Обзор программных продуктов используемых для геологического моделирования

Рис 10.2 Конструкция центри-фуги.

а - расчётная схема  для определения основных параметров; б - конструктивная схема.

1 - фундамент; 2 - вертикальная  ось; 3 - подшипники; 4 - коромысло; 5 - вилки для крепления подвесок; 6 - каретки; 7 - электродвигатель постоянного тока; 8 - коллектор; 9 - основание модели; 10 - модель.

Современные центрифуги позволяют испытывать модели высотой  до 0,4—0,5 м. Обычно применяемый масштаб  центробежного моделирования n находится в пределах от 20 до 500 в зависимости от решаемых задач.

Метод центробежного  моделирования с успехом и  большой степенью надежности применяют  при решении задач, связанных  с определением размеров устойчивых потолочин камер, оптимальной формы и параметров бортов карьеров и отвалов, давления обрушенных пород на днища очистных блоков, влияния длительной нагрузки на крепь капитальных выработок, пройденных в пластичных глинистых породах и др. Использование специальных устройств позволяет моделировать в центрифуге одновременное действие статического поля напряжений и динамического поля, создаваемого при взрывных работах.

Одним из достоинств центробежного  моделирования является то, что это  единственный из методов моделирования, в котором благодаря использованию  натуральных горных пород соблюдается  соответствие между размерами частиц и молекул. Для некоторых задач  это имеет важное значение.

Вместе с тем метод  центробежного моделирования имеет  ряд ограничений. Одно из них состоит  в том, что, строго говоря, центробежное моделирование не обеспечивает однородности механического силового поля. Это  обстоятельство, а также технические возможности ограничивают предельные размеры моделей по высоте и возможные глубины моделируемой толщи пород.

При центробежном моделировании  крайне затруднительно или даже невозможно воспроизводить слоистые толщи разнородных  по составу и свойствам пород. Большие технические трудности представляет воспроизведение в модели перемещения забоя во времени.

 

1.3. Метод эквивалентных материалов

В отличие от метода центробежного  моделирования в методе эквивалентных  материалов взамен натуральных горных пород используют некоторые искусственные материалы, эквивалентные породам моделируемой толщи, механические характеристики которых в принятом масштабе моделирования удовлетворяют соотношению (10.5).

Модели изготавливают  в испытательных стендах, представляющих собой жесткие рамные металлические конструкции Для изготовления и испытания плоских моделей, выполненных в разрезе по простиранию перпендикулярно к плоскостям напластования, слоистости или полосчатости моделируемой толщи, применяют стенды, подобные представленному на рис 10.3.

а Фото, рис. 45а, стр.135

«Основы мех.г.п.»

б Фото, рис. 45б, стр.135

«Основы мех.г.п.»

Рис. 10.3. Стенд для моделирования  на эквивалентных материалах (а) и  модель слоистой толщи после «разработки» (б).

 

Если необходимы плоские модели, выполненные для наклонного залегания пород в разрезе вкрест простирания, применяют поворотные стенды. Для объемных моделей служат трехмерные поворотные стенды.

В зависимости от решаемых задач  моделирование ведут в различных  геометрических масштабах: мелких, от 1:400 до 1:100, или крупных, от 1:60 до 1:10. Толщи слабых пород моделируют только в крупных масштабах.

Разделение толщи пород  в модели на отдельные слои обеспечивают путем присыпки поверхности каждого  слоя крупной молотой слюдой, трещиноватость или кливаж воспроизводят насечкой только что изготовленных слоев  до отвердения или схватывания материалов.

Метод эквивалентных материалов позволяет с большой степенью детальности проследить процессы деформирования в толще пород при движении забоя выработки, особенно с разрывом сплошности, что обычно исключено при других методах моделирования. Вследствие этого метод эквивалентных материалов является весьма эффективным, благодаря чему он получил широкое применение при решении различных задач геомеханики.

 

1.4. Поляризационно-оптический метод моделирования

Поляризационно-оптический, или просто оптический метод моделирования является примером аналогового моделирования.

Оптический метод моделирования  позволяет устанавливать распределение  и значения напряжений в массивах пород и элементах сооружений любой конфигурации, когда деформации модели происходят без разрыва сплошности. Метод основан на свойстве большинства прозрачных изотропных материалов, называемых оптически чувствительными, при приложении механических нагрузок приобретать оптическую анизотропию и проявлять способность двойного лучепреломления. Последнее заключается в том, что луч света, проходя через напряжённую прозрачную кристаллическую среду, разлагается на две взаимно перпендикулярные плоскополяризованные составляющие, распространяющиеся внугри среды с различной скоростью.

В частности, для задач  геомеханики весьма удобно применение органических стекол и эпоксидных смол. При этом в пластинках из указанных материалов в заданном масштабе вырезаются контуры изучаемых выработок (или систем выработок), вокруг которых исследуется распределение напряжений при различных схемах нагружения пластинок по контуру растягивающими или сжимающими силами.

 

1.5. Другие методы моделирования

Для решения задач, связанных  с динамическими процессами в  породных массивах в настоящее время  часто применяют электроаналоговые  методы моделирования, т. е. методы электрического моделирования механических полей.

Электрические модели могут  быть двух типов. В одном из них  — методе электрогидродинамических аналогий (ЭГДА), предложенном в 1922 г. академиком АН СССР Н. Н Павловским, используют меняющиеся электрические свойства сплошной проводящей среды.

Другой, известный под  названием метода электрических сеток прямой аналогии (ЭСПА), предусматривает замену сплошной среды сеткой из некоторых элементарных электрических ячеек, параметры которых назначают, исходя из свойств среды в механической системе и критериев подобия. Электрические ячейки — элементы напряжения, силы тока, индуктивности, емкости — служат аналогами механического напряжения, скорости упругого смещения, массы, податливости элементарных объемов моделируемого массива пород.

При решении задач  геомеханики наряду с применением  различных методов для решения  поставленных задач используют также  методы, представляющие собой комбинации различных принципов моделирования, например принципа центробежного моделирования и принципа поляризационно-оптического метода, либо метода эквивалентных материалов и центробежного моделирования.

Метод, сочетающий принцип  метода эквивалентных материалов и  принцип центробежного моделирования, получил научную, технологическую разработку и широкое применение в результате многолетних (с 1946 г.) исследований Криворожского научно-исследовательского горнорудного института (НИГРИ), проводившихся под руководством профессора И. Р. Ривкина.

Сущность данного комбинированного метода состоит в том, что взамен модели из натуральных горных пород, применяемой в методе центробежного моделирования, модель изготавливают из эквивалентных материалов, механические характеристики которых удовлетворяют условию геометрического подобия в некотором достаточно крупном геометрическом масштабе, например, 1/10. Модель помещают в центрифугу и подвергают нагружению при параметрах вращения, определяемых масштабом центробежного моделирования 1/20. В данной комбинации двух методов общий геометрический масштаб модели будет равен произведению этих двух геометрических масштабов, т. е. 1/200, в котором и необходимо изготовить все элементы модели, подготавливаемой к испытаниям.

Изложенный подход существенно  расширяет технические возможности  изготовления материалов и испытания моделей в широком диапазоне геометрических масштабов.

Объемные модели из оптически  чувствительных материалов также обычно нагружают с использованием центрифуги, сочетая в этом случае принципы оптического  метода и метода центробежного моделирования.

Часто используют в сочетании  оптический метод и метод эквивалентных  материалов. Например, оптическим методом  изучают с наибольшей детальностью распределение напряжений в зоне опорного давления, а методом эквивалентных  материалов для тех же условий  исследуют развитие деформаций толщи с разрывом сплошности и механизм взаимодействия сдвигающихся пород с крепью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Обзор программных продуктов используемых для геологического моделирования

 

1. ROXAR

 

Компания Roxar представляет современный программный комплекс RMS (Reservoir Modeling System), предназначенный для построения детальных геолого-технологических трехмерных моделей месторождений и управления ими.

Обоснованные решения  по разработке и управлению месторождениями  должны базироваться на исчерпывающем понимании месторождения, которое включает в себя не только его статические параметры, но и динамические характеристики. Вся эта информация наилучшим образом может быть представлена в виде 3D геологической модели.

RMS предоставляет пользователям наглядную визуализацию и легкое в использовании техническое окружение, в котором можно достаточно быстро создавать модели и получать качественные результаты. Кроме этого RMS позволяет интегрировать разнообразные данные и различных специалистов, проводить контроль качества данных и результатов, решать различные повседневные задачи, такие как построение карт, подсчет запасов, оптимизацию размещения скважин и анализ чувствительности.

В RMS могут быть загружены данные из различных источников и в различных масштабах: результаты геофизической интерпретации, петрофизического анализа, описания скважин, седиментологические модели, 2D структурные карты и карты параметров, данные разработки. Все это объединяется в общей модели данных, одновременно проходя проверку качества и, при необходимости, корректировку. Эта возможность по интеграции разномасштабных данных из разных источников помогает специалистам, занимающимся моделированием месторождений, глубже понять его строение и быть уверенными в том, что модель дает его точное описание

Программный комплекс RMS состоит из нескольких взаимосвязанных, но независимых модулей. Все модули используют общий интерфейс, модель данных и визуализацию. Каждый модуль предоставляет набор специализированных инструментов, предназначенных для решения задач на определенном этапе моделирования.

Программное обеспечение  Roxar  помогает  Вам определить оптимальную стратегию разработки месторождения и оценить риски.

Рабочая область RMS состоит из нескольких областей, которые настраиваются отдельно. Основное меню программы cодержит ряд стандартных пунктов, знакомых по работе с ОС Windows и офисными приложениями.

Меню Tools,  очень полезен при работе с проектом. В данной панели можно задать параметры координатной системы для импорта/экспорта. Например, можно задать смещения по осям или угол поворота (секции, выделенные большим черным прямоугольником). В RMS глубины по умолчанию отсчитываются от 0 вниз со знаком «+». Если в ваших исходных данных глубины отрицательные, то необходимо просто при импорте переключиться с Down на Up. Не забудьте после импорта данную опцию отключить, иначе экспорт будет также выполнен с обратно - ориентированной осью Z. Данная панель содержит множество настроек, которые влияют на общий внешний вид программы.

При запуске RMS, создании нового проекта или добавлении новой закладки область Viewer выглядит как приведено на рисунке слева.

В данной области содержатся кнопки быстрого доступа для создания всех типов окон визуализации.

Вы можете видеть, что  для приведенного примера в верхней части области уже есть какие-то закладки. Для того чтобы в рабочем проекте создать новое окно Viewer, необходимо нажать на «+».

Поле Viewer может содержать любое количество окон визуализации разных типов, которые сохраняются в закладке Views.

Ниже приведены несколько  примеров окон визуализации объектов: 3D view, в котором можно визуализировать объекты в трехмерном пространстве, Intersection view для визуализации разрезов различных типов. На странице для презентаций (Page for presentation or printing) может быть размещено несколько окон разных типов единовременно.

Начиная с 2011 версии, в RMS появилась новая область окна проекта, которая называется Views. Данная область содержит абсолютно все окна, существующие в проекте, которые сгруппированы в папки. При создании окна любого типа, оно автоматически сохраняется в списке панели Views.

Удалить окно Вы можете только в данной панели. В панели Viewer Вы можете просто выключить ненужные окна, закрыв их.

Меню объектов содержит список всех операций, которые можно выполнить для объектов данного контейнера или выбранного объекта. Меню можно вызвать, выбрав необходимый контейнер или объект ЛКМ, и список операций будет зависеть от выбранного элемента модели. Объекта данных дерева проекта, загруженные  в проект или полученные в результате расчетов и операций,  могут быть расположены в трех областях: Modelling, Clipboard, Library.