Инструкция по применению каротажных методов при инженерных изысканиях для строительства

5.34. В качестве излучателей и приемников в АК используются пьезопреобразователи; изучаются скорости продольных V_p и релеевских V_R волн, реже поперечных волн V_s, динамические характеристики являются вспомогательным материалом при выделении и корреляции волн, а также при геологической интерпретации данных АК.

5.35. Неотъемлемой частью АК являются измерения скорости упругих волн на образцах (кернах) пород из каротируемых скважин, что позволяет значительно повысить возможности АК, особенно при количественной оценке трещиноватости и пористости пород. Диапазон рабочих частот при этом может быть расширен до 200 кГц.

5.36. В практике инженерной геофизики применяются:

непрерывный АК с автоматической регистрацией времен прихода упругих волн;

многоканальный АК с точечной регистрацией волновой картины;

АК с точечной регистрацией волновой картины, снятой в сухой скважине.

Аппаратура с автоматической регистрацией позволяет изучать параметры только продольных волн, она отличается высокой производительностью и предназначена для исследования глубоких (до 2000 м и более) скважин. Аппаратура монтируется в кузове автомашины.

Аппаратура с точечной регистрацией позволяет изучать как продольные, так и поперечные волны. Этот вид АК предназначен для детального исследования неглубоких инженерно-геологических скважин (до 100 - 200 м).

5.37. АК в скважинах, заполненных водой или фильтратом промывочной жидкости, позволяет выделять породы с высокими скоростями продольных и поперечных волн (более 1500 м/с).

5.38. Расчленение геологического разреза, представленного рыхлыми породами, характеризующимися низкими скоростями прохождения упругих волн, по данным АК возможно лишь в сухих скважинах.

Непрерывный АК с автоматической регистрацией

5.39. Для проведения непрерывного АК применяются серийно выпускаемые промышленностью комплекты аппаратуры СПАК-2М, СПАК-4, "Парус" ЛАК-1, ЛАК-2, АСКУ-1, АКЗ-1, АКЦ-1, "Звук-2", АКН-1 и др. Аппаратура "Звук-2" и "Парус" подходят по своим параметрам для ЛК инженерно-геологических скважин.

Серийно выпускаемая аппаратура предназначена для работы с каротажными станциями типа АКС и CKВ при условии обеспечения их универсальным источником питания УВК-1 и фоторегистратором ФР-5 или ФР-6.

5.40. В скважинный прибор аппаратуры типа "Парус" и СПАК-2М входят трехэлементные зонды, которые содержат по два излучателя (U₁, U₂) и один приемник ультразвука (П₁). Размеры зонда СПАК-2М составляют И₂0,5И₁2,46П₁, а "Парус" — И₂0,25И₁0,96П₁.

5.41. Аппаратура непрерывного каротажа позволяет регистрировать следующие основные параметры:

времена пробега продольной волны Т₁ и Т₂ на базе И₁-П₁ и И₂-П₁.

амплитуду продольных волн А₁ и А₂, регистрируемую на приемнике при работе излучателя И₁ и И₂;

затухшие колебаний продольной волны на базе И₁-И₂, ;

интервальное время DТ = Т₂ -t₁;

5.42. В результате непрерывного АК получают диаграммы величин t₁, Т₂, DТ, А₁, А₂, или части из них (обычно достаточно t₁ и DТ, А₁ и ). Порядок работы с аппаратурой СПАК-2М и "Парус", методики получения диаграмм, контроля их качества и т.д. определяются соответствующими инструкциями.

Многоканальный АК с точечной регистрацией

5.43. Комплектной аппаратуры для выполнения многоканального АК отечественная промышленность не выпускает. Для проведения этого вида исследований используются ультразвуковые сейсмоскопы различных конструкций и скважинные зонды, изготовляемые силами геофизических организаций.

5.44. Наибольшее распространение получила установка многоканального каротажа Гидропроекта. Она состоит из ультразвукового сейсмоскопа, созданного на базе Р 5-5, снабженного фотоприставкой с аппаратом "Смена-8". На скважинном зонде через каждые 20 см размешены семь обратимых пьезопреобразователей с собственной частотой 70 кГц. Посредством экранированного кабеля РК-50-2 все семь ультразвуковых датчиков зонда непосредственно соединены со входом сейсмоскопа, где с помощью ручного переключателя они могут включаться как излучателями, так и приемниками ультразвука в любой комбинации. Многоканальная запись получается путем поканального фотографирования волновых картин с экрана сейсмоскопа при одновременном перемещении фотопленки. Для облегчения последующей обработки полученные фотопленки ФЭД печатаются с увеличением 5:1 на фотоувеличителе П-10. Минимальный диаметр изучаемых скважин 58 мм.

5.45. Оптимальная стандартная методика наблюдений заключается в регистрации встречных годографов от двух крайних датчиков, каждый из которых подключается в качестве излучателя, а остальные последовательно в качестве приемников. При перемещении зонда с шагом 1 м по всей длине скважины получается непрерывная система встречных годографов. На каждой фотоосциллограмме, соответствующей одной стоянке зонда, размещаются 12 записей ультразвуковых колебаний и марки времени.

АК с точечной регистрацией волновых картин в сухих скважинах

5.46. В качестве измерительной аппаратуры для АК сухих скважин используются приборы типа ИПА-59, УКБ-1, УКБ-2, УК-10П, ДУК-20 и различные варианты переделанных для этих целей приборов ИКЛ-5, Р5-5 и т.д.

5.47. При АК используются различные виды зондов (в основном конструкции Гидропроекта), допускается изготовление зондов по аналогичным схемам.

5.48. Число пьезопреобразователей в зонде может быть различным, но не меньше трех. Расстояния между элементами зонда выбираются в зависимости от необходимой детальности исследования разреза. Как правило, оно составляет 10 или 20 см.

5.49. В сухих скважинах зонд прижимается к стенке скважины с помощью шарнирного или пневматического устройства.

5.50. Измерения при АК сухих скважин сводится к регистрации волновых картин на электронно-лучевой трубке прибора путем фотографирования или зарисовки с обязательным фиксированием масштабных марок времени. Параллельно с этим необходим визуальный отсчет времени прихода первых вступлений и характерных фаз.

5.51. При каждом заданном положении зонда применяются встречные системы наблюдений по общепринятой схеме использования преобразователей зонда (датчиков). Зонд перемещается вдоль скважины с шагом, обеспечивающим перекрытие двух крайних точек. Положение зонда, в скважине определяется по меткам на кабеле или специальном несущем тросе. АК выполняется при подъеме зонда.

5.52. В каротажном журнале регистрируются номер волнограммы, номер кадра, глубина погружения зонда, номер пьезопреобразователей; используемых в качестве излучателя и приемника (нумерация отоваривается заранее и должна быть зафиксирована в журнале), времена первых вступлений и характерных, (коррелируемых) экстремумов; зарисовывается типичная волнограмма и обозначаются те экстремумы, времена которых записываются в журнале (прил. 5).

5.53. АК целесообразно применять в комплексе с наземной и шахтной сейсморазведкой, ВСП, сейсмическим и акустическим просвечиванием, электроразведкой.

Проведение комплексных, разночастотных и разнометодных исследований позволяет достаточно надежно охарактеризовать физико-механические свойства различных объемов массива горных пород, выявлять влияние масштабного фактора на данные разных методов.

5.54. При специальных исследованиях стенок скважин с целью выявления в грунтах трещин и элементов залегания пород целесообразно использовать комбинированный фотоакустический зонд.

6. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАСХОДОМЕТРИИ СКВАЖИН

6.1. С помощью расходометрии получают следующие качественные и количественные данные о водоносных горизонтах:

количество, положение в разрезе и мощность водоносных горизонтов;

положение и мощность отдельных зон с различными фильтрационными свойствами внутри водоносных горизонтов и характер их неоднородности;

соотношение напоров отдельных водоносных горизонтов и зон;

водообильность отдельных водоносных горизонтов и зон;

основные гидродинамические параметры (коэффициент фильтрации, дебит и т.д.).

6.2. В зависимости от поставленных задач при инженерно-геологических изысканиях используются следующие модификации расходометрии;

измерения расхода при естественном режиме притока воды в скважину;

измерения расхода фонтанирующих скважин;

измерения расхода воды при принудительных откачках, наливах и экспресс-наливе.

6.3. В зависимости от требуемой модификации расходометрии на скважине проводятся необходимые подготовительные работы по установке специального оборудования. Работы выполняются буровой бригадой, гидрогеологом и геофизиками.

6.4. Расходометрические работы рекомендуется выполнять по следующей общей технологической схеме: скважину бурят до проектной глубины, затем очищают от шлама интенсивной промывкой; проводят комплексные геофизические работы по выявлению водоносных пластов в разрезе; после осветления воды и восстановления уровня проводят расходометрические измерения в установившемся режиме, затем измерения одновременно с откачкой или наливом на одну или две ступени изменения уровня.

6.5. Расходометрические работы рекомендуется проводить только в скважинах ударного или роторного бурения с прямой и обратной промывкой чистой водой. Посадка фильтров должна выполняться только гидроподмывом. Фильтры могут применяться с однородной гравийной отсыпкой, с постоянной скважностью и размером отверстий. Всасывающую трубу насоса или смеситель эрлифта необходимо располагать выше фильтра (или необсаженной части скважины), в 2-3 см от его края. Фонтанирующие скважины должны оборудоваться достаточно высоким патрубком с водосливом и заслонкой.

6.6. Измерения динамического уровня воды, дебита фонтанирования, уровня подземных вод или приращения его в скважинах при откачках, а также другие виды вспомогательных операций для расходометрии должны выполняться в соответствии с требованиями на производство специальных гидрогеологических работ. В случаях, когда не удается добиться стабилизации динамического уровня при наливах, необходимо обеспечить синхронность измерения расходов и уровней путем непрерывной их регистрации.

6.7. При отсутствии оборудования или воды для возбуждения скважины допускается применение экспресс-налива, выполняемого путем погружения под статический уровень воды в скважине специальных емкостей (болванок) (прил. 21). Падение уровня воды в скважине определяется по датчику уровня, представляющего собой цепь последовательно соединенных резисторов типа ОМЛТ или ВС. Длина датчика должна быть 3 ¾ 5 м. Расстояние между резисторами 20 ¾ 30 см.

6.8. Положение каждой ступени на диаграмме J = f(t) определяется положением данного резистора в цепи и в общем случае равно:

где J_i — сила тока, соответствующая данной ступени;

U — напряжение в цепи;

SR_п — суммарное сопротивление резисторов, находящихся выше уровня воды.

Положение уровня воды определяется согласно тари-ровочному графику по известной величине J . Кривая восстановления уровня является основой для вычисления величины водопроводимости или коэффициента фильтрации (прил. 20).

6.9. Перед началом расходометрических измерений необходимо измерить каверномером диаметр скважины для внесения поправок в показание расходомера. Каверномер должен быть проэталонирован перед спуском в скважину.

6.10. Расстояние между точками наблюдений расходомером должно быть 1 ¾ 2 м с детализацией в зонах изменяющегося расхода с шагом 0,1 ¾ 0,5 м. Точки для замеров выбираются с учетом данных кавернометрии. Длительность наблюдений должна быть в пределах 2 ¾ 12 мин и обеспечивать точность при повторных измерениях ± 5%. Точка записи расхода должна относиться к нижнему срезу водоканала расходомера при восходящем потоке и к верхнему — при нисходящем.

6.11. Все расходометрические измерения должны проводиться в период установившегося или квазиустановившегося режима фильтрации, при котором изменение расхода (дебита) скважины составляет не более 10% дебита наименее водообильного пласта, представляющего интерес в данном геологическом разрезе, а динамический уровень воды в скважине систематически изменяется на величину не более 1 ¾ 2 см за период расходометрических измерений (4 ¾ 6 ч) в скважине.

6.12. Для раздельного секционного опробования в скважине с помощью расходомера нескольких водоносных горизонтов должны применяться пакеры. В качестве элементов пакера могут использоваться футбольные камеры, камеры для легковых автомашин и т.п. В зависимости от решаемых задач пакер помещается между водоносными горизонтами. Воздух в камеру накачивается насосом через резиновый шланг до плотного прилегания камеры к стенке скважины и изоляции тем самым водоносных горизонтов.

6.13. В практике инженерно-геологических изысканий наиболее широко применяются расходомеры тахеометрического типа TCP 34¾70М и TCP 34/70¾3М. Другие виды приборов, позволяющие измерять осевой расход воды по скважине, практически не используются. При наличии в организации нескольких расходомеров рекомендуется использовать их в гирлянде.

6.14. Перед началом расходометрических измерений необходимо проверить работу расходомера. Для этого отворачивают хвостовик с серьгой и устанавливают крыльчатку, которая транспортируется отдельно. Крыльчатка крепится в кернах па корпусе шасси с сохранением продольного люфта не более 0,1 ¾ 0,2 мм. Люфт регулируется микровинтом упора и фиксируется контргайкой. После установки крыльчатки в корпус прибора необходимо убедиться, что она свободно вращается, отсутствует биение и неплавное затухание, и затем уже завернуть хвостовик. Порог чувствительности воспринимающего элемента и регистратора должен обеспечивать фиксацию минимальных расходов, представляющих практический интерес.

6.15. Для определения потока необходимо использовать крыльчатку, имеющую на коллекторе прерывателя дополнительный более узкий контакт. За один оборот этой крыльчатки в схему поступают два разных импульса, по определенному чередованию которых определяют направление потока. Для записи импульсов целесообразно использовать регистратор Н-360, Н-381 или Н-361, станцию СК-1.

6.16. Гидравлическое сопротивление, создаваемое скважинным подбором, не должно вносить заметных искажений в заданный гидравлический режим исследуемых скважин. Габариты скважинных приборов должны удовлетворять условию использования его одновременно с производством других операций в скважине (откачка, налив).

6.17. Аппаратура расходометрических измерений должна обеспечивать возможность двухсторонней регистрации расхода потока и его направления по скважине, а также возможность проведения многократных измерении расхода потока при одном спуске прибора в скважину. Метрологические характеристики расходометрической аппаратуры при работе в восходящем и нисходящем потоках должны быть идентичны.

6.18. Для взятия отсчета необходимо обеспечить одновременный запуск счетчика и секундомера. Результаты счета в имп/мин, записанные в журнал, затем переводят в значения расхода в л/с, используя данные тарировки и коэффициенты; учитывают эксцентриситет расходомера и диаметр скважин.