Способ контроля зоны гидроразрыва горных пород

Способ контроля зоны гидроразрыва горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сфюз Советсиик

Сецмалистичесиик

Республик

ОП ИС АН И Е пц918918

ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 120680 (21) 2940710/12-05 (5I)NL. Кл. с присоединением заявки №

G 01 Ч 3/18

Государственный комнтет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 070482. Бюллетень ¹ 13

Дата опубликования описания 070432 по делам нзобретеннй н открытий (53) УДК 550.857 (088. 81 (72) Авторы изобретения

Институт горного дела Сибирского отделения AH СССР (7!) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗОНЫ ГИДРОРАЗРЫВА ГОРНЫХ ПОРОД

Изобретение относится к технике контроля параметров гидроразрыва горных пород и предназначено для определения формы. и размеров зоны раскрытия трещины вокруг сквамины.

Известен сейсмоакустический способ контроля размеров раскрытия трещины при гидроразрыве, заключающийся в определении числа и пространственной ориентации раскрываемых трещин посредством измерения разности времени прихода первых вступлений упругих волн к сейсмоприем- никам, устанавливаемым на различных расстояниях один от другого и от ис,точника колебаний в горных выработках, оконтуривающих гидооразрываемую трещину (1).

Однако этот способ не обеспечивает оперативности и точности контроля ввиду необходимости установки системы датчиков и сложностью учета анизотропии горных пород.

Известен также способ контроля площади зоны гидрорасчленения угольного пласта, в котором исследуемую скважину возбуждают электрическим полем и измеряют величину тока по величине тока, протекающего до и после гидроразрыва, устанавливают о факт наличия трещин. Известный способ заключается в электромагнитном возбуждении обсадной колонны скважины гидрорасчленения, для чего к ее устью подключают источник элект15 рома гнитных колебаний, выбирают частоту источника из условия сопоставимости системы "скважины гидрорасчлененный участок угольного.

20 пласта" с электрической однопроводной линией, измеряют полное входное сопротивление нагрузки источника электромагнитных колебаний и по величине этого сопротивления судят о

3 91 площади эоны гидрорасчленения угольного пласта Г2).

Однако известный способ позволяет осуществлять контроль за изменением площади, но не формы и линейных.размеров зоны гидроразрыва, а последнее существенно при контроле. за процессом образования трещины.

Цель изобретения — повышение точности контроля за изменением формы и линейных размеров зоны гидроразрыва горных пород.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля зоны гидроразрыва горных пород, в котором исследуемую скважину возбуждают электрическим полем и измеряют, величину тока, дополнительно в трещину вводят электрод, подключенный к источнику электрического поля, второй электрод которого перемещают в районе устья скважины и одновременно измеряют величину тока, по величине которого судят о форме и размерах гидроразрыва горных пород.

На чертеже показана схема проведения контроля за формой и размерами зоны гидрорасчленения.

Приняты следующие обозначения: электрод-пластина 1, электропроводящая жидкость 2, горный массив 3, источник 4 переменного напряжения, измеритель 5 тока, электрод 6, экранированный провод 7, панер 8, труба

9, скважина 10.

При выполнении гидроразрыва в массиве бурят скважину 10, в которую устанавливают два пакера 8. Межпакерное пространство заполняют жидкостью 2, давление в которой увеличивают до момента, пока в стенке скважины не образуется трещина. В эту трещину устремляется подаваемая в межпакерное пространство через трубу 9 жидкость, заполняющая скважину и трещины.

8918

При нахождении пластины 1 в зоне гидроразрыва совокупность этой пластины, электропроводящей жидкости 2

4S . и массива горных пород 3 можно представить как конденсатор, обладающий емкостью С т.е.

Способ основан на регистрации про-. никновения этой жидкости только в ту трещину, за которой осуществляется контроль. При этом различные неоднородные включения, поры, трещиноватость как естественная, так и об разовавшаяся в результате технологических работ практически не оказывают существенного влияния на конечный результат. Погрешность при оценке формы и линейных размеров трещины здесь, как и при любом способе, 50 где S - площадь пластины; расстояние между пластиной и жидкостью; p = 8,85 10 Ф/м — электрическая постоянная;

55 - относительная диэлектрическая проницаемость.

При подключении этого конденсатора к источнику переменного напряжеопределяе.тся расстоянием этой трещины от устья скважины. При осуществлении гидроразрывов в образцах горных пород эти расстояния исчисляются сантиметрами и предлагаемый способ обеспечивает высокую точность. При ведении горных работ в рудниках укаэанные расстояния достигают нескольких метров и абсолютная погреш10 ность составляет десятые доли метра.

Такая погрешность при линейных размерах трещины 3-5 и практически вполне достаточна.

Для трещин больших размеров

15 уменьшается относительная погрешность измерения, т.е. предлагаемый способ является более точным.

Способ реализуется технологически следующим образом.

zo В электропроводящую жидкость 2, которая заполняет контролируемую трещину, вводят электрод б. Этот электрод через экранированный провод

7 соединяют с источником 4 перемен25 ного напряжения; Со стороны выработки перемещают электропроводящую пластину-электрод 1, к которой подключают измеритель тока ° Если эта пластина находится в пределах зоны гидроразрыщ ва, то величина измеряемого тока практически остается максимальной и постоянной. При выходе пластины из зоны гидроразрыва увеличивается расстояние от нее до жидкости, а условные линии, связывающие пластину и жидкость перестают быть перпендикулярными к пластине. Это приводит к резкому уменьшению тока, по которому и определяют границу зоны гид4О роразрыва.

5 91891 ни» через него будет протекать ток

Формула изобретения

Способ контроля зоны гидроразрыва горных пород, в котором исследуемую скважину возбуждают электричес3=Я=О2Тй =ОГО, где I — ток;

0 — напряжение источника

Хс — реактивное сог ротивление конденсатора; частота колебаний источни- to ка.

Если пластина при перемещении выходит за пределы зоны гидроразрыва, то С - 0 и 1 - О.

По величине тока в различных точ- I5 ках нахождения пластины можно с достаточной для практики точностью определить границы зоны гидроразрыва.

При контроле за трещиной малых размеров и достаточно удаленной от устья скважины на погрешность измерения оказывает некоторое влияние труба 9, по которой поступает жидкость.

Эту трубу можно экранировать р5 внешней заземленной металлической оболочкой, сделать ее из диэлектрического материала или вывиньчивать из пакера в моменты определения зоны гидроразрыва. В случае контроля З0, за трещинами средних и больших размеров (практически наиболее часто встречающихся) эта труба не оказывает существенного влияния на конечный результат. Так как вопросы, связанные с уменьшением влияния трубы 9 при контроле за трещинами малых размеров и значительно удаленных от устья скважины не являются принципиальными для способа контроля зоны гидроразрыва горных пород.

Если необходимо, то эти влияния просто можно учитывать при обработке конечных результатов.

Необходимость применения именно экранированного провода для подсоединения электрода 5 к источнику 4 переменного напряжения обусловлена тем, что по этому проводу протекает ток источника и, в случае отсутствия

50 экрана, провод будет излучать электромагнитную энергию, которая будет улавливаться пластиной 1.

Выбор частоты источника переменного напряжения не носит принципиаль55 ный характер. В настоящее время ис-. пользуется частота в диапазоне 601000 кГц. Практически существует верхний предел частоты, связанный

8 6 со свойствами горных пород, где становится ощутимым затухание тока в массиве.

Измеритель тока желательно использовать селективным rlo частоте (но не обязательно), это позволяет исключить помехи от других источников электромагнитной энергии.

Размеры пластины. не принципиальны и выбираются исходя из мощности источника переменного напряжения и чувствительности измерителя тока.

При применении предлагаемого способа можно использовать в качестве источника переменного напряжения генератор сигналов высокочастотный, в качестве измерителя тока — селективный микровольтметр, в качестве пластины — торцовая часть цилиндра (штыря) диаметром 8 мм, образующая которого экранирована защемленной трубкой. При этом величина тока прямо пропорциональна частоте источника, обратно пропорциональна расстоянию между жидкостью и пластиной и соответствует рассчетным данным по выше приведенной формуле. Абсолютная погрешность контроля зависит от расстояния между жидкостью и пластиной, которое практически может достигать нескольких метров.

Значение предлагаемого способа для горнодобывающей промышленности состоит в том, что по форме и направлению образования трещины при гидроразрыве можно оценивать направления главных напряжений в массиве, а при ведении разгрузочных работ с использованием методов гидроразрыва - их качество и эффективность, т.е. этот способ способствует безопасности работы в подземных условиях.

Его важность усиливается еще и тем, что последующие этапы добычи, полезных ископаемых подземным способом связаны.с переходом на более глубокие горизонты, где напряжение в массивах горных пород имеют большие величины, информация о которых приобретает первостепенное значение для безопасности подземного производства, а также в строительном деле.

8918

Составитель Л. Воскобойников

Техред M. Tenep ((орректор H .LJBblpKRR

Редактор Г . Волкова

Заказ 2133/30 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Фюиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 91 ким полем и измеряют величину тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля параметров эоны гидроразрыва, в трещину вводят электрод источника электрического поля, второй электрод которого перемещают в районе устья скввжины и одновременно измеряют величину тока, по которой судят о форме и размерах эоны гидрораэрыва горных пород.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Аниканов В.И. Исследование механизма гидрорасчленения угольного пласта, способы контроля и управления процессом. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., МГИ, 1975, с. 14-19 °

2.,Авторское свидетельство СССР

1662891, кл. G О1 V 3/18, 1979 (прототип).