Способ определения напряженного состояния массива горных пород

Способ определения напряженного состояния массива горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения геомеханического состояния массива горных пород. Цель - расширение области применения и одновременного повышения точности и достоверности. Для этого бурят измерительную скважину и герметизируют ее участок пакерами. В образованное межпакерное пространство (МПП) подают жидкость при замкнутой гидросистеме (ГС) до образования трещины разрыва. Одновременно с процессом нагружения регистрируют акустическую эмиссию (АЭ) горных пород с момента их разрыва до установления давления, характеризуемого интенсивностью J<SB POS="POST">этал</SB> и достаточного для поддержания полученной трещины в открытом состоянии. После гидроразрыва при замкнутой ГС определяют время &Tgr;<SB POS="POST">уст</SB>, расход жидкости W<SB POS="POST">уст</SB> от момента разрыва до установления стационарного состояния и интенсивность акустических импульсов пород J<SB POS="POST">раз</SB> на нисподающей части кривой давления. Затем жидкость из ГС сбрасывают и нагнетают ее в МПП повторно, ступенями, до момента появления АЭ с интенсивностью J<SB POS="POST">этал</SB>. После этого жидкость в МПП Подают непрерывно и равномерно со скоростью, равной величине отношения W<SB POS="POST">уст</SB>/&Tgr;<SB POS="POST">уст</SB>, и прекращают нагнетание при регистрации в массиве акустических импульсов с интенсивностью J<SB POS="POST">раз</SB>. По величине давления при интенсивности АЭ J<SB POS="POST">раз</SB> и по давлению после установления повторного стационарного состояния с интенсивностью J<SB POS="POST">этал</SB> определяют напряжение при повторном раскрытии трещины и давление покоя. Способ исключает образование вторичных концентратов напряжений в самой трещине разрыва и по стальной поверхности скважины внутри интервала измерений. 1 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4625660/22-03 (2 ) 26.12,88 (46) 30.11.90. Бюл. hk 44 (71) Институт физики и механики горных пород АН КиргССР (7 ) И.Т.Айтматов, А.В.Корн, К.Ч.Кожогулов, К.Тома, У.Гросс и И.Коварик (DD) (53 622.023(088.8) (56 Авторское свидетельство СССР

М 1375817, кл. Е 21 С 39/00, 1986. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ

ПО,РОД (57) Изобретение относится к горному делу и п едназначено для определения геомехани еского состояния массива горных пород.

Цель — расширение области применения и одНовременное повышение точности и достоверности. Для этого бурят измерительную скважину и герметизируют ее участок пакерами. В образованное межпакерное пространство (МПП) подают жидкость при замкнутой гидросистеме (ГС) до образования трещины разрыва. Одновременно с процессом нагружения регистрируют акустическую эмиссию (АЭ) горных пород с момента их разрыва до установления давления, характеризуемого интенсивностью 3зтал и

Изобретение относится к горному делу, в частности к способам определения геомеханического состояния массива горных пород.

Целью изобретения является расширение области его применения и одновременное повышение точности и дострверности.

На чертеже представлена скважина, вертикальный разрез.

„„5U„„1610009 А1 достаточного для поддержания полученной трещины в открытом состоянии. После гидроразрыва при замкнутой ГС определяют время густ, расход жидкости М/уст от момента разрыва до установления стационарного состояния и интенсивность акустических импульсов пород Jpaa на ниспадающей части кривой давления. Затем жидкость из ГС сбрасывают и нагнетают ее в МПП повторно, ступенями, до момента появления АЭ с интенсивностью Ja a}}. После этого жидкость в МПП подают непрерывно и равномерно со скоростью, равной величине отношения у}/ус /ту с., и прекращают нагнетание при регистрации в массиве акустических импульсов с интенсивностью Jpaa. По величине давления при интенсивности АЭ Jpaa, и по давлению после установления повторного стационарного состояния с интенсивностью Jara определяют напряжение при повторном раскрытии трещины и давление покоя.

Способ исключает образование вторичных концентраторов напряжений в самой трещине разрыва и по остальной поверхности скважины внутри интервала измерений. 1 ил.

На фиг,1 обозначены: исследуемый массив горных пород 1, измерительная скважина 2, межпакерное пространство 3, пакеры

4 зонда гидроразрыва, зонд гидроразрыва

5, рабочий агент (жидкость) 6, гидропровод

7 высокого давления, гидронасос 8, трещина гидроразрыва 9, пьезодатчик 10, линия 11 электрического канала, акустический анализатор 12, манометр 13, самописец-рэсходо: мер 14.

1610009

Способ осуществляется в следующей последовательности операций, В исследуемом массиве 1 колонковым снарядом бурят скважину 2. После ее тщательной очистки скважину 2 герметизируют пакерами 4 зонда гидроразрыва 5, В образованное межпакерное пространство 3 подают жидкость 6 по гидропроводу 7 высокого давления посредством насоса 8. В качестве рабочей жидкости 6 используют технические масла для гидросистем. Жидкость 6 подают периодически, ступенчато увеличивая давление в гидросистеме на

Р =2 — 5 МПа с выдержкой времени в каждой ступени 3 — 5 мин, Давление увеличивают до образования трещины гидроразрыва 9. Величина давления регистрируется по манометру 13, в качестве которого чаще всего используется самопишущий прибор, а для регистрации расхода жидкости N/(t) используется самопишущий расходомер часового типа, Величина времени t на таких расходомерах определяется по клеткам ленты записи, Величина давления в гидросистеме, при, :агорой произошел гидроразрыв, обозначается через Рс1 °

Одновременно с увеличением давления от 0 до Рс регистрируют интенсивность акустической эмиссии пород после каждой ступени нагружения и фиксируют величину интенсивности J p» с момента возникновения гидроразрыва на ниспадающей части кривой давления, После гидроразрыва скважины и образования трещины 9 определяют по ленте с самописца 14 расход й/уст жидкости 6 и длительность промежутка времени Г уст от момента гидрсразрыва до установления стационарного состояния Р =Р» при замкнутой гидросистеме, а по данным, поступившим с пьезодатчика 10 на анализатор 12 по линии 11 электрического канала, определлют интенсивность акустической эмиссии пород Ja » на момент наступления указанного стационарного состояния. Затем сбрасывают жидкость из гидросистемы и нагнетают ее в межпакерное пространство 3 повторно ступенчато до момента появления акустической эмиссии с интенсивностью Ja»n. С этого момента жидкость в межпакерное пространство 3 подают непрерывно и равномерно со скоростью

{удельным расходом, дебетом), равной величине о ношения Vlycz/куст, и прекращают иа нетание при регистрации в массиве акустических импульсов с интенсивностью р». Фиксируют величину давления Рс2 в гидросистеме на этот момент времени. Зна15

55 чение давления Pay, имеющее место после установления повторного стационарного состояния, принимают за величину повторного раскрытия трещины, Величины напряжений рассчитывают по следующим общепринятым формулам (рассматривается случай, когда скважина вертикальная и пробурена в направлении минимального главного напряжения матч = 03

Pat ог = о — промежуточное нормальное главное напряжение (горизонтальное);

Рз2= Оз =0 v — вертикальное напряжение; ст „= < 1 = 3 о г — Pgy= 3P,1 — ЗР г максимальное главное напряжение (горизонтальноее).

Следовательно, определение времени т ycz и расхода жидкости Wyc p от момента разрыва до установления стационарного состояния при замкнутой гидросистеме с последующим сбросом жидкоСти из гидросистемы и повторным нагнетанием ее в межпакерное пространство ступенями до момента появления акустической эмиссии с интенсивностью Japan и после этого непрерывное и равномерное нагнетание жидкости в межкамерное пространство со скоростью, равной величине отношения уст/ круст, и прекращение нагнетания при регистрации в массиве акустических импульсов с интенсивностью Jpaa, определение значения величины давления после установления повторного стационарного состояния с интенсивностью эмиссии пород

Jsran, принятие за величину напряжения повторного раскрытия трещины обеспечивает возможность .определения фактических значений напряжений в реальном массиве горных пород, а также за счет точного и объективного определения величины давления, достаточного для поддержания трещины в равновесном состоянии, и величины давления повторного раскрытия трещины в режиме непрерывного и равномерного раскрытия трещины со скоростью, равной скорости ее естественного роста, что исключает образование вторичных концентраторов напряжений как в самой трещине разрыва, так и поостальной поверхности скважины внутри интервала измерений.

fl р и м е р. Бурили три скважины глубиной 10 м в ортогональных направлениях.

Горизонтальные скважины ориентировали исходя из полученных ранее направлений главных напряжений.

Скважина 2//îH -(71 .

Рс1 12МПа; Jpaa = 3 10 имп/10с; PI = . э

-3 МПа;

1610009

Ps)= 10 МПа; /атал = 25 имп/10 с;

М/уст /Z óñò = 0 049 cM /C. з

Рcz = 12,5 МПа: .)атал = 25 имп/10с, Psz = 11 МПа;.)раз=(2,8 — 3) 10 имп/10 с. оп= 11 МПа.

ov 30n — Pcz =33-12 5 =205 МПа.

Скважина 1//ст n — = и з

Ps) = 0 v = 20,5 МПа, Pcz = 12 МПа;

Рэг= o п =11 МПа;

/этал = 40 имп/10 с, Jpaa = 2,5 - 10" имп/10с.

/,эзрал =,40 имп/10с;

Wyct/ уст = 0,058 см /с. (7 н = o1 = 3 0 n — Pcz = 33 — 12 = 21 МПа.

Таким образом, окончательно имеем:

o n = 11 МПа.

o v = 20,5 МПа. о н =21,0 МПа.

Применение способа в горной промышленности позволяет оперативно на этапе геологоразведочных и горно-подготовителЬных работ определять фактические значенйя напряжения в реальном массиве, а соответственно, обеспечивает возможность в значительной мере уточнить расчеты предельных параметров конструктивных элементов систем разработки, Формула изобретения

Способ определения напряженного состояния массива горных пород, включающий бурение измерительной скважины и герметизацию ее участка пакерами, периодическую подачу жидкости при замкнутой гидросистеме в образованное межпакерное пространство до образования трещины разрыва и одновременную с процессом нагружения регистрацию акустической

5 эмиссии пород с момента их разрыва до установления давления, характеризуемого интенсивностью Латал, достаточного для поддержания оплученной трещины в открытом состоянии, отличающийся тем, 10 что, с целью расширения области его применения и одновременного повышения точности и достоверности, после гидроразрыва скважины при замкнутой гидросистеме определяют время круст. расход жидкости И/уст

15 от момента разрыва до установления стационарного состояния и интенсивность акустических импульсов пород /раэ на ниспадающей части кривой давления, после чего сбрасывают жидкость из гидроси20 стемы и нагнетают ее в межпакерное пространство повторно, ступенями до момента времени появления акустической эмиссии с интенсивностью 3этал затем жидкость в межкамерное пространство подают

25 непрерывно и равномерно со скоростью, равной величине отношения М/уст/ Тyct и прекращают нагнетание при регистрации в массиве акустических импульсов с интенсивностью Jpaa, а напряжение при по30 вторном раскрытии трещины и давление покоя определяют по величине давления при интенсивности акустической эмиссии

Jpaa u Ilo давлению после установления повторного стационарного состояния с ин35 тенсивностью /атал.

1610009

Составитель И. Фомичева

Редактор М. Циткина Техред M.Moðråíòàë Корректор Л. Патай

Заказ 3716 Тираж 393 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101