Оптимизация технологических параметров тампонажных завес городских подземных сооружений на основе теории риска 25. 00. 22 «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»
| Вид материала | Автореферат диссертации |
- Обоснование рациональных параметров чугунно-бетонной крепи вертикальных стволов 25., 239.1kb.
- Обоснование геотехнологических методов повышения экологической безопасности освоения, 284.69kb.
- Пособие по производству работ при устройстве оснований и фундаментов (к сниП 02. 01-83), 5989.06kb.
- Лекция №7 Тема: «Проектирование городских дорог», 151.63kb.
- Оптимизация технологических параметров скважинного подземного выщелачивания драгоценных, 318.75kb.
- Правила безопасности при строительстве подземных сооружений пб 03-428-02, 4437.54kb.
- Правила безопасности при строительстве подземных сооружений пб 03-428-02, 4281.3kb.
- Методические указания Николаева Т. Н., Усов В. А. «Инженерное мерзлотоведение». Методические, 164.37kb.
- Правила безопасности при строительстве метрополитенов и подземных сооружений с дополнениями, 3350.15kb.
- Вопросы по Технологии возведения зданий и сооружений. Пгс, 61.57kb.
На правах рукописи
БОРИСОВ Вячеслав Анатольевич
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТАМПОНАЖНЫХ ЗАВЕС
ГОРОДСКИХ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ РИСКА
25.00.22 «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Екатеринбург – 2007
Работа выполнена в ГОУ ВПО
«Уральский государственный горный университет»
Научный руководитель – доктор технических наук, профессор
Половов Борис Дмитриевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Шуплик Михаил Николаевич
кандидат технических наук
Светлаков Константин Николаевич
Ведущая организация – Уральский научно-исследовательский институт архитектуры и строительства, ОАО «УралНИИАС»
Защита состоится 29 мая 2007 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.02 при Уральском государственном горном университете по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке
Уральского государственного горного университета.
Автореферат диссертации разослан «29 » апреля 2007 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
д-р техн. наук, проф. Багазеев В. К.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность работы. Мировая и отечественная практика свидетельствует о том, что подземные городские сооружения являются единственным реальным средством, позволяющим радикально решить градостроительные, транспортные и коммунальные проблемы урбанизированных территорий. Однако масштабное строительство городских подземных сооружений потребует значительных денежных средств, существенная доля которых расходуется на борьбу с водопритоками и водоотведение. Борьба с притоками грунтовых вод в строящиеся и эксплуатируемые сооружения в условиях плотной городской застройки представляет большие трудности и требует применения специфических мероприятий. Эффективной и широко применяемой мерой защиты подземных сооружений от водопритоков является устройство тампонажных завес. К настоящему времени созданы методики обоснования технологических параметров тампонажа горных пород, базирующиеся на детерминированных моделях, не учитывающих случайный характер фильтрующих массивов и тампонажных жидкостей. Существующий детерминированный подход не позволяет оценить надежность расчетов остаточных притоков воды и риски, сопровождающие выполнение тампонажных работ, следовательно, не позволяет оптимизировать технологические параметры тампонажа. Таким образом, проблема разработки и реализации вероятностных методов оптимизации технологических параметров тампонажных завес является весьма актуальной.
В соответствии с изложенным целью диссертации является разработка и реализация вероятностных методов оптимизации технологических параметров тампонажных завес городских подземных сооружений.
Объект исследований тампонажные завесы городских подземных сооружений.
Предмет исследований методы расчета технологических параметров тампонажных завес.
Основная идея диссертации заключается в оптимизации технологических параметров тампонажных завес с учетом нестабильности исходной информации на основе теории риска.
Основные задачи исследования включают:
1) установление закономерностей распределения случайных свойств фильтрующих массивов и тампонажных жидкостей с разработкой методик определения числовых характеристик распределений;
2) разработку методик вероятностных расчетов технологических параметров тампонажных завес;
3) определение значимых факторов риска, сопровождающих процессы создания тампонажных завес;
4) определение цены рисков по факторам риска;
5) формирование критериев для оптимизации технологических параметров тампонажных завес с учетом совокупности цены рисков.
Методы исследований. В диссертации использован комплекс, включающий обобщение результатов ранее выполненных исследований, вероятностно-статистические методы, математическое и имитационное моделирование.
Защищаемые научные положения:
1. Для расчетов сооружаемых тампонажных завес закономерности распределения случайных параметров фильтрующих массивов целесообразно описывать рядом Грамма-Шарлье и экспоненциальным законом, закономерности распределения случайных параметров тампонажных жидкостей нормальным законом.
2. Обязательным условием обоснования рациональных технологических параметров тампонажных завес является количественная оценка значимых факторов риска: несоответствие истинного качества завесы запроектированному; непредусмотренные и неоправданные издержки ресурсов; разрушения или повреждения в зоне тампонажа обделок подземных объектов или их элементов; деформации вмещающего массива и окружающих сооружений; срывы планируемых сроков завершения тампонажных работ и невыполнение контрактных обязательств подрядчиком. Количественные уровни рисков по каждому из факторов следует устанавливать методом Монте-Карло.
3. Оптимальные технологические параметры тампонажных завес должны устанавливаться дифференцированно по стадиям строительства и эксплуатации подземного объекта и противофильтрационной завесы, исходя из совокупности затрат на завесу и цены риска по значимым факторам риска на основе критериев максимума чистого дисконтированного дохода или минимума дисконтированных затрат. В критерии выбора решений вводится дополнительная составляющая затрат на формирование тампонажных завес: расходы на гидродинамические испытания, обусловливающая исключение отдельных факторов риска или перевод их в категорию малозначимых.
Достоверность защищаемых научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается результатами сравнения данных вероятностного анализа с детерминированными расчетами, сходимостью аналитических результатов с данными практики, результатами внедрения.
Научная новизна результатов исследований состоит в создании вероятностных методов оптимизации технологических параметров тампонажных завес, включающих:
имитационное моделирование технологических параметров тампонажных завес и количественную оценку факторов риска;
статистическое оценивание параметров фильтрующих сред и тампонажных жидкостей;
определение закономерностей распределения случайных характеристик фильтрующих массивов и тампонажных жидкостей;
установление значимых факторов и цены факторов риска;
разработку дифференцированных критериев выбора оптимальных параметров тампонажных завес.
Практическая значимость работы заключается в формировании моделей, алгоритмов и программ вероятностных расчетов параметров тампонажных завес.
Реализация результатов работы. Результаты диссертации использованы ООО «Триада-Холдинг». Методика опытных работ по закреплению и уплотнению грунтов способом инъекции на строящейся станции «Торговый центр» Челябинского метрополитена передана ООО «Институт Челябинскдортранспроект». Результаты работы могут быть переданы в ОАО «Уралгипротранс», «УЗПС МЕТРО» (Екатеринбургское муниципальное унитарное предприятие «Управление заказчика по строительству подземных сооружений и метрополитена»), ОАО «Метрострой – ПТС» (г. Екатеринбург), ЗАО «Челябинскметротрансстрой».
Личный вклад автора диссертации заключается в сборе и обобщении материалов, постановке задач исследований, выполнении исследований, формулировании научных положений, выводов и рекомендаций диссертации.
Апробация. Содержание и основные результаты исследований обсуждались на семинарах Уральского отделения Тоннельной ассоциации России (2004, 2006 гг., г. Екатеринбург), семинаре «Гидроизоляция подземных сооружений» (январь 2005 г., г. Москва), Международной конференции «Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений» (2004 г., г. Екатеринбург), Международной конференции «Геомеханика. Механика подземных сооружений» (сентябрь 2006 г., г. Тула), семинаре кафедры шахтного строительства УГГУ (апрель, 2007 г.).
Публикации. Содержание диссертации опубликовано в шести печатных работах.
Структура и объем работы. Работа включает введение, четыре главы, выводы и рекомендации, библиографический указатель из 139 наименований. Объем работы составляет 230 страниц машинописного текста, в том числе 84 таблицы и 60 рисунков.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Состояние изученности проблемы
Анализ изученности проблемы формирования тампонажных завес городских подземных сооружений выполнен по направлениям: методы прогноза притоков воды в подземные сооружения; тампонажные завесы: классификация, схемы и технология тампонирования; оценка параметров фильтрующих массивов; оценка параметров тампонажных жидкостей; расчет параметров тампонажа; вероятностные подходы в подземной гидродинамике.
Выполненный анализ показал высокую степень изученности перечисленных направлений, значимость и качество полученных результатов. Вместе с тем комплекс задач по обоснованию параметров тампонажных завес решается исключительно в детерминированной постановке. Отдельные попытки придать расчетам тампонажа вероятностный смысл в предположении, «что при установлении исходных данных допущена ошибка в определении того или иного параметра и в выборе диапазонов таких ошибок в пределах, близких к верхнему и нижнему значениям входящих в анализ параметров», следует расценивать только как понимание необходимости получения вероятностных оценок. В плане вероятностного подхода к обоснованию параметров завес требуется конкретизация методик получения статистических данных о фильтрующем массиве и четкие однозначные сведения о закономерностях распределения фильтрационных параметров. Высоко оценивая в целом состояние изученности номенклатуры, составов, параметров тампонажных жидкостей, нельзя не отметить полное отсутствие сведений об их случайных характеристиках и законах распределения.
Анализ вероятностных методов, используемых в подземной гидродинамике, выявил несомненное преимущество метода Монте-Карло. Этот метод по сравнению с детерминированным моделированием, методом случайных функций и другими вероятностными методами моделирования не требует допущений и упрощений, весьма гибок, и его можно привлекать для анализа многих гидродинамических ситуаций. Более того, моделирование методом Монте-Карло может служить единственным средством решения гидродинамических задач с большим числом случайных компонентов при любых законах распределения входных параметров. Очевидным достоинством имитационного моделирования является возможность количественных оценок гидротехнических надежностей или рисков с последующим формированием оптимизационных критериев и моделей.
2. Анализ изменчивости физико-технических свойств
фильтрующих массивов и тампонажных жидкостей
Отличительной особенностью исходных данных для вероятностных расчетов параметров тампонажных завес является наличие массивов чисел, статистически характеризующих компоненты расчетных моделей – физико-технические свойства грунтов и тампонажных жидкостей. Для статистического оценивания этих свойств в диссертации используется набор статистик: среднее выборочное, стандарт, асимметрия, эксцесс, центральные моменты пятого и шестого порядков. Эффективным инструментом решения обратной задачи теории фильтрации является метод Монте-Карло (рис. 1).
В условиях высокой изменчивости фильтрующих массивов статистическое оценивание свойств фильтрующих массивов выполняется в два этапа.
Первый этап предусматривает общую оценку изменчивости грунтового массива в плане и по разрезам в границах объекта. Эта оценка в соответствии с ГОСТ 20522-95 Грунты. Методы статистической обработки результатов измерений заключается в статистическом выделении расчетных грунтовых элементов (РГЭ) и формировании расчетной модели объекта. Для уточнения степени однородности участков грунтового массива и выделения границ между статистически однородными участками реализован критерий проф. Д. А. Родионова, широко применяемый в геологической практике, причем в качестве исходного материала однородности используются результаты поинтервальных гидродинамических испытаний, например, расходометрии, выход керна, показатели георадаров и др.
В
торой этап состоит в установлении конкретных статистических оценок фильтрационных параметров грунтового массива и закономерностей их распределения, в частности, по критерию согласия 2.Для реализации методик статистического оценивания свойств фильтрующей среды в силу ограничений на объем диссертации из множества известных отобраны наиболее типичные решения неустановившейся фильтрации, отвечающие особенностям формирования тампонажных завес:
оценка коэффициента проницаемости по данным измерений трещиноватости горных пород;
оценка коэффициентов водопроводимости, фильтрации, пьезопроводности и динамической пористости по данным откачек c постоянным дебитом с понижениями уровней S1, S2 в моменты времени t1, t2;
статистическое оценивание фильтрующего массива в ходе откачек по данным серийных измерений понижений уровней S1, S2, …, Sn в моменты t1, t2, …, tn, в том числе непосредственно с использованием уравнения Ч. Тейса:
Q
S ––––– (exp(–)/) d, 0 r2/(4a t),
4 kh 0
Q
или S ––––– (– ( Ei (– 0))),
4 kh
где kh – коэффициент водопроводимости; k – коэффициент фильтрации; h – мощность водоносного пласта; Q – дебит; S – понижение уровня воды в момент t; a – коэффициент пьезопроводности; r – расстояние от опытной скважины до наблюдательной или радиус скважины; – (–Ei (–0)) – табулированная «интегральная показательная функция».
Например, если в непосредственной близости от опытной скважины или на ее стенках условие a0 < 0,5 0,1 не выдерживается, для обработки результатов измерений и оценки фильтрационных свойств грунтового массива используется соотношение S1/S2 Ei (–r2 / (4 a t1)) / Ei (–r2 / (4 a t2)), в котором S1, S2, r2, t1, t2 известны. Таким образом, можно найти коэффициент пьезопроводности a. Общепринятый прием поиска решения «подбором» с использованием табличных значений интегральной показательной функции несовместим с методом Монте-Карло, поэтому в диссертации разработана процедура численной реализации. При этом вычисление функции Ei (–r2 / (4 a ti)), i 1, N (здесь N число генераций) выполняется разложением в ряд с заданной точностью 0,000001: – 0,577216 – ln 0 (–1)n (0n+1 / (n! n)). После вычисления коэффициента пьезопроводности находится коэффициент водопроводимости по уравнению: kh (Q / 4 S) Ei (–r2 / (4 a t12)), затем коэффициент фильтрации k и динамическая пористость m ((k / a) – п) / в, здесь – удельный вес воды; п, в – коэффициенты сжимаемости породы и воды, п Eп, в = Eв; Eп, Eв – модули упругости породы и воды. Компоненты h, Q ,S1, S2, t1, t2, r, п, в являются случайными нормально распределенными величинами.
Полный цикл статистического оценивания фильтрационных параметров в рассматриваемой ситуации поясняется примером (табл. 1, 2).
Таблица 1
Входные данные статистического оценивания фильтрационных параметров
-
Наименование
параметров
Характеристика
параметров
Значения
детерминированных
параметров
Выборочные
статистики
среднее
стандарт
Мощность пласта, м
Случайный
–
100
10
Дебит, м3/с
Случайный
–
0,00125
0,0001
Понижения уровней в наблюдательной скважине
S1, м
Случайный
–
2,000
0,02
S2, м
Случайный
–
4,619
0,07
Время наблюдения:
t1, с
Условно
стабильный
1200
–
–
t2, с
1500
–
–
Расстояние от
опытной скважины
до наблюдательной, м
Случайный
–
200
10
Коэффициент сжимаемости породы, Па–1
Случайный
–
3,010–12
0,3510–13
Коэффициент сжимаемости воды, Па–1
Случайный
–
3,010–10
0,3510–12
Удельный вес воды, Н/м2
Стабильный
10000
–
–
Результаты детерминированных расчетов: коэффициент водопроводимости kh 4,149710–4 м2/с; коэффициент фильтрации k 4,149710–6 м/с; коэффициент пьезопроводности a 9,9878 м2/с; динамическая пористость m 0,0038. В табл. 2 приведены вычисленные массивы kh(i), k(i), a1(i), m1(i), i 1, 135 и их статистики.
Таблица 2
Демонстрационные результаты вычислений по уравнению Ч. Тейса
| Коэффициент водопроводимости kh, м2/с |
| 0,23E-04 0,25E-04 0,25E-04 0,26E-04 0,29E-04 0,30E-04 0,30E-04 0,30E-04 0,31E-04 0,31E-04 0,32E-04 0,32E-04 0,32E-04 0,33E-04 0,33E-04 0,33E-04 0,33E-04 0,34E-04 0,34E-04 0,34E-04 0,34E-04 0,34E-04 0,35E-04 0,35E-04 0,35E-04 0,35E-04 0,36E-04 0,36E-04 0,36E-04 0,36E-04 0,36E-04 0,36E-04 0,37E-04 0,37E-04 0,37E-04 0,37E-04 0,38E-04 0,38E-04 0,38E-04 0,38E-04 0,39E-04 0,39E-04 0,39E-04 0,39E-04 0,39E-04 0,39E-04 0,39E-04 0,39E-04 0,40E-04 0,40E-04 0,40E-04 0,40E-04 0,40E-04 0,40E-04 0,40E-04 0,40E-04 0,40E-04 0,41E-04 0,41E-04 0,41E-04 0,41E-04 0,41E-04 0,41E-04 0,42E-04 0,42E-04 0,42E-04 0,42E-04 0,42E-04 0,42E-04 0,42E-04 0,42E-04 0,43E-04 0,43E-04 0,43E-04 0,43E-04 0,43E-04 0,43E-04 0,43E-04 0,43E-04 0,43E-04 0,44E-04 0,44E-04 0,44E-04 0,44E-04 0,44E-04 0,44E-04 0,45E-04 0,45E-04 0,45E-04 0,45E-04 0,45E-04 0,45E-04 0,45E-04 0,45E-04 0,46E-04 0,46E-04 0,46E-04 0,46E-04 0,46E-04 0,47E-04 0,47E-04 0,47E-04 0,47E-04 0,47E-04 0,47E-04 0,47E-04 0,47E-04 0,48E-04 0,48E-04 0,48E-04 0,48E-04 0,48E-04 0,49E-04 0,49E-04 0,49E-04 0,49E-04 0,49E-04 0,49E-04 0,50E-04 0,50E-04 0,50E-04 0,50E-04 0,51E-04 0,51E-04 0,52E-04 0,52E-04 0,52E-04 0,52E-04 0,52E-04 0,53E-04 0,54E-04 0,55E-04 0,55E-04 0,59E-04 |
| Среднее 4,16E-05; стандарт 6,88E-06; асимметрия – 0,24; эксцесс – 0,082 |
| Коэффициент пьезопроводности a, м2/с |
| 6,056 6,099 7,129 7,378 7,384 7,433 7,594 7,615 7,804 8,021 8,126 8,215 8,217 8,245 8,267 8,271 8,296 8,363 8,370 8,409 8,439 8,444 8,449 8,470 8,516 8,566 8,579 8,643 8,724 8,757 8,770 8,776 8,820 8,909 8,924 8,925 8,959 8,976 9,033 9,040 9,045 9,119 9,171 9,179 9,286 9,322 9,344 9,347 9,369 9,398 9,446 9,475 9,542 9,603 9,634 9,643 9,644 9,645 9,659 9,737 9,804 9,816 9,823 9,973 9,998 10,009 10,011 10,065 10,103 10,106 10,126 10,153 10,155 10,164 10,189 10,265 10,283 10,284 10,286 10,288 10,291 10,398 10,403 10,417 10,454 10,455 10,487 10,506 10,525 10,578 10,593 10,835 10,860 10,913 11,002 11,006 11,034 11,141 11,183 11,202 11,230 11,260 11,291 11,318 11,485 11,675 11,755 11,756 11,788 11,79011,848 11,871 11,889 11,889 11,967 12,027 12,112 12,193 12,248 12,289 12,428 12,599 12,735 12,798 12,883 12,978 13,116 13,426 13,737 13,785 14,046 14,130 14,183 14,578 14,804 |
| Среднее 10,18; стандарт 1,74; асимметрия 0,411; эксцесс – 0,041 |
| Коэффициент фильтрации k, м/с |
| 0,31E-06 0,32E-06 0,32E-06 0,33E-06 0,33E-06 0,33E-06 0,33E-06 0,33E-06 0,33E-06 0,33E-06 0,34E-06 0,35E-06 0,35E-06 0,35E-06 0,35E-06 0,35E-06 0,37E-06 0,37E-06 0,35E-06 0,36E-06 0,36E-06 0,36E-06 0,36E-06 0,37E-06 0,37E-06 0,37E-06 0,37E-06 0,38E-06 0,38E-06 0,38E-06 0,38E-06 0,38E-06 0,38E-06 0,39E-06 0,39E-06 0,39E-06 0,39E-06 0,40E-06 0,40E-06 0,40E-06 0,40E-06 0,40E-06 0,40E-06 0,41E-06 0,41E-06 0,41E-06 0,41E-06 0,41E-06 0,41E-06 0,41E-06 0,42E-06 0,42E-06 0,42E-06 0,42E-06 0,42E-06 0,43E-06 0,43E-06 0,43E-06 0,43E-06 0,43E-06 0,43E-06 0,43E-06 0,44E-06 0,44E-06 0,44E-06 0,44E-06 0,44E-06 0,44E-06 0,44E-06 0,44E-06 0,45E-06 0,45E-06 0,45E-06 0,45E-06 0,45E-06 0,45E-06 0,46E-06 0,46E-06 0,46E-06 0,46E-06 0,46E-06 0,46E-06 0,47E-06 0,47E-06 0,47E-06 0,47E-06 0,47E-06 0,48E-06 0,48E-06 0,49E-06 0,49E-06 0,49E-06 0,49E-06 0,49E-06 0,49E-06 0,50E-06 0,50E-06 0,50E-06 0,50E-06 0,51E-06 0,51E-06 0,51E-06 0,51E-06 0,51E-06 0,52E-06 0,53E-06 0,53E-06 0,53E-06 0,53E-06 0,53E-06 0,54E-06 0,55E-06 0,55E-06 0,56E-06 0,56E-06 0,57E-06 0,57E-06 0,58E-06 0,59E-06 0,61E-06 0,61E-06 0,65E-06 |
| Среднее 4,24E-07; стандарт 8,46E-08; асимметрия – 0,01; эксцесс – 0,052 |
| Динамическая пористость |
| 0,14E-03 0,18E-03 0,20E-03 0,46E-03 0,46E-03 0,60E-03 0,64E-03 0,75E-03 0,87E-03 0,91E-03 0,11E-02 0,12E-02 0,13E-02 0,15E-02 0,16E-02 0,16E-02 0,19E-02 0,19E-02 0,19E-02 0,20E-02 0,21E-02 0,22E-02 0,23E-02 0,23E-02 0,25E-02 0,30E-02 0,30E-02 0,32E-02 0,33E-02 0,33E-02 0,34E-02 0,35E-02 0,36E-02 0,36E-02 0,37E-02 0,38E-02 0,38E-02 0,38E-02 0,41E-02 0,41E-02 0,42E-02 0,42E-02 0,42E-02 0,43E-02 0,44E-02 0,46E-02 0,46E-02 0,47E-02 0,48E-02 0,48E-02 0,49E-02 0,50E-02 0,50E-02 0,51E-02 0,52E-02 0,53E-02 0,54E-02 0,54E-02 0,54E-02 0,55E-02 0,57E-02 0,60E-02 0,60E-02 0,61E-02 0,61E-02 0,63E-02 0,63E-02 0,64E-02 0,64E-02 0,64E-02 0,65E-02 0,66E-02 0,73E-02 0,73E-02 0,74E-02 0,76E-02 0,77E-02 0,78E-02 0,78E-02 0,80E-02 0,81E-02 0,81E-02 0,82E-02 0,82E-02 0,84E-02 0,86E-02 0,87E-02 0,92E-02 0,92E-02 0,94E-02 0,96E-02 0,97E-02 0,97E-02 0,99E-02 0,10E-01 0,10E-01 0,11E-01 0,11E-01 0,11E-01 0,11E-01 0,11E-01 0,11E-01 0,11E-01 0,12E-01 0,12E-01 0,13E-01 0,14E-01 0,14E-01 0,15E-01 0,15E-01 0,17E-01 |
| Среднее 5,86E-03; стандарт 3,73E-03;асимметрия 0,55; эксцесс – 0,29 |
| Примечание. Массивы случайных значений и статистики коэффициентов водопроводимости, пьезопроводности, фильтрации и пористости получены после двойной отбраковки. |
Сравнительная оценка распределения рассматриваемых фильтрационных параметров (с использованием нормального, логнормального, Грамма-Шарлье, Эджворта, экспоненциального, Рэлея, Вейбулла законов) по критерию 2 показала целесообразность использования законов Грамма-Шарлье и экспоненциального закона, очевидность чего подтверждается характерными гистограммами (рис. 2).
| а | В |
 |  |
| б | г |
 |  |
| Рис. 2. Гистограммы распределений случайных значений фильтрационных параметров: а – коэффициента водопроводимости; б,– коэффициентов пьезопроводности; в – коэффициента фильтрации; г – динамической пористости | |
Отсутствие сведений о случайных характеристиках и законах распределения параметров тампонажных жидкостей предопределило настоятельную необходимость разработки специальной методики их статистического оценивания. Учитывая новизну, перспективность и универсальность применения, для исследований были выбраны суспензии «Микродура» – особо тонкодисперсного вяжущего. В аналитической форме течение суспензий (структурных вязко-пластичных жидкостей) описывается линейным уравнением Шведова-Бингама 0 с dv / dn, здесь – напряжение сдвига; 0 – динамическое напряжение сдвига; с – динамическая вязкость жидкости; dv / dn vg – градиент скорости. Для получения выборочных данных, определяющих константы 0 и с, использовался реовискометр Хеплера. Результаты статистического оценивания приведены в табл. 3. В табл. 4 указаны коэффициенты корреляции зависимостей 0 с vg и показатели, характеризующие параметры суспензий «Микродура», вычисленные с односторонней доверительной вероятностью 0,975.
Итогами проведенных исследований по главе 2 являются:
1 – разработка и реализация методики получения статистических оценок при решении обратной задачи фильтрации по методу Монте-Карло и статистических оценок параметров тампонажных жидкостей;
2 – обоснование целесообразности перехода к универсальному закону распределения Грамма-Шарлье и экспоненциальному распределению для характеристики пористости массива, коэффициентов водопроводимости, пьезопроводности, фильтрации; нормального закона распределения параметров вязко-пластичных суспензий, а при 0 0 вследствие очевидного условия 0 0 – одностороннего нормального закона.
Таблица 3
Динамические напряжения сдвига и вязкости суспензий «Микродура»
| Состав, В : М по весу | Динамическое напряжение сдвига, Н/м2 | Динамическая вязкость, Нс/м2 (спз) | Стандарты | |
| динамическое напряжение сдвига, Н/м2 | Динамическая вязкость, Нс/м2 (спз) | |||
| Марка RF (удельная поверхность 12000 см2/г) | ||||
| 0,75 : 1 | 2,0810-3 | 19,0 10-3 (19,0) | 4,7210–4 | 2,5110–3 (2,51) |
| 1 : 1 | 0,2510-3 | 5,710-3 (5,7) | 2,6810–4 | 0,8010–3 (0,80) |
| 1,5 : 1 | 0,0310-3 | 4,010-3 (4,0) | 2,3110–4 | 0,4310–3 (0,43) |
| 2 : 1 | 0,0110-3 | 2,210-3 (2,2) | 1,7710–4 | 0,2910–3 (0,29) |
| Марка RU (удельная поверхность 16000 см2/г) | ||||
| 0,75 : 1 | 2,6810-3 | 27,910-3 (27,9) | 1,8910–4 | 1,7910–3 (1,79) |
| 1 : 1 | 1,1310-3 | 9,110-3 (9,1) | 0,7810–4 | 0,3510–3 (0,35) |
| 1,5 : 1 | 0,1810-3 | 5,910-3 (5,9) | 1,6010–4 | 0,4010–3 (0,40) |
| 2 : 1 | 0,0510-3 | 3,110-3 (3,1) | 1,7410–4 | 0,2210–3 (0,22) |
| Марка RX (удельная поверхность 24000 см2/г) | ||||
| 0,75 : 1 | 9,5610-3 | 267,710-3 (267,7) | 3,9710–4 | 27,0610–3 (27,06) |
| 1 : 1 | 1,5810-3 | 43,810-3 (43,8) | 0,6510–4 | 1,7410–3 (1,74) |
| 1,5 : 1 | 0,8110-3 | 7,210-3 (7,2) | 1,0810–4 | 0,3510–3 (0,35) |
| 2 : 1 | 0,4210-3 | 3,910-3 (3,9) | 0,6010–4 | 0,1410–3 (0,14) |
| Примечание. 1 – динамическая вязкость воды составляет 1 спз (сантипуаз); 2 – динамическая вязкость суспензий «Микродура» концентрации В : М 3 : 1 может быть принята равной динамической вязкости воды; динамическое напряжение сдвига равно нулю. Седиментация этих суспензий без проведения дополнительных мероприятий превышает 5 %; 3 – удельная поверхность «Микродура» RX, измеренная методом низкотемпературной адсорбции азота (с использованием аппаратуры Sortby-1750 фирмы Carlo Erba, Италия), составила 39000 см2/г, т.е. в 1,625 раз больше гарантированной фирмой-производителем. | ||||