Способ контроля размеров трещины гидроразрыва горных пород

 

Изобретение относится к горной промьшшенности и предйазначено для определения линейных размеров раскрытия трещины (Т) вокруг сквазкины (С). Цель - повышение точности определения разме ров одиночной Т гидроразрыва . Для этого в С, пересекаюдую Т, нагнетают жидкость (Ж) и изменяют параметры потока Ж. Сначала ;измеряют зависимость скорости Ж в Т от расстояния до С. Границы Т определяют по местоположению точек, где скорость Ж равна нулю. Зависимость скорости Ж от расстояния до С определяют по времени появления в контрольных С, пересекающих Т красителя, подаваемого в С периодически. Далее измеряют расход Ж в С. Зияние Т определяют из выражения: h Q-2 ii r K(P) / /2 u rVp , м. Средний радиус Т определяют из выражения i:,p 4Q/2irK(P) , м, где г - расстояние от рабочей С до точки измерения, м; h - зияние Т на расстоянии г от С; V - скорость движения Ж в Т на расстоянии г от С, м/с; Q - расход Ж в С, К(Р) - фильтрахщонная характеристика породы , равная расходу Ж через единицу поверхности Т при давлении Ж, равном давлению Ж в С, м/с. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. ё (Л N3 СО 00 со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1У БЛИК (59 4 Е 21 С 39 00

1 ( е ."«р ь,» :

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

l 1ря4 тя 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3933461/22-03 (22) 18е07.85 (46) 23,03,87. Бюл. Р 11 (71) Институт горного дела СО АН СССР (72) H.Ã.Êþ и О.ИеЧернов (53) 622.35(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1111121, кл. G 01 V 3/18, 1984.

Ямщиков В,С, Иетоды и средства исследования и контроля горнйх пород и процессов. Г1.; Недра, 1982, с. 270-271. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАЗКЕРОВ ТРЕЩИНы ГРЩРОРАЗР11БА ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к горной промьиппенности и предназначено для определения линейных размеров раскрытия трещины (Т) вокруг скважины (С), Цель — повьппение точности определения размеров одиночной Т гидроразрыва. Для этого в С, пересекающую Т, нагнетают жидкость (Ж) и изменяют параметры потока Ж. Сначала .измеряют зависимость скорости Ж в Т от расстояния до С. Границы Т определяют по местоположению точек, где скорость Ж равна нулю. Зависимость скорости Ж от расстояния до С определяют по времени появления в контрольных С, пересекающих Т красителя, подаваемого в С периодически. Далее измеряют расход Ж в С. Зияние Т определяют иэ выражения: h=Q-2iir K(P)/

/2iirU» м. Среднии радиус Т определяют ив выражения r, =тО/2 К(Р), и, где r — - расстояние от рабочей С до точки измерения, м; h — зияние Т на расстоянии r от С; V — скорость движения Ж в Т на расстоянии r от С, м/с; Q — расход Ж в С, M5/с; К(Р) фильтрационная характеристика породы, равная расходу Ж через единицу поверхности Т при давлении Ж, равном давлению Ж в С, м/с. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.! 12983

Изобретение относится к технике контроля параметров гидрораэрыва горных пород, в частности предназначено для определения линейных размеров раскрытия трещины вокруг скважины в

Цель изобретения — повышение точности определения размеров одиночной трещины гидроразрыва, На чертеже показана схема прове- !О дения контроля размеров гидроразрыва горных пород.

Способ осуществляют следующим образом.

Способ основан на найденной в ре- 15 зультате исследований процессов гидроразрыва зависимости линейных размеров создаваемой щели от давления, расхода, скорости и фильтрационных особенностей .жидкости в зоне разрыва 20 горной породы.

При выполнении гидрораэрыва иэ выработки 1 в массиве 2 горных пород бурят рабочую скважину 3, в которой создают зародышевую щель 4 и устанав- 25 ливают пакер 5. В зародышевую щель от основного насоса 6 через расходомер 7, манипулятор 8 и трубу 9 подают рабочую жидкость под давлением, при котором происходит гидроразрыв горной породы с образованием трещины 10, пересекаемой скважиной 3.

Для контроля эа размерами гидрораэрыва вдоль выработки 1 через заданные расстояния бурят контрольные скважины 11 до пересечения с трещиной 10 и устанавливают в них фотоприемные устройства 12, которые через кабели 13 подключают к измерителю 14 интервалов времени. В контроль- 40 ных скважинах устанавливают герметизаторы 15. От дополнительного насоса 16 из резервуара 17 в манипулятор

8 подают краситель (цветную жидкость), который перемещает поршень 18 и че" 45 рез трубу 9 и зародышевую щель 4 поступает в трещину 1О. Давление жидкости, нагнетаемой в скважину, измеряют манометром 19. В момент подачи красителя давление дополнительного g0 насоса 16 доводят до давления рабочей жидкости, а давление основного насоса сбрасывают. По времени поступления красителя к фотоприемникам и известному расстоянию между контрольными скважинами находят зависимость изменения скорости движения жидкости с расстоянием от рабочей скважины и по этой зависимости определя0=K(P) S м /с, где Я вЂ” расход подаваемой от насосов жидкости9 м /с9 э

К(Р) — фильтрац онная характеристика породы, равная расходу жидкости при давлении P через единицу площади поверхности трещины, м/с;

S — суммарная площадь поверхностей образовавшейся трещи2. ны, м

Функция К(Р) для конкретных горных пород определяется известными способами.

Если гидрораэрыв осуществляется в условиях равнокомпонентнога (гидростатического) напряженного состояния горных пород, когда форму образующейся трещины можно считать квазикруглой, то средний радиус трещины согласно выражению (1) определяется как

Г

Я м, ц 2, К(Р) (2) где г — средний радиус трещины, образовавшейся в результатс гидроразрыва, м, Для трещины круглой формы расход жидкости, подаваемой от насосов, можно представить как

Q=Q„+Q„, м /с, (3) где Я„ — расход жидкости, которая отфильтровывается в зоне гидроразрыва, ограниченной окружностью с радиусом r м /с;

Q — расход жидкости, которая протекает эа пределы зоны гидрораэрыва, ограниченной ют размеры гидрораэрыва горных пород: в тех точках, где скорость жидкости равна нулю, и находится граница трещины.

При гидрораэрыве подаваемая жидкость фильтруется через стенки образующейся трещины. Расход жидкости, идущей на фильтрацию при заданном давлении, пропорционален площади зоны гидрораэрыва, Если расход подаваемой жидкости поддерживается постоянным, то площадь зоны гидроразрыва, достигнув определенных значен Ф, не меняется, Вся поступающая от насосов жидкость фильтруется через стенку трещины, что может быть выражено как

29837б 4 довательно, còàöèoíàðíoñòü працесcà ее фильтрации в горную параду не нарушается. Вязкость красителя и рабочей жидкости должны быть примерно одинаковыми. В контрольных скважинах устанавливают фотоприемное устройство 12, представляющее собой трубки с продольными прорезями, с одного из торцов которых устанавливается

1О светодиод, а с другого — фотодиад, Фотоприемники посредством кабелей

13 подключают к измерителю интервалов времени. На входах измерителя интервалов времени имеются компараторы, к которым подключаются фатодиоды. Компараторы срабатывают в момент, когда краситель попадает через продольные прорези в трубки и изменяет в них световые потоки от свето2п диодов к фотодиодам. Скорость жидкости определяют как отношение расстояния между контрольными скважинами к разности времени поступления в них красителя, 25 После определения времени поступления в скважины красителя давление основного насоса доводят да прежнего, а давление дополнительного насоса сбрасывают. Поршень 18 переме3О щается в сторону дополнительного насоса 16. Рабочая жидкость поступает в трещину и промывает фотоприемные устройства. Компараторы возвращаются в исходное состояние. Измеритель

14 интервалов времени устанавливают в нулевое положение. После этого система готова к следующим измерениям.

0„=27> r K(P)

Q<=27 rhrVr (4) где h „ — зияние трещины на расстоянии r от рабочей скважины, мэ

V — радиальная скорость жидкости на расстоянии r от рабочей скважины, м/с.

Исходя иэ (3) и (4) зияние трещины

Я-2iir К Р2

Радиальную скорость V жидкости в месте пересечения контрольными скважинами трещины можно измерить известными средствами. Они позволяют по одиночным скважинам определять как скорость, так и направление движения жидкости в трещине и в отдельных случаях могут успешно применяться. Однако общим и основным недостатком подобных средств является малая база, ограниченная диаметром скважины и, следовательно, низкая точность измерения, При проведении гидроразрыва в большинстве случаев допускают, что движение жидкости направлена от рабочей скважины к границе трещины.

Тогда ее скорость проста и с высокой точностью можно определять подачей в щель красителя и измерением времени его поступления в контрольные скважины, пробуренные по одной из линий движения жидкости. В данном способе контрольные скважины пробуривают через известные расстояния вдоль выработки, в которой находится рабочая скважина, а краситель закачивают в трещину из резервуара дополнительным насосом следующим образом. Давление красителя (цветной жидкости) доводят до давления рабочей жидкости и подают в манипулятор 8.

После этого давление рабочей жидкости сбрасывают. Под действием разности давления .рабочей жидкости и красителя поршень 18 перемещается в сторону основного насоса и краситель через манипулятор 8, трубу 9 и зародышевую щель 4 поступает в зару разрыва горной породы. Важно, что в период подачи красителя давление жидкости в трещине не меняется и, слеокружностью с радиусом r, м /с.

Очевидно, что

Формула изобретения

1. Способ контроля размеров трещины гидроразрыва горных пород, включающий нагнетание жидкости в скважину, пересекающую трещину, и измерение параметров потока жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения размеров одиночной трещи50 ны Гидроразрыва, измеряют зависимость скорости жидкости в трещине от расстояния до скважины и по местоположению точек, где скорость жидкости равна нулю, определяют границы трещины, 2. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с. я тем, что измеряют расход жидкости в скважине, а зияние трещины определяют иэ выражения 1298376

g-2 г K(PP

4 ° Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что средний радиус трещины определяют из выражения

2 К(Р) Составитель С.Потапов

Техред Л.Сердюкова

Корректор N.Ñàìáîðñêàÿ

Редактор А.Сабо

Заказ 871/32

Тираж 455 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4. где r — расстояние от рабочей скважины до точки измерения, м;

h — зияние трещины на расстоянии r от скважины;

V — скорость движения жидкости в трещине на расстоянии r от скважины, м/с; — расход жидкости в скважине, м /с;

K (P) — фнльтрационная характеристика породы, равная расходу жидкости через единицу поверхности трещины при давлении жидкости, равном давлению жидкости в скважине, м/с.

3. Способпопп. 1и2, отлич а ю шийся тем, что зависимость скорости жидкости в трещине от расстояния до скважины определяют по времени появления в контрольных сква- жинах, пересекающих трещину, красителя, подаваемого в скважину периодически.

I где г, — средний радиус трещины;

Π— расход жидкости в скважине, и /с; з

K{P) †фильтрационная характеристика породы, равная расходу жидкости через единицу поверхности трещины при давле. нии жидкости, равном давлению жидкости в скважине, м/с,