Том 276 Вып. 2

Проведены комплексные исследования алмазов карнийского яруса Булкурской антиклинали северо-востока Сибирского кратона. Выделены два наиболее распространенных на участке Булкур типа алмазов: додекаэдроиды со шрамами и кристаллы V-VII разновидностей по классификации Ю.Л.Орлова. Эти группы характеризуются облегченным изотопным составом углерода δ13С от –19,6 до –24,7 ‰, различаясь между собой по морфологии, концентрации и формам агрегирования азота, а также составу расплавных включений. Впервые изучены субмикроскопические включения в алмазах этих групп. Такие включения в додекаэдроидах по сравнению с алмазами V-VII разновидностей менее железистые (в среднем 12 и 31 мас.% FeO), а также более обогащены калием (в среднем 5,5 и 1,7 мас.% K2O). Сделан вывод, что изученные додекаэдроиды со шрамами из карнийских отложений Булкурской антиклинали представляют отдельный тип алмазов, характерных для северо-востока Сибирской платформы. Предполагается докембрийский возраст коренных источников и попадание алмазов в триасовые и более молодые россыпи в результате размыва протерозойских прибрежно-морских отложений в пределах выступов докембрия, в частности на Оленекском поднятии.

Бурение горизонтальных скважин (ГС) с многостадийным гидроразрывом пласта (МГРП) является одним из наиболее частых решений при разработке низкопроницаемых нефтяных и газовых коллекторов. При этом осложнена оценка параметров системы пласт – скважина по данным гидродинамических исследований (ГДИ) ввиду нереалистичных времен получения отклика на радиальный режим течения. Устранить эту неопределенность возможно, используя данные раннерадиального режима, возникающего на начальном этапе записи кривой восстановления давления (КВД). Однако для его проявления необходимо, чтобы расстояние между трещинами вдоль горизонтального ствола было достаточно большим по сравнению с полудлинами трещин. На практике это условие обычно не выполняется, что делает невозможным такой способ оценки гидропроводности пласта. В то же время ГС с МГРП характеризуются сложным характером КВД, что связано с особенностью взаимодействия трещин. Поведение КВД на раннем периоде замера зависит от длительности отработки скважины перед остановкой, подобно КВД в скважине вблизи непроницаемой границы пласта. Впервые выявлено, что для достаточно коротких времен отработки на раннем этапе КВД может проявляться радиально подобный режим, вызванный формированием эллиптического течения вокруг трещин. Доказана устойчивость данного режима и взаимосвязь положения графика производной давления с параметрами формируемого эллиптического течения. Получена эмпирическая формула, обеспечивающая оценку коэффициента гидропроводности пласта по данному режиму с достаточной точностью для часто встречающегося на практике диапазона параметров геометрии ГС с МГРП. Результаты работы расширяют возможности достоверной оценки параметров системы пласт – скважина для ГС с МГРП в низкопроницаемых коллекторах по данным ГДИ, включая исследования новых скважин в процессе освоения или при запуске после длительного простоя.

Образование полимодальных распределений частоты встречаемости размеров песчаных фракций обусловлено изменением кинетической энергии водной среды в процессе отложения осадков в открытых системах-фациях. Повышение релевантности информации о палеоусловиях осадконакопления имеет большое значение в интерпретации результатов гранулометрического анализа. В качестве материалов исследований были взяты результаты гранулометрического анализа песчано-алевритовых отложений различных пластов в скважинах, находящихся на территориях нефтегазовых месторождений п-ва Ямал. На основе кинематической теории преобразования открытых систем определено уравнение зависимости размеров отложенных фракций от их кинематических параметров – периода времени и расстояния отложения. Это позволяет вычислить их в исследуемой фациальной системе по данным размеров и процентного содержания фракций в диапазоне диаметров 0,001-1 мм. Целью работы является представление результатов выявления фаций на основе вычислений кинематических параметров потока зерен песка и мелкодисперсных частиц с использованием уравнения интенсивности процессов преобразования открытых систем в рамках универсальной кинематической теории. Параметром, обладающим наибольшей информативностью, является расстояние переноса частиц при отложении, которое контролируется размером осаждающихся зерен. Изменение величины данного параметра зависит от перемены угла наклона поверхности дна, размеров частиц, глубины отложения. Сопоставляя величину вычисленного параметра с диаметром фракций, можно провести идентификацию исследуемой зоны с ее фациальной принадлежностью.

Теоретически и экспериментально обоснован перспективный метод модификации сапонита (интеркаляция), обеспечивающий его высокую сорбционную емкость по отношению к золоту. Модификация сапонита, выделенного из оборотной воды хвостохранилища обогатительной фабрики, осуществляется путем перемешивания суспензии минерала и ацетона с поверхностно-активным веществом гексадецилтриметиламмония бромид (CTAB), четырехкратной промывкой этанолом и дистиллированной водой, сушкой. Механизм интеркаляции сапонитсодержащего продукта заключается во внедрении в межслоевое пространство положительно заряженных катионов органических соединений путем катионного обмена или адсорбции, что приводит к расширению слоев минерала, резкому смещению дзета-потенциала в положительную сторону. Появление полос в ИК-спектральном интервале 1460-1490 и 2850-2920 см^–1, относящихся к деформационным и валентным колебаниям группы CH₂ соответственно, подтверждает успешное внедрение молекул CTAB в структуру минерала. В результате исследований максимальной сорбционной емкости модифицированного сапонита установлено, что при исходной концентрации золота 22,6 мг/л полное извлечение достигается уже через 7,5 мин. Максимальная статическая обменная емкость модифицированного сапонита была достигнута после контакта с третьей порцией свежего золотосодержащего раствора и составила 100,5 мг/г. Изотермы сорбции золота соответствуют модели Ленгмюра, основанной на том, что на поверхности модифицированного сапонита образуется мономолекулярный сорбционный слой, и все активные места обладают равной энергией и энтальпией сорбции. При этом кинетические зависимости сорбции наилучшим образом описываются моделью псевдовторого порядка, предполагающей, что химическая реакция обмена лимитирует процесс сорбции. Установлено, что интеркаляция сапонита гексадецилтриметиламмонием бромида обеспечивает более эффективную сорбцию отрицательно заряженных комплексных ионов золота ([AuCl₄]^–). Рассчитанная равновесная статическая обменная емкость модифицированного сапонита составила 92-119 мг/г, экспериментально установленная – 102 мг/г.

Недавние исследования прогнозирования петрофизических и механических свойств карбонатных пород, объединяющие текстурные и микроструктурные наблюдения с геотехническими измерениями, вызвали бурное обсуждение. Некоторые исследователи представляют надежные экспериментальные методы и новые идеи, другие придерживаются менее строгих подходов. В Средиземноморском регионе мелководные калькарениты обнажаются как вдоль береговой линии, так и на суше. Как правило, это мягкие карбонаты с пористостью открытого типа, контролируемые осадочными породами и постседиментационными процессами. Их прочность в первую очередь зависит от типа и количества карбонатного цемента, а на напряженно-деформированное состояние значительно влияет присутствие воды. Прочность и жесткость заметно снижаются при переходе от сухого к насыщенному состоянию. Хорошо сцементированные калькарениты с ранним и поздним диагенетическим цементом хрупкие как в сухом, так и в насыщенном состоянии, тогда как плохо сцементированные типы только с ранней карбонатной цементацией хрупкие в сухом состоянии и от псевдопластичных до пластичных в насыщенном состоянии. В гидравлических свойствах калькаренитов преобладают системы двойной пористости, объединяющие микро- и макропоры, играющие ключевую роль в механизмах и моделях распада. В исследовании литературные данные сравниваются с результатами лабораторных анализов литофаций калькаренита из Апулии и Базиликаты (Южная Италия), что дает новое понимание их механических, физических свойств и долговечности.

Цель работы – совершенствование метода прогноза геомеханических процессов при строительстве горных выработок в упругопластическом породном массиве с дилатансией. Приведены результаты экспериментальных исследований объемной прочности горных пород и особенностей развития объемных деформаций при пластическом сдвиге. Показано проявление дилатансии горных пород, представлены диаграммы изменения объемных деформаций пластического сдвига при различной величине достигнутых сдвиговых деформаций. Выполнена обработка результатов испытаний горных пород с использованием условия пластичности А.Н.Ставрогина. Предложено новое аналитическое решение задачи прогноза напряженно-деформированного состояния породного массива в зоне развития неупругих деформаций на основании условия пластичности А.Н.Ставрогина, в том числе уравнения для расчета зоны предельного состояния пород в окрестности горной выработки. Представлен алгоритм прогноза напряженно-деформированного состояния породного массива. Изучены закономерности связи размеров зоны предельного состояния породного массива в окрестности горной выработки с параметрами дилатансии горных пород, коэффициентом бокового распора и глубиной заложения выработки. Исследован характер развития смещений контура горной выработки кругового очертания в постановке плоской деформации при различных параметрах условия пластичности и показателях дилатансии горных пород. Выполнено внедрение условия пластичности А.Н.Ставрогина в программный комплекс Abaqus. Результаты исследований позволили установить область применения аналитического решения. Оно сохраняет физический смысл только при формировании зоны предельного состояния в окрестности всего контура горной выработки. Представленный подход к численному решению не содержит это ограничение и может распространяться на произвольное геомеханическое состояние породного массива и на любую форму сечения горной выработки.

Рассмотрены условия кристаллизации предельно насыщенных рассолов хлоридов кальция, калия, магния Ангаро-Ленского артезианского бассейна, Сибирская платформа (СП), при температурах, соответствующих фактическим температурным условиям в скважинах Ковыктинского газоконденсатного месторождения участка «Литий». Этот важнейший тип литиеносного сырья отнесен к трудноизвлекаемым запасам. В большинстве скважин глубиной до 2,2 км температура горных пород верхней части геологического разреза ниже 20 °C, и в процессе работы скважины из предельно насыщенных хлоридных магниево-кальциевых рассолов в эксплуатационной колонне выпадают в осадок различные соли. В результате происходит быстрое зарастание скважин и прекращение их продукции. Термодинамический анализ фазовых диаграмм показывает, что в зависимости от температуры кристаллизуются антарктикит CaCl₂·6H₂O, тахгидрит Mg₂CaCl₆·12H₂O, небольшие количества карналлита KMgCl₃·6H₂O, бишофита MgCl₂·6H₂O и некоторых других хлоридов. При температуре выше 55 °C количество выделяющихся солей незначительное. Термогидродинамическое моделирование эксплуатации одиночной фонтанирующей скважины для гидрогеологических условий, близких к условиям Ковыктинской площади на юге СП, показало принципиальную возможность длительной (от месяца до года) эксплуатации предельно насыщенных хлоридно-натриевых и хлоридно-кальциевых литиеносных рассолов с добычей лития от 31,2 до 4,2 т на одну скважину.

Рассматривается необходимость совершенствования стандартных методов трехосных испытаний для описания механического поведения соляных пород. Трехосные испытания являются важным инструментом для определения прочностных и деформационных характеристик горных пород, однако существующие стандарты часто не учитывают специфические особенности солей, такие как значительная пластичность, ползучесть, чувствительность к температурным изменениям, способность залечивания дефектов. В работе подчеркивается критическая важность учета больших деформаций и изменений объема образцов в ходе испытаний, что позволяет более точно моделировать поведение соляных пород. Предлагается введение в стандарты известных коррекционных уравнений для учета объемных деформаций и использования меры деформации Генки. Результаты экспериментальных исследований образцов природных соляных пород и техногенных геоматериалов на их основе демонстрируют существенные погрешности в определении напряженно-деформированного состояния при применении традиционных методов обработки данных без учета специфики солей. Выводы работы предполагают необходимость пересмотра существующих стандартов на трехосные испытания с учетом предложенных подходов, что позволит повысить точность и воспроизводимость данных, критически важных для математического моделирования геомеханических процессов и проектирования в целом.