Способ тампонажа обводненных пустот и крупных наклонных трещин

 

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при сооружении капитальных горных выработок в сложных гидрогеологических условиях и для стабилиза .ции горного массива под наземными сооружениями. Цель - снижение расхода глиноцементного раствора. В массиве горных пород бурят скважины и определяют при помощи различных приборов местонахождение и размеры пустот и наклонных трещин. В скважины нагнетают глиноцементный раствор циклично, заполняя пустоты и трещины слоями. Промежуток времени между циклами зависит от скорости структурирования нагнетаемого состава. Количество циклов определяют толщиной слоя, укладываемого за один цикл. Толщину слоя глиноцементного раствора за один цикл определяют из выраженияй Т „ /()в , где Л - толщина слоя, M t- fp - плотность раствора , f плотность воды, g - ускорение свободного падения , J- - угол наклона трещины к горизонту, град; Т - среднее динамическое напряжение сдвига раствовя. Па. S (Л СлЭ О1 о:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PEQllYBflHH (19) (11) 511 4 Е 21 D 11/38

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 397!081/22-03 (22) 28.10.85 (46) 07.11.87. Бюл. М 41 (71) Специализированное пройэводственное геологическое объединение по тампонажным и геолого-разведочным работам (72) Э.Я.Кипко, Н.Л.Быков, В.А.Лагунов, Ю.А.Полозов, Ю.Н.Спичак и А.Э.Кипко (53) 622.285.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 646055, кл. Е ?1 D 11/38, 1973. (54) СПОСОБ ТАМПОНАЖА ОБВОДНЕННЫХ

ПУСТОТ И КРУПНЫХ НАКЛОННЫХ TPEgHH (57) Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при сооружении капитальных горных выработок в сложных гидрогеологических условиях и для стабилизации горного массива под наземными сооружениями. Цель — снижение расхода глиноцементного раствора. В массиве горных пород бурят скважины и определяют при помощи различных приборов местонахождение и размеры пустот и наклонных трещин. В скважины нагнетают глиноцементный раствор циклично, заполняя пустоты и трещины слоями. Промежуток времени между циклами зависит от скорости структурирования нагнетаемого состава. Количество циклов определяют толщиной слоя, укладываемого эа один цикл.

Толщину слоя глиноцементного раствора эа один цикл определяют иэ выраженияа-lo,< /(fp —,1,)g sinai, где 6 толщина слоя, м;. р — плотность раствора, кг/мз; f — плотность воды, кг/мз; g — ускорение свободного падения, м/с, 1 - угол наклона трещины к горизонту, град; C — среднее о динамическое напряжение сдвига раствова, Па.

13ЮМЭ

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при сооружении капитальных горных выработок в сложных гидрогеологических условиях и для стабилизации горного массива под наземными сооружениями.

Цель изобретения — снижение расхода глиноцементного раствора.

Нагнетание глиноцементного тампонажного раствора в наклонную трещину большого раскрытия проводят циклически, - т.е. с остановками на 30 мин.

В течение этого времени статическое напряжение сдвига тампонажного раствора достигает максимальной величины и образовавшийся слой раствора не смещается по падению трещины вниз под действием гравитационных сил и влиянием силы тяжести очередной порции тампонажного раствора.

Способ осуществляют следующим образом.

В массиве горных пород бурят скважины и определяют при помощи различных приборов местонахождение и размеры пустот и наклонных трещин и производят в скважины нагнетание глиноцементных растворов. Нагнетание раствора производят циклично, заполняя при этом пустоты и трещины слоями.

Промежуток времени между циклами зависит от скорости структурирования нагнетаемого состава, Количество циклов определяют толщиной слоя, ук.ладываемого в один цикл. Толщину слоя глнноцементного раствора за один цикл определяют иэ выражения

1 оср °

6 \

1 „-Я ) g sing где Ь вЂ” толщина налипшего слоя раствора, м;

/ь — плотность раствора„ кг/м з, K I /M — ускорение свободного падения м/с (;. — угол наклона, град; среднее динамическое напряжение сдвига раствора, Па.

Расчет цикличности нагнетания осуществляют следующим образом, После остановки нагнетания напорный поток глиноцементного раствора в трещине под действием гравитационных сил переходит в безнапорный.При этом образуется две области течения: вязкая и пластичная.

Скорости в вязкой и пластичной областях равны

-(y — ) 0 y-у

К (у-(. )у у

7 - -" (К 4 P, )V, r - - » y (у у

» (2) 5 где К„ — вектор ускорения массовых сил; у — плотность тампонажного ра10 створа;

У» — плотность воды;

q (х) — изменяющаяся по длине потока структурная вязкость;

V„ — скорость течения раствора.

15 Высоту ядра потока (пластичной области) определяют из уравнений (1) и (2) при условии V„ 0 в вязкой области

4 " "Сср

7 ;Д, Sg яз.пА откуда следует, что V» =О при у, =0, Дпя ядра потока, заключенного между плоскостями, у=у, и у=у имеют

25 (у-у. )К„:, -(g-у, ) „у(—, (x), где i (x) — изменяющееся по длине потока динамическое на пряжение сдвига, 30 при у =О, получают с,(х) (х)

7у-j,,7K„Tó-у 7g sing ! где 1. — угол наклона трещины к плоскости горизонта;

З5 g — ускорение свободного падения.

Толщину налипшего слоя глиноцементного раствора на стенке обводненной трещины эа один цикл находят, усредняя динамическое напряжение сдви40 га по длине потока

1 1

1 TJ-Д7»..(„° 1Г." О

"Oñð.

У, 3g san< (3) где а — толщина налипшего слоя; ь„с — среднее по потоку динамичесР. кое напряжение сдвига раствора.

Таким образом, количество циклов

50 нагнетания определяют соотношением величины раскрытия трещины и толщиной налипания тампонажного раствора на почве трещины, Способ циклического нагнетания применяют для тампонажа трещин с

1 предельным раскрытием

1350359

К

h=-л

V,=S 4, R =

Д С 9 (f f $g sing где 6

Ур

Уу

6, (8) т.е. при условии, когда тампонажный раствор начинает сползать по трещине под воздействием сил тяжести, Для расчета объема раствора в каж5 дом цикле определяют форму следа потока раствора по почве трещины, его площадь и объем раствора в одном цикле по уравнению где V — объем нагнетаемого раствора в каждом цикле;

S — площадь следа раствора.

При тампонаже наклонных трещин большого раскрытия и пустот можно приприменять как напорный, так и безнапорный режим нагнетания раствора в трещину. В напорном режиме размеры следа нагнетаемого раствора на стенке трещины находятся по известным уравнениям комплексного метода тампонажа

a Pd op +7j -g 7я Б .п aL ь РК (6) где дР— перепад давления между забоем скважины и контуром растекания раствора;

Б1 и  — размеры, укаэанные на фиг. 2.

Границу напорного течения находят

IIo формуле (1) И.А.Чарного для беэнапорного течения вязкой кидкости в обводненной трещине (fр — У )gi 4 — — - — — 1

Э (7) где — расход нагнетания раствора в 40 трещину;

- уклон свободной поверхности раствора, равный при равномерном движении уклона стенки трещины (i=sin х); 45 — пластическая вязкость раствора;

h — - глубина наполнения трещины.

Из уравнения (7) глубина наполнения трещины 50 ф

h-= + при этом учитывается толщина ядра потока вязко-пластичного раствора.

Такая схематизация обоснована наличием вязкой области течения глиноцементного раствора на стенке наклонной трещины.

Для трещин с раскрытием А h режим течения безнапорный и определение размеров R„ R по уравнениям (b) неправомерно. В случае j h необходимо определять размеры следа потока методом моделирования.

Количество циклов нагнетания определяется по уравнению

Контроль структурирования осуществляется вискоэиметром типа СНС-2, с помощью которого измеряется изменение статического напряжения сдвига во времени глиноцементного тампонажного раствора. По результатам вискозиметрических измерений составляют таблицу или график функциональной зависимости c;, =f(t), где 7«статическое напряжение сдвига, Па; — время структурирования, мин.

Далее определяют время остановок между циклами нагнетания. Остановки нужны для того, чтобы глиноцементный раствор в трещине набирал необходимое статическое напряжение сдвига.

Это необходимо для того, чтобы предыдущий слой раствора не был сдвинут последующим.

Формула изобретения

Способ тампонажа обводненных пустот и крупных наклонных трещин, включающий бурение скважин, определение местоположения и размеров пустот и наклонных трещин и нагнетание через скважины глиноцементного раствора, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода глиноцементного раствора, нагнетание его производят слоями, при этом каждый последующий слой укладывают после структуирования предыдущего слоя, а толщину укладываемого слоя определяют из выражения толщина слоя, м; плотность раствора, кг/м3; плотность воды, кг/м

3 ° ускорение свободного падения, м/с

2. угол наклона трещины к гориэонту, град; среднее динамическое напряжение сдвига раствора, Па.