский сделал вывод, что почти во всех опытах горные породы, слагающие моделируемые объекты, не могут быть использованы для изготовления моделей. Хотя для моделирования некоторых механических процессов (моделирование процессов хрупкого разрушения) горные породы, по его мнению, могли использоваться

В данной работе процессы деформирования и подготовки разрушения горных пород исследуются при двух физически разных условиях.

Первое физическое условие: рост нагрузки на образцы в течение короткого времени, который позволяет не учитывать процессы, зависящие от инерционных сил и силы тяжести. В этом случае условия подобия принимают вид:

Сц = С0 = СаС1 (8)

где, Сц - множитель подобия вязкости модели и объекта; Сс -множитель подобия модуля упругости модели и объекта; СЛ - множитель подобия объемного веса модели и объекта; С/ - множитель подобия размеров модели и объекта.

Исходя из теории размерности, и преобразуя предыдущее условие подобия можно записать уравнение подобия:

Е Е

п _ т

О Р I О Р" / ' г/1оц и г то т т

где, Е - модуль Юнга, р - плотность, £ - ускорение свободного падения, / - характерный размер; параметры с индексом п относятся к натурным объектам, а с индексом т к модели.

В случае использования образцов горных пород в качестве модельного материала, при равенстве плотностей, модуля Юнга и ускорения свободного падения получим различия только в размерах.

В данной работе, главным является не моделирование региональных или глобальных тектонических процессов, а изучение изменений физических свойств самого материала горных пород при различных напряженно-деформированных состояниях, соответствующих современному аномальному геодинамическому состоянию недр. Перенос выявляемых закономерностей динамики физических свойств на более

высокий пространственный уровень будет определяться принципами самоподобия строения горных пород, а также, понятиями синергетики и самоорганизации.

Второе физическое условие: длительное воздействие постоянной нагрузки, относится к реологическим испытаниям образцов. В этом случае, изучая медленно развивающиеся деформации, можно пренебречь действием инерционных сил и силы тяжести, и тогда по М.В. Гзовскому [1975] общие условия подобия будут иметь вид:

Сг1 = Ст-С1 (10)

где, Сг} - множитель подобия вязкости модели и объекта; Сх -множитель подобия касательных напряжений модели и объекта; О -множитель подобия времени модели и объекта.

Величина множителя С? может быть любой, так как при опытах подобного типа он не оказывает влияния на остальные множители подобия. Единственное ограничение в том, что множитель подобия прочностей Ср должен быть равен множителю подобия напряжений Ст. Это условие позволяет считать в механическом отношении подобными процессы формирования крупных и мелких природных складок и разрывов, образовавшихся в течение одинаковых промежутков времени [Гзовский 1975]. В тоже время, М.В.Гзовский указывает, что изучение разрывов на моделях из горных пород невозможно. Он связывает это с тем что, воспроизводя пластические деформации и разрывы, развивающиеся в земной коре, мы во много раз сокращаем длительность процесса.

Для сложных геологических систем, в соответствии с требованиями теории подобия, должны быть обеспечены следующие условия:

> пропорциональность формы и размеров (геометрическое подобие);

> пропорциональность скорости, ускорения и направления движений тел (кинематическое подобие);

> пропорциональность движений и сил (динамическое подобие);

> пропорциональность движений между массами (материальное подобие);

> а также, пропорциональность друг другу всех физических величин

характеризующих физико-химические процессы.

При использовании в качестве модельного материала горных пород большое значение приобретает произведение двух величин: длительности процесса г и уровня деформации е. В природных условиях время подготовки небольших разрывов имеет значение порядка 10 - 1000 суток, а деформации достигают величин порядка Ю-3 - 10"4. Такие же значения времени и деформации отмечаются и в длительных экспериментах, результаты которых будут представлены далее. В этом случае произведение е4 будет идентичным для натурных и модельных объектов. Реологические свойства (вязкость) природных и модельных материалов, в случае экспериментов с образцами горных пород, не имеют существенного различия при одинаковой длительности воздействий.

Таким образом, выполняется вся совокупность условий подобия, так как цель данной работы сводится не к моделированию «медленных» геодинамических процессов, связанных с развитием тектонических складок, образованием разломов за геологический интервал времени и т.д., а к моделированию современных геодинамических процессов в реальном масштабе времени.

Обобщение опубликованных данных с учетом соблюдения критериев подобия позволило сформулировать в данной главе приведённые выше основные задачи физического моделирования современных геодинамических процессов.

Во второй главе приведены необходимые сведения об аппаратуре и методике проведения экспериментальных исследований динамики физических свойств горных пород (деформационно-прочностные характеристики, электропроводность, акустическая эмиссия и др.). Следует сразу отметить широкое разнообразие имеющегося оборудования для создания напряженно-деформированного состояния [Ставрогин, Протосеня, 1985; 1992; Ставрогин, Тарасов, 2001; Баклашов, 1988; Марморштейн, 1985; Курленя и др., 2001; 2002]. Автором было использовано оборудование, позволяющее не только создавать одноосное и всестороннее сжатие,

возрастающее во времени, но и поддерживать его в течение длительного (десятки, сотни суток) времени.

Для создания нагрузки во время длительных испытаний были использованы установки моделирования геологических процессов на базе модернизированных гидравлических прессов П-250 [Жуков, Каррыев, Сердюков, Емельянов, 1992]. Они были оснащены дополнительными электроконтактными манометрами, дистанционным пультом автоматической регистрации контроля и поддержания давления.

Электрогидравлическая установка "ШОУА-ЮО" с сервоконтролем оснащена ЭВМ, управляющей режимом создания нагрузки. С помощью "ШОУА-ЮО" были осуществлены эксперименты по деформированию образцов горных пород с постоянной скоростью (обычно Ю-6 - 10"7 1/с). Установка позволяла непрерывно регистрировать нагрузку, прикладываемую к образцу и его деформацию.

Ряд экспериментов проводился на установке УВД-1п [Стаховская, Микаэлян, Соболев, 1981; Микаэлян, 1977; Микаэлян, Стаховская, Жуков, Леонов, 1986] при постоянном всестороннем давлении, поддерживаемом на уровне 50-60 МПа. После приложения всестороннего сжатия в образце создавалось поровое давление порядка 30 МПа. Осевая нагрузка увеличивалась отдельными ступенями вплоть до разрушения образцов. В ходе экспериментов регистрировались величины всестороннего и порового давлений и осевой нагрузки, а также деформация образца в направлении приложения нагрузки.

Для проведения длительных испытаний была использована камера высокого давления установки УМГПМ [Симоненко, 1980; Жуков, Каррыев, Сердюков, Емельянов, 1992]. Камера имела жесткий корпус, квазивсестороннее давление в ней создавалось как воздействием на образец пуансона, передающего усилие, создаваемое прессом, так и воздействием реакции корпуса камеры на боковое расширение образца.

Имеющаяся в образцах поровая жидкость постоянно находилась под давлением, которое измерялось манометром, и могло регулироваться вентилем и подключенным к камере насосом. В сочетании с длительно действующей нагрузкой, камера квазивсестороннего сжатия позволяет

проводить испытания образцов в условиях практически не меняющейся нагрузки и исследовать возникающие в них процессы параметрической природы,

Общая деформация образцов в направлении оси сжатия обычно измерялась индикаторами часового типа. В опытах при атмосферных условиях регистрировалось изменение размеров образца в направлении оси сжатия и перпендикулярно ему.

Локальные деформации измерялись с помощью тензодатчиков, наклеенных на одну из боковых граней. Тензодатчики наклеивались в виде нескольких розеток, содержащих по три тензодатчика, ориентированных под разными углами к оси приложения нагрузки. Каждая розетка позволяла контролировать деформацию локального участка площадью примерно 5-10 см2, такая сеть тензодатчиков, имитирующая локальные геодезические сети геодинамических полигонов, позволяла получить изменения во времени главных деформаций (етах и ет!п), а также ряда других инвариантов тензора деформации.

Электрическое сопротивление образцов измерялось обычно четырехэлектродной установкой на переменном токе частотой 1000 или 100Гц, применялась также аппаратура М8К-01 с частотой тока 2Гц Института Геофизики Польской АН. На установке УВД-1 измерения электросопротивления проводились двухэлектродной установкой с электродами, расположенными в средней части образцов.

Ряд испытаний образцов проводился с измерением электросопротивления четырехэлектродной установкой на постоянном токе, при этом разность потенциалов на приемных электродах измерялась в момент переключения полярности. В качестве приемных электродов использовались неполяризующиеся хлорсеребряные электроды типа ЭВЛ-1. Были использованы также более простые в употреблении электроды из смеси парафина и графитовой пудры. Использовались они и для подачи тока в образец и для измерения разности потенциалов на его поверхности. При работе на установке УВД-1 п электроды изготавливались в виде колец из отожженной медной фольги и крепились к образцу с помощью токопроводящего клея, содержащего серебряную пудру. В некоторых

экспериментах при атмосферных условиях в качестве питающих электродов использовались специальные пластины, передающие нагрузку на образец.

Активность акустической эмиссии (АЭ) при испытаниях образцов в режиме увеличивающейся нагрузки и при длительной постоянной нагрузке измерялась с помощью аппаратуры ИФЗ РАН, разработанной Б.Г.Саловым. Регистрировали количество сигналов в единицу времени в диапазоне частот ЮОкГц - 1МГц. Интервал накопления импульсов составлял 20 секунд.

При работе на установке "ШОУА-ЮО" импульсы после усиления поступали на интегрирующее устройство, сигнал с которого считывался ежесекундно и подавался на аналогово-цифровой преобразователь, а затем в ЭВМ. Этот сигнал отражал интегральную энергию упругих колебаний, воспринятых датчиком. В отсутствие импульсов АЭ сигнал был равен нулю.

Рассмотрены способы создания напряженно-деформированного состояния различного типа с целью выбора наиболее подходящих для решения стоявших задач. Описаны методики изучения деформационных параметров локальных участков, вариаций собственного электрического поля, а также изменений активности акустической эмиссии цельных и ослабленных образцов горных пород, которые были впервые применены в процессе длительного квазистатического сжатия образцов.

Разработана аппаратурно-техническая и научно-методическая основа для проведения физического моделирования широкого комплекса современных геодинамических процессов, включая моделирование последней стадии подготовки землетрясения (увеличение нагрузки и разрушение объектов) и режима квазистатических региональных тектонических напряжений, сопровождаемого возникновением процессов параметрической природы в горных породах.

Следующая часть работы, главы 3-5, посвящена анализу результатов экспериментальных исследований образцов горных пород при различных напряженно-деформированных состояниях, моделирующих современную геодинамику недр.

В третьей главе приведены результаты впервые проведённого лабораторного моделирование процессов деформирования и разрушения геоматериалов в условиях искусственно созданного «геодинамического

полигона» на образцах горных пород. Получена уникальная информация о характере взаимосвязи общей и локальной деформации образцов, акустической эмиссии и электропроводности в условиях длительно действующих (порядка 1 года) квазистатических нагрузок.

Показано, что при воздействии одноосного сжатия в образцах горных пород происходит не только образование равномерно распределенных трещин в объёме породы, но и образуются зоны развития относительно крупных трещин - зоны макроразрушения (рис.1). Первый процесс обуславливает равномерное по объёму увеличение пористости массива пород, а второй - формирование высокопроницаемых каналов трещинного происхождения, которые будут способствовать интенсификации движения поровых флюидов. Пространственное распределение зон будет зависеть от распределения напряжений и локальных физико-механических свойетв пород.

образца при росте одноосного сжатия.

Отмечены значительные скачкообразные знакопеременные вариации электрического сопротивления и разности потенциалов на поверхности образцов известняка при их деформации и подготовке разрушения. Аномальные изменения электрических параметров образцов связаны с возникновением заряженных поверхностей (движение заряженных дислокаций) при образовании и развитии трещин в сухих породах. Также они могут быть обусловлены перераспределением порово-трещинной жидкости внутри образца, в случае насыщенных водой образцов.

Для моделирования процессов в регионах с унаследованными движениями были выполнены экспериментальные исследования по деформированию образцов с постоянной скоростью деформации вплоть до разрушения образца и даже за пределом его прочности. На конкретном примере в условиях постоянной скорости деформации показана взаимосвязь изменений активности акустической эмиссии ЕЫ, локальных деформаций г и электропроводности образца Др (рис.2 и 3).

Рис. 2. Изменения интенсивности и частотного состава акустической эмиссии при деформировании образца с постоянной скоростью.

Рис. 3. Изменения электрического сопротивления и деформации локальных участков средней части образца.

Показано, что в процессе подготовки разрушения образца в какой-либо локальной зоне, происходит образование микротрещин и излучение акустических импульсов, которые сопровождаются частичным сбросом нагрузки и ужесточением материала образца. Напряжение растет быстрее, чем деформация образца и время от времени отклоняется от линейной зависимости. То есть, как только в какой либо из локальных зон образца происходит превышение предела прочности по той или иной причине, то происходит локальное разрушение материала образца, сопровождаемое излучением АЭ.

Для выявления различий в характере деформирования ненарушенных массивов и зон тектонических нарушений проводились испытания двух видов образцов. Первые - это цельные образцы с исходной трещиноватостыо, вторые - ослабленные образцы, т.е. образцы, которые были предварительно подвергнуты сжатию и в них уже была сформирована система трещин, при нагрузках близких к разрушающим.

Временной ход общей продольной деформации образцов в процессе длительных испытаний [Жуков, Изюмов, Кузьмин 1990, Жуков, Кузьмин 2003] имел вид практически прямой, монотонно возрастающей линии,

временами осложненной отдельными вариациями. Наиболее характерные вариации приведены на рис. 4.

1112 13 14 15 16 1 I ! I 2 I з I 4 I 5 I 6 I сутки сутки

Рис. 4. Примеры аномальных вариаций продольной деформации образцов при постоянной длительно действующей нагрузке на: а) ослабленных образцах, б) цельных образцах.

Сопоставление параметров аномальных вариаций цельного и ослабленного образцов показало, что во втором случае количество аномальных изменений деформации больше, и они имеют большую амплитуду и продолжительность. Особый интерес для сопоставления общей и локальных деформаций представляют изменения комплекса деформационных параметров, рассчитанных для локальных участков образца, во время аномалии продольной деформации всего образца в целом (рис. 5).

Полученные данные свидетельствуют о том, что величина общей (интегральной) деформации существенно (в десять раз) меньше величины локальных деформаций. Следует отметить, что увеличение значения общей деформации образца, вдоль оси приложенной нагрузки отражает обычный процесс деформирования образца, то есть сближение верхней и нижней плит нагружающего устройства. Уменьшение величины общей деформации образца, которая в данном случае рассчитывалась на основе показаний только одного индикатора перемещений верхней плиты пресса (плита оснащена сферой), говорит о неоднородном характере деформирования образца и возникновении при этом наклонов верхней плиты нагружающего устройства. Это возможно при мягком способе приложения нагрузки на образец. Подтверждением этого являются и локальные вариации

деформационных параметров отдельных участков образца.

16.07.

У- = Втт/8п

4 / а Ш

1 / / IV V VI

/г г № пгЛ / р Ш IX

¥ X ЛпЬ XI ~Н хп

15 16.07. 17 15 16.07. 17 15 16.07. 17

Рис. 5. Пространственно-временные изменения деформационных параметров на отдельных участках ослабленного образца во время бухтообразной вариации общей продольной деформации образца.

Таким образом, выявленные аномальные изменения деформационных параметров образца указывают на сложный и дискретный характер деформирования отдельных областей образца с ярким проявлением на определённых этапах дилатансионной природы подготовки разрушения.

Зарегистрированные в процессе длительных испытаний изменения активности акустической эмиссии (АЭ) цельного образца имели

длительность несколько часов, активность АЭ достигала величины нескольких десятков импульсов в секунду, а общее количество импульсов за час достигало 2-4 тысяч (рис. 6а).

По характеру проявлений аномалий АЭ можно предположить, что они вызваны разрушением какой-либо локальной зоны образца с наличием главного толчка, а затем снижением активности во времени. Также были отмечены периоды аномального всплеска акустической эмиссии во время проведения эксперимента на ослабленном образце. Количество импульсов достигало нескольких десятков, первых сотен за час. Продолжительность периода эмиссии импульсов короче - несколько минут - и они имеют форму подобную форме импульсов (рис. 66).

Сопоставление аномалий АЭ цельного и ослабленного образцов говорит о том, что у цельного образца интенсивность выделения акустических импульсов гораздо выше, чем у ослабленного образца.

Рассматривая пространственно-временное распределение локальных деформаций можно выдвинуть следующий механизм генерации всплеска активности АЭ 6 октября. Источники АЭ вероятно находились вблизи участка, где были отмечены максимальные изменения етах и етт до момента увеличения активности АЭ. Развитие микротрещиноватости, сопровождаемое излучением акустической энергии могло происходить в направлении соседних участков, что согласуется с характером проведения эксперимента (отсутствие трения на торцах образца облегчало возникновение вертикальных трещин отрыва). Значительные изменения локальных деформаций после реализации всплеска АЭ могут служить признаком разгрузки локальных напряжений в этой области.

Полученные экспериментальные результаты подтверждают, что тектоническая энергия выделяется либо в виде деформационных процессов при возможности перемещений по имеющимся нарушениям сплошности среды (разломам), либо в виде сейсмического процесса при отсутствии таковой, как в регионах с квазистатическим характером тектонических напряжений, так и в регионах с унаследованными движениями.

23.08.89. а-96 МПа е. - 0,522%

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280

Время, мин.

28.08.89 о = 96 МПа 8. = 0,529%

Время, мин.

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280

Г/У, имп./20сек

+ ¿5 О

б)

29.09.89 О "27 МПа £.= 0,698%

имп,/20сек. 04.10.89 а =27 МПа С. - 0,698%

•• 45 25

06.10.89 а-27 МПа е.- 0,700%

10 20 30 40 50 60

10 20 30

10 20 30 Время, мин.

Рис. 6. Изменения активности акустической эмиссии во время длительного постоянного сжатия цельного образца (а) и ослабленного (б).

Информация об изменениях физических свойств образцов позволяет определить характер протекания деформационных процессов в отдельных участках образца. Процессы подготовки и развития разрушения неоднородной среды сопровождаются сложными знакопеременными вариациями физических свойств, которые отражают различные стадии процесса деформирования и разрушения конкретного сложно построенного образца.

Четвёртая глава посвящена экспериментальным исследованиям динамики физических свойств образцов в условиях, моделирующих

протекание современных геодинамических процессов на глубинах несколько километров. Рассмотрены изменения ряда параметров при изменениях дополнительного осевого и бокового сжатия в условиях всестороннего сжатия. Приведен анализ изменений упругих и электрических свойств образцов горных пород в гидродинамически открытой и закрытой системе.

Результаты исследований, приведенные в первой и второй главах, показывают, что можно принять региональные тектонические напряжения и, естественно, всестороннее сжатие, постоянно действующими (мало изменяющимися во времени). Исходя из этого, были проведены эксперименты по длительному одноосному сжатию различных образцов горных пород в условиях постоянного квазивсестороннего давления.

Испытаниям были подвергнуты сухие и насыщенные влагой образцы, а также, цельные и раздробленные образцы одной и той же широко распространенной горной породы - известняка. Это позволило провести физическое моделирование процессов деформирования, как ненарушенных массивов горных пород, так и зон повышенной трещиноватости (разломов).

Выявленная в результате экспериментов низкая скорость деформирования раздробленного сухого образца может проявиться при разработке месторождений как слабое деформирование зон тектонических нарушений (разломов), по сравнению с окружающими их горными породами, в случае отсутствия в нем влаги. При насыщении зоны нарушений влагой в процессе обводнения пласта коллектора, характер деформирования может резко измениться. Следует ожидать активизации деформирования обводняющихся участков тектонических нарушений и менее интенсивное деформирование окружающей среды. Также можно сделать вывод о значительном различии характера деформирования горных пород в зависимости от наличия или отсутствия влаги, и, следовательно, о доминирующем влиянии флюидодинамики на формирование активности разломных зон и образование трещин в массивах горных пород.

Сопоставление результатов испытаний образцов в атмосферных условиях и при наличии всестороннего сжатии и порового давления показывает, что в первом случае были отмечены факты увеличения

сопротивления в процессе подготовки разрушения, а во втором, практически всегда наблюдалось снижение сопротивления.

Скачкообразные знакопеременные изменения сопротивления, вероятно, обусловлены образованием вновь возникающих трещин. Можно ожидать увеличения сопротивления горных пород непосредственно в зоне интенсивного образования трещин (будущего очага землетрясения или горного удара), если поровая жидкость не будет успевать проникать во вновь образующиеся трещины (при малом поровом давлении или недостаточном количестве поровой жидкости) или при разрушении сухого массива горных пород.

Разрушение водонасыщенных образцов в гидродинамически открытой и закрытой системах при одном и том же всестороннем давлении предваряется понижением электрического сопротивления пород. Причем в закрытой системе понижение сопротивления начинается при более низких напряжениях (как и само макроразрушение) и имеет бухтообразные вариации, свидетельствующие об актах внутреннего микро-разрушения. Предвестником разрушения в закрытой системе можно считать прекращение роста порового давления и бухтообразные вариации порового давления в условиях увеличения внешнего или эффективного сжатия. Между скоростью распространения упругих продольных волн и электрическим сопротивлением горных пород в открытой системе имеет место прямая корреляция, причем электрическое сопротивление является более чувствительным детектором изменения порового давления и структурных изменений в породе.

Выявлено, что главным отличием влияния дополнительной осевой или радиальной нагрузкой на фильтрационно-ёмкостные свойства образцов горных пород от воздействия равномерного всестороннего сжатия является то, что происходит не только снижение проницаемости при росте сжатия, но и увеличение проницаемости, хотя и не у всех исследованных образцов и не во всем диапазоне нагрузок. Обусловлено это, видимо, направленным, осевым характером этих дополнительных (осевой и радиальной) нагрузок в отличие от объёмного характера всестороннего сжатия и порового давления.

В пятой главе приведены результаты экспериментов, имитирующих процесс разработки месторождений нефти или газа, на основе изменений

порового давления и рассмотрены геодинамические последствия снижения пластового давления. Рассмотрены деформационные последствия при моделировании, как быстрого снижения порового давления, так и постепенного его снижения. На основе выделения техногенных и техногенно-индуцированных сейсмических и деформационных последствий приведена классификация возможных геодинамических последствий разработки месторождений нефти и газа, которая, раскрывая суть процессов и их последствий, помогает целенаправленной постановке физического моделирования этих процессов.

В результате снижения пластового давления и сохранения без изменений горного давления вышележащих пород будет происходить перераспределение напряжений. Ту часть нагрузки, которую принимал на себя, содержащийся в порах горных пород флюид (газ, вода, нефть и т.д.) будет воспринимать уже скелет породы, её твердая матрица. Разнообразие режимов разработки месторождений, то есть отбора из пласта порового флюида, можно свести в первом приближении к двум вариантам физического моделирования. Первый это - снижение порового давления внутри образцов с различной скоростью. Второй вариант моделирования - это увеличение всестороннего сжатия при сохранении величины порового давления неизменной был рассмотрен выше. В обоих случаях происходит рост эффективного напряжения.

Исходя из того, что при росте всестороннего давления происходит сжатие только порового пространства, а скелет породы практически не сжимается, были рассчитаны изменения коэффициента пористости по данным о деформации образца. Зависимость изменения коэффициента пористости при росте эффективного напряжения можно аппроксимировать (В.2 = 0,99) линейным уравнением вида:

АКп = Кщ - А ■ стЭфф (11)

где, АКп - относительное изменение текущего коэффициента пористости (в % от Кп0); Кщ - коэффициент пористости при атмосферных условиях; А - коэффициент, зависящий от физико-механических свойств образца; аЭф,|, - эффективное напряжение (МПа).

Процессы стабилизации состояния образца продолжаются после увеличения эффективного давления довольно длительное время. Деформация образца, находящегося в этих условиях хорошо описывается (Я2 = 0,88) логарифмической зависимостью:

= А • Ьп^) + В (12)

где: е, - деформация образца в момент времени Г, А - коэффициент, зависящий от реологических свойств материала образца; ? - время, прошедшее с момента завершения изменений давлений (часы); В - значение текущей деформации образца на момент времени £ = 1.

Эта эмпирическая формула применима только для расчета деформаций после окончания изменений пластового давления, а деформации, возникающие в процессе роста или снижения пластового давления (изменений эффективного давления) рассчитанные по этой формуле будут заведомо занижены.

Временной ход деформирования образца после сброса порового давления с высокой степенью достоверности (Я2 = 0,99) можно также аппроксимировать приведённой выше логарифмической функцией. Причем коэффициенты А в обоих случаях мало отличаются между собой (0,0875 и 0,0921), что даёт возможность использования такого рода расчетов для оценки возможных деформаций пластов коллекторов при снижении пластового давления в них при разработке месторождений газа и эксплуатации ПХГ.

Результаты экспериментов по ступенчатому снижению порового давления показали, что каждая ступень сопровождалась деформированием образца. Для сопоставления были взяты первые 10 суток (240 часов) после снижения давления (рис.7).

На первых ступенях логарифмическая зависимость деформации от времени имела четко выраженный характер, достоверность аппроксимации К2 близка к единице. Однако при дальнейшем снижении порового давления деформирование образца уменьшается и, достигнув определенного уровня деформации, он в дальнейшем не деформируется при последующих снижениях порового давления. Возрастающую при этом эффективную нагрузку воспринимает твердая матрица образца. Порог деформационного

реагирования на снижение порового давления для исследованных образцов известняка был равен 20 - 25 МПа. Уменьшение, а затем и приостановка процесса деформирования образца при снижении порового давления служит признаком ужесточения материала образца и говорит о возможности перехода, в дальнейшем, к активизации сейсмоакустической эмиссии. В природных условиях при разработке месторождений вначале также происходят просадки грунта на поверхности (деформационные процессы), а затем, по мере отбора газа или нефти (снижения порового или пластового давления) происходит активизация вызванной техногенной сейсмичности.

У = 0,0024ЬпМ + 3 ,129 И2 = 0,181

Х-^ V;

—' УШ X' г X

чА^—^

—* —--

у = 0,0097Ьп [х) + 2,998 II2 = у = < 0,4424 : 0,0035Ьп(х) + ¡,051 Я2 = 0,281

1 ггО -Й- У = 01 . ...............- : 0,0116Ьп(х) + ¿,759' К2 = 0,67' ^ пга__а 17

до—ППИ ГЕЕ р—вм-1—ы яеЯ—— у = ( -ЫШ—— 1,0160Ьп(х) + 2, ~ (У$) ¡13 Я2 = 0,865 тяо—сто—С |р>

.——€ & ссй.........

»— о >

4 о у = С ,0304Ьп(х) + 2,1 № Я2 = 0,817

0 48 96 144 192 240

Время, час

О Деформация Р1 Ж Деформация Р4

О Деформация Р2 □ Деформация РЗ

Д Деформация Р5 X Деформация Р6

Рис. 7. Изменение деформации образца при последовательном ступенчатом снижении порового давления.

В процессе разработки месторождений происходит снижение пластового давления и деформация порового пространства, что вызывает следующее: заметное уменьшение пористости и проницаемости пород продуктивного пласта (от 5 до 80%); перераспределение флюидов в порах породы - выжимание жидкости из наиболее тонких поровых каналов в более

крупные каналы; возникновение дополнительных напряжений и образованию трещин в кровле пласта коллектора и в окрестности скважин.

Дополнительная нагрузка, возникающая при снижении пластового давления, воспринимается породами коллекторами нефти, газа, конденсата и вызывает уменьшение объёма порового пространства и снижение их фильтрационных способностей. Хорошо известны случаи аномальных (более метра) деформаций (просадок) земной поверхности на длительно разрабатываемых нефтяных и газовых месторождениях в США, Венесуэле, на Северном море и в других регионах. Зарегистрированы случаи проявления землетрясений, в том числе сильных, в районах освоения месторождений углеводородов в США, Канаде, Франции, России, Туркменистане, Узбекистане и других регионах. Установлена связь процессов подготовки этих событий с процессами разработки месторождений нефти и газа.

Сейсмическая или деформационная активизация недр при разработке месторождений нефти и газа является частью современных геодинамических процессов и имеет ярко нелинейный характер. Существуют четыре основные формы негативных геодинамических последствий длительной разработки месторождений нефти и газа; обширные просадки территории месторождения, техногенная и техногенно-индуцированная сейсмичность, а также активизация разломных зон, контролирующих месторождение.

При проведении аналитических расчетов просадок земной поверхности обычно уменьшение мощности пластов при снижении пластового давления выражается формулой:

НР1

Ш=\\$сж<1Ртс1г (13)

где, АН - изменение толщины '"пласта; АРм = Р0 - изменение пластового давления; |3СЖ - коэффициент сжимаемости при одноосной нагрузке, зависящий от состава пород и эффективного напряжения; г -глубина залегания пород.

Для апт-сеноманской группы пластов Уренгойского газоконденсатного месторождения, в которой верхняя часть толщиной 200м газоносная, а нижняя часть, толщиной 600м - водоносная, автором получена оценка максимальных просадок земной поверхности при снижении пластового давления газа в газоносной части на 11МПа на уровне 0,75 метра.

Принимая снижение давления воды в средней части пласта равным 4МПа, получим оценку просадки водоносной части 0,82м (816мм). Суммарная расчётная просадка будет равна 1,57м в центральной части Уренгойского ГКМ (рис.8).

10000 20000 30000 40000

-1050 - изолинии равных просадок, мм

10000 20000 30000 40000

Наклоны минимальный о.ооооз

МаКСИМаЛЬНЫЙ ->0.09249

Рис. 8. Рассчитанные значения просадок и наклонов земной поверхности Уренгойского ГКМ при снижении давления газа на 11 МПа и давления воды на 4 МПа (апт-сеноманская группа пластов).

Наиболее опасными с точки зрения геодинамической безопасности являются обширные просадки, достигавшие 1м на Североставропольском газовом месторождении и оцениваемые в 1,5м на Уренгойском газоконденсатном месторождении и активизация разломных зон со скоростями деформаций до (5-7)-10"5 в год.

Техногенная сейсмичность, как правило, невелика (М = 2-4) и сопоставима с энергией деформирования пород, обусловленного

воздействием на объект. В случае техногенно-шедуцщущдной сейсмичности

(«>С. НАЦИОНАЛЬНАЯ | вИБЛИОТЕКА | С. Петербург I * 09 300 а» I

энергия землетрясений может достигать уровня естественной сейсмичности (основные газовые месторождения России расположены в зоне 3-5 балльной сотрясаемости) и основной предпосылкой является техногенное нарушение состояния регионального поля напряжений в окрестностях объекта.

В главах 6 и 7 представлены результаты изучения динамики физических свойств горных пород в естественном залегании (in situ).

В шестой главе представлены аналитические модели аномальных изменений деформации земной поверхности и кажущегося электрического сопротивления горных пород при подготовке землетрясения. Там же приведены полевые данные по вариациям ряда параметров (деформации земной поверхности, уровень воды в глубокой скважине, скважинные переходные электросопротивления, электротеллурические потенциалы и др.) в период подготовки землетрясений и дан вариант их комплексной интерпретации.

Математическое моделирование аномальных изменений деформации при подготовке землетрясений магнитуды М = б показало, что горизонтальные смещения симметричны относительно оси цилиндра-включения и имеют два максимума, расположенные по бокам от центра цилиндра-включения. Изолинии 2мм, соответствующие предельной чувствительности современных методов геодезической съёмки, расположены на расстоянии порядка 80км от центра включения. Вертикальные смещения U2 имеют вид эллипсов, вытянутых вдоль оси включения, максимальная амплитуда вертикальных смещений в два с лишним раза больше горизонтальных смещений, но они затухают быстрее - изолиния 2мм расположена на расстоянии около 40км от центра включения.

При подготовке землетрясения можно ожидать как увеличения, так и снижения кажущегося электрического сопротивления, измеренного по методу срединного градиента. Причем в ближней к очагу зоне (примерно равной ее размерам) может отмечаться снижение сопротивления, а в дальней зоне - увеличение сопротивления. Глубина залегания формирующейся неоднородности сопоставима с размерами области снижения кажущегося электрического сопротивления. Амплитуда изменений кажущегося

сопротивления уменьшается с ростом глубины залегания неоднородности. При заданной глубине залегания включения величина аномальных изменений кажущегося сопротивления зависит как от размера включения, так и от величины снижения сопротивления в нем и можно рассчитать палетки для определения параметров включения, основываясь на априорно известных сведениях и используя формулы электроразведки.

Предложенные модели изменения размеров и сопротивления формирующейся неоднородности позволяют оценить максимально возможные изменения кажущегося электрического сопротивления значениями порядка 25-50% во время подготовки землетрясений с магнитудой 5+6 при использовании одного из методов электроразведки -метода срединных градиентов.

На этапе начала подготовки землетрясения, так же как и на начальной стадии увеличения осевого сжатия образцов происходит снижение сопротивления. Обусловлено оно, скорее всего, образованием новых токопроводящих, заполненных поровой жидкостью трещин или уменьшением извилистости уже существующих. Незадолго до землетрясения или разрушения образцов отмечены знакопеременные вариации электрического сопротивления горных пород. Увеличение сопротивления отмечено и перед разрушением образца при сжатии его в атмосферных условиях. В тоже время сопротивление образца, испытанного в условиях постоянных всестороннего и порового давлений, продолжало уменьшаться вплоть до его разрушения.

Сопоставление динамики электрического сопротивления горных пород, полученные в полевых и лабораторных условиях, показывают реальную возможность качественного переноса результатов лабораторных испытаний образцов в натурные условия, а также на возможность моделирования характерных черт процесса подготовки землетрясений в лабораторных условиях.

Анализ аномальных изменений ЭТП, зарегистрированных на Ашхабадском геодинамическом полигоне, позволил разделить их на три типа: а) кратковременные возмущения в виде всплесков длительностью несколько суток и амплитудой до 10-15 мВ; б) бухтообразные вариации

длительностью до нескольких месяцев; в) ступенеобразные изменения уровня естественного электрического поля. Практически все сейсмические события с энергией более чем Е= 109 Дж, зона подготовки которых охватывала станции ЭТП «Ашхабад» и «Коу-Ата» предварялись или сопровождались аномальными изменениями электротеллурических потенциалов. Основной вклад в их формирование вносят потенциалы, обусловленные фильтрацией жидкости (электрокинетический эффект) и потенциалы, сопровождающие процессы образования трещин при деформации и пластическом течении горных пород. Последние, также вносят решающий вклад и в формирование аномалий естественного электрического поля при деформации и подготовке разрушения образцов горных пород в лабораторных условиях.

На основе анализа и сопоставления динамики комплекса геофизических полей, полученных на Ашхабадском геодинамическом полигоне, показан вариант интерпретации их результатов с учетом конкретной геолого-тектонической обстановки в период подготовки одного из землетрясений Копетдагского сейсмоактивного региона. Практическая значимость этого может выражаться в виде снижения ущерба от землетрясения и сохранения жизни людей.

Седьмая глава посвящена возможности использования методов геофизических исследований скважин (ГИС) для наблюдений за динамикой физических свойств горных пород, сопровождающей современные геодинамические процессы, происходящие на объектах нефтегазового комплекса. Приведены материалы повторных геофизических исследований скважин, показывающие обоснованность применения методов ГИС на объектах подземного хранения газа, для повышения их геодинамической безопасности.

В числе геофизических методов, которые могут быть использованы для определения динамики пористости пород во времени: разновидности метода электрического сопротивления (КС, БКЗ и др.), метод самопроизвольной поляризации (ПС), акустические методы (АК, ВАК и др.), разновидности метода нейтронного каротажа (НК, НКТ, НТК и др.). Методы плотностного каротажа (акустического, нейтронного) непосредственно реагируют на объём

порового пространства исследуемых пород. Метод ПС только косвенно отражает свободный от дисперсной глинистости объём пород. Точность и достоверность определения пористости методами ГИС в значительной степени зависит от остаточной нефтегазонасыщенности прискважинной части пласта. Причем радиоактивные методы (НК, НТК и др.) более чувствительны к ней, а акустический метод менее подвержен её влиянию.

В числе методов, применяемых для оценки изменений напряженного состояния недр в режиме мониторинга, могут быть использованы и методы ГИС. Они обладают уникальной возможностью изучения напряженно-деформационного состояния горных пород в их естественном залегании. Современное состояние геофизических методов позволяет широко использовать их для определения численных значений физико-механических свойств горных пород.

Зачастую исследования скважин, проводившиеся после окончания обустройства скважин, не выявляют нарушений, и, очевидно, что образование трещин в колоннах и формирование скоплений газа за колоннами скважин происходят в течение определенного периода времени при активизации естественных или техногенных геодинамических процессов.

Заколонные скопления газа были отмечены в одной из скважин Пунгинского подземного хранилища газа (ПХГ) в интервале 3,3-32,7м вблизи устья и в интервале 1726-1751м около забоя (рис. 9).

Из рисунка 9 видно, что образование трещин в колоннах и формирование скоплений газа за колоннами скважин в ряде случаев происходят в течение определенного периода времени при активизации современных геодинамических процессов природно-техногенного генезиса. Эти процессы находят отражение при мониторинге интенсивности наведённой радиоактивности (метод нейтронного гамма каротажа - НТК), магнитоимпульсной дефектоскопии (МИД) скважин и динамики распределения давления и температуры по стволу скважин.

Рис. 9. Выявление заколонного скопления газа вблизи забоя скважины и динамика его развития по данным мониторинговых измерений НГК.

Одной из основных задач промысловой геофизики на ПХГ является выделение пластов коллекторов и оценка их фильтрационно-ёмкостных свойств. Для оценки степени влияния одного цикла закачка-отбор на изменение ФЕС пород-коллекторов нами были рассмотрены данные повторных измерений НГК на одной из скважин Пунгинского ПХГ, полученных в период закачки-отбора газа 2000 - 2001 годов (рис.10).

Сопоставление значений НГК, измеренных в одних тех же интервалах и одним и тем же прибором при закачке газа в пласт и при отборе газа и при не изменившейся конструкции скважины, показывает, что значения НГК при закачке меньше чем при отборе. Естественно предположить, что это связано с влиянием изменившегося между измерениями НГК эффективного давления, обусловленного изменением пластового давления.

Для учета изменений показаний НГК вызванных изменением пластового давления между измерениями поправка по формуле, предлагаемой Л.Б.Берман, дает значение 0,989 при значениях пластового давления равного 6,71 и 6,08 МПа. То есть при малых перепадах давления, этой поправкой (около 1%) можно практически пренебречь.

Рис. 10. Сопоставление значений НГК, давления и температуры при отборе и закачке газа в скважину.

Для учета влияния изменившихся условий был взят интервал глубин выше кровли продуктивного пласта. Затем, по данным повторных НГК, были определены параметры линейной зависимости, имеющей место при сопоставлении двух тождественных замеров: X = А У + В. Здесь, X и У показания НГК против одного и того же пласта при первом и втором измерении, определенные по показаниям повторного НГК против пласта (глинистая покрышка), свойства которого между замерами не изменились. Далее показания НГК для продуктивного пласта были исправлены и приведены к условиям первого НГК. Сопоставление значений НГК после внесения поправки выявило интервалы существенных изменений (до 10%) НГК в продуктивном пласте. Эти интервалы повышенных значений НГК

расположены в тех местах, где имеются крупные нарушения эксплуатационной колонны. Очевидно, что при практически неизменных условиях в скважине, вариации НТК обусловлены влиянием изменившейся газонасыщенности и плотности, а, следовательно, и пористости пласта при воздействии на него цикла закачки - отбора газа.

В результате анализа повторных наблюдений методами ГИС выявлены изменения фильтрационно-емкостных свойств продуктивного пласта ПХГ, проявляющиеся в изменении значений НТК амплитудой порядка 10 процентов, которые обусловлены влиянием изменений пластового давления (0,63 МПа) при закачке и отборе газа.

Целенаправленный, научно-обоснованный подход к созданию и использованию системы мониторинга за параметрами горных пород и техническим состоянием колонн скважин ПХГ позволит получить новые объективные данные для наблюдений за динамикой фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов, сопровождающих эксплуатацию ПХГ, и минимизировать при этом потери газа.

В Приложении приведён, предлагаемый автором, проект Руководящего Документа (отраслевого стандарта) «Комплекс мониторинговых наблюдений для повышения геодинамической безопасности разработки месторождений нефти и газа и эксплуатации ПХГ».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основании анализа, теоретических обобщений и результатов выполненных экспериментальных исследований, представлены научно обоснованные технические решения в области анализа природы и характера пространственно-временной изменчивости физических параметров горных пород во взаимосвязи с современными естественными и техногенными геодинамическими процессами. Их внедрение вносит значительный вклад в повышение достоверности оценок и эффективности изучения параметров горных пород, используемых в нефтегазовой геологии и геофизике, строительстве скважин, эксплуатации месторождений и подземных хранилищ нефти и газа.

Основные научные и практические результаты работы, выводы и рекомендации, полученные лично автором, состоят в следующем:

1. Анализ современных геодинамических процессов показал, что региональные напряжения имеют квазистатический характер. Рассмотрев условия подобия при моделировании такого напряженно-деформированного состояния, и учитывая явления самоподобия строения горных пород, сделан вывод, что для изучения изменений физических свойств материала горных пород возможно и необходимо использование горных пород в качестве адекватного модельного материала.

2. Разработана аппаратурно-техническая и научно-методическая основа для физического моделирования современных геодинамических процессов, таких как: процессы разработки месторождений нефти и газа; моделирование подготовки землетрясений; квазистатическое региональное сжатие. Разработаны методики изучения деформационных параметров локальных участков, вариаций собственного электрического поля, а также изменений активности акустической эмиссии цельных и ослабленных образцов горных пород при их длительном сжатии.

3. Установлено, что временной ход общей продольной деформации образцов в процессе длительных испытаний при постоянной нагрузке осложняется аномалиями изменений скорости деформации. Величина общей деформации образцов почти на порядок меньше величины локальных деформаций. Временной ход общей продольной деформации и активности акустической эмиссии (АЭ) при длительном сжатии образцов горных пород осложняется отдельными аномалиями, из-за изменения внутренних параметров материала образцов; причем активность АЭ и изменения общей продольной деформации находятся в обратной взаимосвязи. Количество и величина аномалий деформации ослабленных образцов больше, чем цельных. В тоже время у цельных образцов интенсивность АЭ гораздо выше, чем у ослабленных образцов. Количество аномальных изменений деформации ослабленного образца существенно больше, чем цельного образца, и они имеют большую амплитуду и продолжительность. При малых нагрузках аномальные изменения деформации отмечались гораздо реже, чем

при нагрузках, близких к разрушающим. Аномальные изменения интегральных и локальных деформационных параметров образца свидетельствуют о дискретном характере деформирования отдельных областей образца с ярким проявлением на определённых этапах дилатансионного характера подготовки разрушения.

4. Выявлен ряд характерных особенностей деформирования цельных и раздробленных образцов при длительных испытаниях в условиях постоянного всестороннего сжатия, моделирующих условия залегания пород на глубинах в несколько километров: самая низкая скорость деформирования отмечена у раздробленных сухих образцов; самая высокая - у образцов насыщенных влагой. Это свидетельствует о существенном влиянии флюидодинамики на современную геодинамику разломных зон. Сопоставление результатов испытаний образцов в атмосферных условиях (приповерхностные условия залегания пород) и при наличии всестороннего сжатия и порового давления (условия на глубине) показало, что в первом случае были отмечены факты увеличения электрического сопротивления образцов в процессе подготовки разрушения, а во втором, практически всегда наблюдалось снижение сопротивления. Скачкообразные знакопеременные изменения сопротивления обусловлены образованием вновь возникающих трещин.

5. Разрушение насыщенных водой образцов пород. в гидродинамические открытой и закрытой системе, при одном и том же всестороннем давлении, предварялось понижением электрического сопротивления горных пород, осложненным бухтообразными вариациями, которые свидетельствуют об актах внутреннего микроразрушения. Предвестником разрушения в закрытой системе можно считать прекращение роста порового давления (рост объёмной деформации) и бухтообразные вариации сопротивления в условиях увеличения внешнего сжатия.

6. Лабораторное моделирование снижения пластового давления при разработке месторождений жидких углеводородов показало, что процесс стабилизации состояния образца продолжается довольно долго после окончания роста эффективного давления. Временной ход деформирования

образца при снижении пластового давления, также как и при росте всестороннего давления, можно аппроксимировать логарифмической функцией. Это даёт возможность использования результатов экспериментов при росте всестороннего сжатия образцов для расчета возможных деформаций коллекторов в процессе снижения пластового давления, сопровождающего разработку месторождений нефти и газа.

Результаты экспериментов по ступенчатому снижению порового давления показали, что каждая ступень сопровождалась деформированием образца. На первых ступенях логарифмическая зависимость деформации от времени имела четко выраженный характер, достоверность аппроксимации близка к единице. Однако при дальнейшем снижении порового давления деформирование образца уменьшалось и, достигнув определенного уровня деформации, образец в дальнейшем не деформировался. Это служит признаком ужесточения материала образца и говорит о возможности перехода, в дальнейшем, к активизации сейсмоакустической эмиссии. В природных условиях при разработке месторождений вначале также происходят подвижки по разломам и просадки земной поверхности (деформационные процессы), а затем, по мере отбора газа или нефти (снижения пластового давления), происходит активизация техногенной сейсмичности.

7. Результаты расчетов по аналитической модели изменения электрического сопротивления горных пород при подготовке землетрясения с использованием концепции «мягкого включения», показали, что в ближней зоне будет происходить снижение кажущегося электросопротивления, а в дальней - его увеличение. Размер области снижения сопротивления сопоставим с глубиной залегания включения. При фиксированной глубине залегания включения величина изменений сопротивления зависит как от размера включения, так и от величины снижения сопротивления в нем. Рассмотренные модели изменения размеров и сопротивления формирующейся неоднородности дали оценку возможных изменений кажущегося электрического сопротивления на уровне 25-50% во время подготовки землетрясений магнитуды 5+6 при использовании одного из методов электроразведки - метода срединных градиентов.

8. Сопоставление вариаций электрического сопротивления горных пород, полученных автором в полевых и лабораторных условиях, показало реальную возможность переноса результатов лабораторных испытаний образцов в натурные условия, а, следовательно, и на возможность моделирования процессов подготовки землетрясений в лабораторных условиях. Анализ изменений во времени электротеллурических потенциалов (ЭТП), полученных автором в Туркменистане, показал, что практически все сейсмические события с энергией более чем Е = 109 Дж, зона подготовки которых охватывала наблюдательные станции, предварялись или сопровождались аномальными изменениями ЭТП. Основной вклад в их формирование вносят потенциалы, обусловленные фильтрацией жидкости (электрокинетический эффект) и потенциалы, сопровождающие процессы образования трещин при деформировании горных пород. Автором дана интерпретация вариаций комплекса геофизических полей с учетом конкретной геолого-тектонической обстановки в период подготовки одного из землетрясений на Ашхабадском геодинамическом полигоне.

9. Проведенный автором анализ повторных геофизических наблюдений в скважинах показал, что образование трещин в эксплуатационных и обсадных колоннах и формирование скоплений газа за колоннами скважин происходит в течение определенного периода времени при активизации современных геодинамических процессов. Эти процессы находят отражение при повторных измерениях методом нейтронного гамма каротажа (НТК), магнитоимпульсной дефектоскопии (МИД) скважин, а также распределения давления и температуры по стволу скважин. Выявлены изменения фильтрационно-емкостных свойств продуктивного пласта (песчаника) подземного хранилища газа (ПХГ), проявляющиеся в изменении значений НТК амплитудой порядка 10%, которые обусловлены влиянием изменений пластового давления (0,63 МПа) при закачке и отборе газа. Таким образом, обоснована возможность широкого использования результатов производственного мониторинга (ГИС-контроль) в качестве составной части геодинамического мониторинга объектов нефтегазового комплекса, который необходим для обеспечения экологической и промышленной безопасности объектов нефтегазового комплекса.

10. Подготовлен проект отраслевого стандарта на основе комплекса методов мониторинговых наблюдений для повышения геодинамической безопасности разработки месторождений и нефти и газа и эксплуатации ПХГ, в котором предусматривается использование результатов мониторинговых наблюдений для исследования динамики физических свойств горных пород во времени и выявления особенностей проявления современных геодинамических процессов. Применение результатов выполненной работы позволяет выработать оптимальные решения для предупреждения негативных явлений, повысить надежность эксплуатации подземных объектов, минимизировать потери газа, простои и поломки оборудования и, как следствие, снизить себестоимость добываемой продукции.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Кузьмин Ю.О., Жуков B.C. Современная геодинамика и вариации физических свойств горных пород. - М.: МГГУ. 2004 - 262с.

2. Жуков B.C., Лыков В.И., Сухомлин В.Ф. Некоторые результаты электрометрических наблюдений на Ашхабадском геодинамическом полигоне // Известия АН ТССР серия ФТХГН, 1978 №2 - с.41-46.

3. Авагимов A.A., Жуков B.C., Лагутинская Л.П. Электротеллурические потенциалы электрокинетической природы на Ашхабадском прогностическом полигоне // Известия АН ТССР, серия ФТХГН, 1984, №6 - с.47-51.

4. Микаэлян А.О., Стаховская З.И., Жуков B.C., Леонов А.Е. Сравнительный анализ макроразрушения в гидродинамически открытой и закрытой системах // Известия АН СССР, серия Физика Земли, 1986, №7 - с.101-104.

5. Авагимов A.A., Жуков B.C., Атаев А.К. и др. Длительность и зона проявления электромагнитных предвестников в Ашхабадском сейсмоактивном районе // Прогноз землетрясений №7 - Душанбе-Москва, «Дониш», 1986 - с.24-36.

6. Авагимов A.A., Жуков B.C., Сантурян В.А. и др. Локальные вариации геомагнитного поля токовой природы // Прогноз землетрясений №7 -Душанбе-Москва, «Дониш», 1986 - с.45-50.

7. Жуков B.C. Вариации электротеллурического поля в сопоставлении с сейсмичностью // Прогноз землетрясений №7 - Душанбе-Москва, «Дониш», 1986 - с.37-44.

8. Авагимов A.A., Жуков B.C., Лагутинская Л.П., Милькис М.Р. Связь электротеллурических потенциалов с движением подземных вод // Прогноз землетрясений №7 - Душанбе-Москва, «Дониш», 1986 - с.50-56.

9. Авагимов A.A., Жуков B.C., Лагутинская Л.П. Структура временных изменений электрических потенциалов среды на Ашхабадском геодинамическом полигоне // Известия АН ТССР, серия ФТХГН, 1988, №6 - с.81-84.

10. Жуков B.C., Кузьмин Ю.О. Изменения деформационных параметров образцов пород перед их разрушением, на примере горных пород Туркменистана // Известия АН ТССР, серия ФТХГН, 1990, №2 - с.64-68.

11. Жуков B.C., Стаховская З.И., Пономарев A.B. Вариации электрического сопротивления образцов известняка Ашхабадского сейсмоактивного района при сложнонапряженном состоянии // Известия АН ТССР, серия ФТХГН, 1990, №3 - с.61-64.

12. Жуков B.C., Пономарев A.B. Вариации электрического поля образцов известняка при изменении напряженно-деформированного состояния // Известия АН ТССР, серия ФТХГН, 1990, №6 - с.61-64.

13. Жуков B.C., Кузьмин Ю.О., Салов Б.Г. 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.

14. Жуков B.C., Каррыев А.Ч., Сердюков В .Я., Емельянов B.C. Аппаратура и методика исследования процессов деформации и разрушения образцов горных пород при длительном сжатии // Известия АН ТССР, серия ФТХГН, 1992, №5 - с.25-32.

15. Жуков B.C. Исследование динамики физических свойств горных пород при их деформации и разрушении. Материалы международной научно-практической конференции «Урбанизация и землетрясения» -Ашхабад: Институт сейсмологии, ГКЧС, НО Красного полумесяца Туркменистана. 1999 - с.169-174.

16. Жуков B.C., Мострюков А.О. Оценка возможных изменений кажущегося электросопротивления горных пород при подготовке землетрясений. Материалы международной научно-практической конференции «Урбанизация и землетрясения» - Ашхабад. Институт сейсмологии, ГКЧС, НО Красного полумесяца Туркменистана. 1999 -с.175-180.

17. Полоудин Г.А., Пучков А.И., Жуков B.C. Пунгинское ПХГ -первоочередной объект разведочных работ на кристаллический фундамент // Наука и техника в газовой промышленности. №1,2002 - с.3-7.

18. Жуков B.C., 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.

19. Жуков B.C. Динамика физико-механических свойств горных пород (динамическая петрофизика) // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2002, № 9 - с.59-63.

20. Жардецкий В.А., Жуков B.C., Моисеев П. А., Кузьмин Ю.О. Применение геолого-математического моделирования для мониторинга геодинамических процессов при эксплуатации ПХГ // Научно-технический вестник «Каротажник» №102. - Тверь: Ассоциация исследователей скважин, 2003 - с.67-76.

21. Жуков B.C., Кузьмин Ю.О. Физическое моделирование современных геодинамических процессов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2003, № 3 - с.71-77.

22. Жуков B.C., Кузьмин Ю.О., Скворцова М.В. Влияние напряженного состояния горных пород на данные геофизических исследований в

скважинах // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2003, № 5 - с.78-81.

23. Жуков B.C., Кузьмин Ю.О. Моделирование деформационных и сейсмических процессов при разработке месторождений УВ. Доклады Международной конференции «ВНИИГАЗ на рубеже веков - наука о газе и газовые технологии»: Газовые ресурсы России в XXI веке. - М.; ВНИИГАЗ, 2003 - с.456-469.

24. Жуков B.C., Кузьмин Ю.О. Применение методов геофизических исследований скважин для оценки факторов геодинамического риска на месторождениях углеводородов и ПХГ // Приложение к журналу «Наука и техника в газовой промышленности». (Материалы IV международного рабочего Совещания «Роль геодинамики в решении экологических проблем развития нефтегазового комплекса» том 1), 2004 - с.126-137.

25. Арутюнов А.Е., Жуков B.C., Кузьмин Ю.О., Никонов А.И. Производственный мониторинг подземных хранилищ газа с целью обеспечения их геодинамической безопасности // Приложение к журналу «Наука и техника в газовой промышленности». (Материалы IV международного рабочего Совещания «Роль геодинамики в решении экологических проблем развития нефтегазового комплекса» том 2). 2004 - с.54-63.

26. Жуков B.C., Кузьмин Ю.О. Динамика комплекса физических параметров образцов горных пород перед их разрушением при постоянной скорости деформации // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2005, № 2 - с. 17-22.

Заказ № С1427 Подписано к печати 20 июня 2005 г.

Тираж-120 экз. Объём 2 п.л. Формат 60 х 84 1/16

Отпечатано на ротапринте ООО «ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, пос. Развилка

РНБ Русский фонд

20064 ~97Ö8~

Информация о работе

Жуков, Виталий Семенович
доктора технических наук
Москва, 2005
ВАК 25.00.16

Автореферат

Похожие работы