Способ тампонажа обводненных горных пород с системной трещиноватостью

Способ тампонажа обводненных горных пород с системной трещиноватостью

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к шахтному строительству и предназначено для изоляции обводненных горных пород при проходке шахтных стволов, строительстве тоннелей и других капитальных горных выработок. Цель - снижение материальных затрат на проведение тампонажных работ путем уменьшение расхода тампонажного раствора (ТР). Для этого с поверхности бурят контрольные скважины для вскрытия и исследования всех проницаемых горизонтов, проводят в каждой скважине гидродинамические исследования, формируют из ТР изоляционную завесу четырехугольной формы. Нагнетание ТР ведут в режиме, определяемом неравенством Q≤0,05 M &Tgr;<SB POS="POST">о</SB>δ<SP POS="POST">2</SP> / 5,7 *98N, где Q - производительность оборудования, производящего нагнетание м<SP POS="POST">3</SP>/с

M - мощность водоносного горизонта, на котором формируют завесу, м

&Tgr;<SB POS="POST">о</SB> - динамическое напряжение сдвига ТР, Па

δ - минимальное раскрытие тампонируемых трещин, м

*98N - пластическая вязкость ТР, Па<SP POS="POST">.</SP>с. При этом сокращается объем ТР. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1

«9> SU «<> (51)5 Е 21 П li/38

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ, И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

АфЕЩ

64 (ЦрЫ г д.

Н А ВТОРСХОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 проходке шахтных стволов, строительстве тоннелей и других капитальных горных выработок, Цель — снижение материальных затрат на проведение тампонажных работ путем уменьшения расхода тампопажпого раствора (TP).

Для этого с поверхности бурят конт- рольные скважины для вскрытия и исследования всех проницаемых горизонтов, проводят в каждой скважине гидродинамические исследования, формируют из TP изоляционную завесу четы.рехугольной формы. Нагнетание TP ведут в режиме, определяемом неравен— ством О 40,05 И К /5,7<1, где производительность оборудования, производящего нагнетание, и >/с; M— мощность водоносного горизонта, на котором формируют завесу, м; 7 <, динамическое напряжение сдвига ТР, Па; I — - минимальное раскрытие тампонируемых трещин, м; <1 — пластическая вязкость TP Па с, При этом сокращается объем TP. 1 ил.

1 (21) 4265251/23-03 (22) 18.06.87 (46) 23.06.90. Бюл. h< 23 (71) Специализированное производственное геологическое объединение по тампонажпым и геологоразведочным работам "Спецтампонаятеология" (72) Э.Я.Кипко, Ю,A.Ïîëoçîâ, Ю.Н.Спичак, H.JI,Быков и А.Э.Кипко (53) 622.285.9 (088.8) (56) Кипко Э,Я. Комплексный метод тампонажа при строительстве шахт, M. Недра, 1984.

Трупак П, Г. Справочник по сооружению шахтных стволов специальными способами. — IT, Недра, 1980, с, 147150. (54) СПОСОБ ТАИПОНАЯЖ ОБВОДНЕННЫХ

ГОРНЫХ ПОРОД С СИСТЕ1<61ОЙ ТРЕЩИНОВАТОСТЫО (57) Изобретение относится к шахтному строительству и предназначено для изоляции обводненных горных пород при

Изобретение относится к горному делу, в частности к области шахтного строительства, и предназначено для изоляции обводненных горных пород, характеризующихся системной трещиноватостью, при проходке шахтных стволов, строительстве тоннелей и других капитальных горных выработок, Цель изобретения — снижение материальных затрат на проведение тампонажных работ путем уменьшения расхода тампонажного раствора.

На чертеже представлена схема тре" щиноватого массива с двумя системамн трещин, Способ осуществляется следующим образом.

С поверхности земли бурят контрольные скважины для вскрытия и исследования всех проницаемых горизонтов. В каждой скважине проводят гидроисследования, На основании проведенных гидроисследований рассчитывают параметры трещпноватости, скваж

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1573193 ность (m ), проницаемость (К, Г ), пр раскрытие трещин каядой из систем (д, и о ), определяют радиусы распространения раствора R, и R из

1 .Э условий прочности завесы на гидростатическое давление подземных вод.

Определяют объем тампонажного раствора V. необходимый для формирования изоляционной завесы в форме четырехугольника:

Ч 2М В. В.р где 1 1 — мощность водоносного горизонта, м;

Р и Р— радиусы распространения 5 раствора, м;

m — скважность, доли ед.

Определяют режимы нагнетания тампонажного раствора для формирования четырехугольной завесы по формуле

О 05 И о " о

5 7Ч. где Q — - производительность оборудования, производящего нагнетание, м /с;

И вЂ”; мощность водоносного горизонта, на котором формируют завесу, м;

2 — динамическое напряжение

0 сдвига тампонажного раство- 30 ра, Па;

J — минимальное раскрытие тампонируемых трещин, м;

q — пластическая вязкость тампонажного раствора, Па с. З5

Далее с поверхности земли бурят тампонажные скважины и через пакерующее устройство нагнетают в заданном режиме оптимальный объем тампоиажного раствора, формируя изоляционную заве- 4О

cy заданной четырехугольной формы, Как показывает расчет„ четырехугольная форма завесы получается в том режиме..нагнетания,.при котором проявляются, в основном, пластические 45 свойства глиноцементного раствора, Для доказательства этого факта рассмотрим течение вязкопластичного тампонажного раствора в системах трещин, Пусть трещиноватый массив представлен двумя системами трещин, пересекающихся в плане под острым углом, Среднее раскрытие трещин опной системы равно d другой — 1 ° Предположим, что в точку О нагнетается вязкопластичный раствор с постоянным расходом Q, Тогда любой отрезок трещины, находящийся между двумя точками пере-: сечения трещин, можно представить направленным отрезком-вектором, Направление такого отрезка совпадает с направлением скорости течения, В таком случае проекция направления любого направленного отрезка трещины на координатные оси ОХ и ОУ должна быть положительной . Любую точку контура распространения раствора можно соединить с точкой нагнетания ломаной линией, состоящей из последовательно соединенных направленных отрезков трещин. Если конец каждого предыдущего вектора-отрезка ломаной совпадает с началом ее последующего отрезка, то такой путь течения будет кратчайшим (например, путь 0-1-2-3-4 на чертеже). Очевидно, что потеря давления на любом таком пути течения должна быть одинаковой, если местные гидравлические потери в местах пересечения трещин незначительны. Обычно для вязких (ньютоновских) жидкостей такое пренебрежение оправдано.

С другой стороны отмечается, что местные гидравлические сопротивления для вязкопластичных жидкостей почти совпадают с таковыми для вязких жидкостей.

Кратчайший путь течения глиноцементного раствора состоит из и „ отрезков трещин с раскрытием с, и и отрезков трешин с раскрытием d

Если эти отрезки имеют длину 1„ и

1о, то справедливо уравнение

AP,n, +»

AP < — потеря давления в отрезке трещины с раскрытием d ;

P и — давление нагнетания;

P„ пластовое давление лодзем" ных вод, и и n - числа заполняемых раство 2 ром отрезков трещин с раскрытием Р, и с (эти числа не обязательйо целые).

Из чертежа следует, что

Х Y

n = — n

1 1 1 (2)

1 т где Х, — коэффициенты фиксированной точки контура распространения глиноцементного раствора, Подставляя значения и, и n из уравнения (2) в уравнение (1), получим: X " у др. — g лР— = P — Р = сопзЕ. ц к—

5 15

В уравнении (3) условие Р— Р =

= const обозначает, что этот перепад давления одинаков для всех кратчайших путей течения, выходящих.из точки нагнетания раствора. При этом очевидно, что такой путь должен удовлетворять отмеченным выше условиям (т.е. конец одного направленного отрезка трещины дол кен совпадать с началом другого) .

Уравнение (3) — уравнение прямой линии при 4Р, = const, 4P< = const, и, следовательно, контур распространения раствора будет ограничен прямыми линиями и тампонажная завеса, отражая симметрию трещин, будет иметь форму четырехугольника в любой момент времени нагнетания, Рассмотрим границы применимости этого вывода. Дпя вязкой жидкости, текущей в щели, справедлива зависимость Пуаэейля

8 4Р

Я

12 1 1 откуда

12 1а

ДР а

g$ t где q — - приведенный расход жидкости в трещине,; 1. — пластическая вязкость раствора;

d — - раскрытие трещины;

1 — протяженность трещины, Приведенный расход в каждом отрезке трещины разный а потеря давления в каждом отрезке решетки трещин будет зависеть от его местоположения относительно точки нагнетания (или координат). Поэтому в уравнении (3) перепады давлений 8 Р и 4 Р будут функциями координат,,и, очевидно, вывод о прямолинейности фронта распространения жидкости будет несостоятельным для вязкой жидкости.

Для вязкопластичной жидкости, в частности для глиноцементного раствора, справедлива следующая зависимость между расходом и перепадом давления (формула получена методом раздельного учета сил вязкости и пластичности):

12119, 21 Со

ДР=-- — -+ (5) рэ где С8 — динамическое напряжение сдвига раствора.

Из уравнения (5 ) следует, что в случае

73193 где

12 1ц (7)

Д 3

Подставляя в уравнение (6) выражения (7) и (5), получим

12 1а/ д — — — 0 05

121 1а 218

+ фз или . 0 05 7 о - с

5,7 1 (8) 40

Учитывая что q -= -где Q — - расИ ход насоса, 1« — мощность горизонта, получим:

45 0 051«" d о (9)

5, 7 1

Следовательно, при расходах насоса, удовлетворяющих неравенству (9), вязкие силы почти не оказывают влияния

50 на гидравлические потери давления при течении раствора в трещине и, следовательно, форма завесы будет четырехугольной °

Так как площадь вписанного в

55 эллипс четырехугольника меньше площа-ди эллипса, то объем раствора, необходимый для тампонажа, при нагнетании в режиме, удовлетворяющем условию (9), сократится ° .

12 1а 21, — — -- с(— r-g3 перепад давления ДГ будет зависеть только от реологических свойств

5 раствора и геометрических размеров трещины, т,е, будет выполнятьгя условие

ЛР = const, 4Р = const и уравнение (3) будет давать прямолинейные границы фронта распространения раствора, т.е, форма завесы будет четырехугольной.

Таким образом доказано, что в случае преобладания пластических сил тампопажная завеса будет ограничена прямыми линиями, а положение симмет" рии решетки (см, чертеж) трещин приводит к ее четырехугольной форме.

20 Обычно считается, что некоторой величиной можно полностью пренебречь, если погрешность от пренебрежения не будет превышать 5 .

Обозначим слагаемое, учитывающее

25 силы Вязкости. в уравнении (5) через

8 . »> À>>

4Р8 — (0,05, (6) 1573!93

Формула изобретения

Составитель Л.Березкина

Редактор Г.Папп Техред Л.Сердюкова Корректор О.Кравцова

Заказ 1630

Тираж

388 Подписное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/5

ВНИИПИ Государственного

113035, Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðoä, ул. Гагарина, 101

Таким образом, нагнетание раствора в систему трещин с расходом опредеЭ f ляемым из условия (9,), приводит к

=IKoHohBIH глиноцементного тампонажного материала.

Способ тампонажа обводненных гор- 10 ных пород с системной трещиноватостью, включающий бурение скважин, проведеНие в них гидродинамических исследований и последующее нагнетание тампойажного раствора для формирования изоляционной завесы, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью снижения материальных затрат на проведение тампонажных работ путем уменьшения расхода тампонажного раствора, изоля- щ ционную завесу формируют четырехугольной формы, а нагнетание тампонажного раствора ведут в режиме, определяемом неравенством

< 0 05 МС сР

5,7 где Π— производительность оборудования, производящего нагне- тание, м З/с;

М вЂ” мощность водонасосного горизонта, на котором формируют завесу, м;

С вЂ” динамическое напряжение сдвига твмпонажного раствора, Па; с — минимальное раскрытие тампонируемых трещин, м; пластическая вязкость тампонажного паствора, Па с,