Способ проникания в геологическую среду

 

Использование: при геологоразведке и добыче полезных ископаемых. Цель изобретения - увеличение глубины проникания в геологическую среду и снижение затрат на его осуществление. Способ заключается в том, что удлиненные твердые тела метают последовательно одно за другим в одну и ту же точку земной коры и ликвидируют в момент их остановки. Перед запуском последующего тела из канала, образованного предыдущим телом, эвакуируют находящиеся в нем флюиды. 3 ил.

Изобретение относится к экспериментальной геофизике, точнее к методам и технике проникания в геологическую среду, и может быть использовано в поисковой геологоразведке, разработке полезных ископаемых и для проникания в верхнюю мантию Земли.

Известен способ проникания в геологические структуры посредством буровых работ и создания скважин, включая кондуктор, колонну обсадных труб, зацементированное затрубное пространство [1] Выполняемые при этом операции и применяемое оборудование общеизвестны и составляют промышленное производство с многочисленными установками, механизмами, службами. Бурение скважин на большие глубины (7-10 км) требует многомиллионных затрат и занимает по времени несколько лет.

Известен способ проникания вглубь земной коры, основанный на применении специальных систем разгона массивных снарядов или пенетраторов типа безоткатных орудий. Безоткатные пушки могут контролируемо менять угол входа снаряда в грунт и обеспечивать скорость до 1 км/с при массе снаряда 160 кг. Длина и диаметр ствола 10,7 и 0,305 м соответственно, а масса поршня, отстреливаемого вверх (до 1,4-2,1 км), 560 кг. Глубина проникания достигала 30-100 м в зависимости от грунтовых условий [2] Однако разовая пенетрация даже при использовании уникального разгонного устройства суперпушки ограничена по глубине сотней метров, а отсутствие направляющего канала делает повторную операцию неэффективной.

Наиболее близким к заявляемому является способ проникания в геологическую среду путем ее пенетрации удлиненными твердыми телами (снарядами), которые последовательно, один за другим направляют в одну и ту же точку земной коры [3] Недостаток известного способа малая глубина проникновения в геологическую среду, так как предыдущие снаряды препятствуют проникновению последующих, уменьшая глубину пенетрации, приходящуюся на один снаряд.

Цель изобретения увеличение глубины проникания в геологическую среду.

Указанная цель достигается тем, что проникновение в геологическую среду осуществляют путем пенетрации земной коры движущимися удлиненными твердыми телами, направляемыми последовательно одно за другим в одну и ту же точку земной коры, которые ликвидируются в момент их остановки путем разрыва оболочки без взрывного воздействия на стенки канала. Перед запуском последующего тела из канала, образованного предыдущим, эвакуируют находящиеся в ней флюиды.

Отличительными признаками заявляемого способа являются ликвидация твердых тел в момент их остановки в канале путем разрыва их оболочки без взрывного воздействия на стенки канала и эвакуация флюидов из образовавшегося канала перед запуском следующего твердого тела.

Ликвидация предыдущего твердого тела позволяет увеличить глубину проникания последующего тела, поскольку оно перестает служить препятствием. Ликвидация тела путем разрыва оболочки без взрывного воздействия на канал позволяет сохранить его целостность, что также увеличивает глубину проникания следующего твердого тела. Эвакуация флюидов (воздуха, продуктов сгорания, грунтовых вод и т.п.) из канала позволяет снизить аэродинамическое сопротивление в канале при движении в нем последующего тела, а значит снизит потери его скорости и обеспечит более глубокое проникание в геологическую среду этим телом.

На фиг. 1 изображен кондуктор с приемной воронкой; на фиг. 2 система проникания; на фиг. 3 схема проникания в горизонтальную структуру.

Проникание в геологическую среду осуществляют следующим образом.

Сначала известными методами сооружают неглубокую скважину с кондуктором 1, обсадными трубами 2 и конусом 3, проходящими через приповерхностный слой 4 горных пород и частично через плотные структуры 5. Над скважиной устанавливают разгонное устройство 6 с комплектом разгоняемых тел 7. Устье скважины оборудуется запорным устройством 8 с заслонкой и форвакуумной камерой 9, соединяемой с помощью газовой магистрали 10 с насосной станцией 11. В частных случаях реализации при проникании в горизонтальные структуры, кондуктор 1 снабжается поворотным участком 12, заканчивающимся в продуктивном пласте 13, в котором формируется горизонтальный канал 14 пенетрации, проходящий под слоем 15 покрывающих пород.

После оборудования скважины ее осушают и с помощью насосной станции 11 откачивают находящийся в ней газ для снижения аэродинамического сопротивления, которое может ощутимо сократить глубину пенетрации, так как расстояние от разгонного устройства до пласта может составлять несколько сот метров. После создания пониженного давления в кондукторе 1 разгонным устройством 6 ускоряют тело до скоростей 3-15 м, открывают заслонку запорного устройства при подлете тела к кондуктору. Ускоренное тело или пенетратор проходит через кондуктор 1 и обсадные трубы 2 (центрируясь конусом 3), начинает внедряться в плотную среду 5 и останавливается. После останова по команде от взрывателя, срабатывающего, например, по волне отрицательного ускорения (отдача горных пород после останова), подрывают стержень. Затем в канал, образованный стержнем, точным наведением направляют следующий, разогнанный до скоростей 1-15 м пенетратор.

Для реализации предлагаемого способа и создания устройств для его осуществления практически создана обширная инфраструктура: геолого-геофизические карты и методы предварительного исследования строения региона; буровые установки и оборудование; разгонные системы воздушно-космического и ракетного комплексов; баллистические установки и ствольная артиллерия; элементы боевых головных частей и снарядов, ракетные топлива, материалы, взрывчатые вещества. Проведение глубинной пенетрации с использованием готовых устройств или на основе модифицированных позволит осуществить проникание в верхнюю мантию в десятки тысяч раз дешевле, чем проведение сверхглубокого бурения (например Кольская сверхглубокая), и в срок несколько недель.

Формула изобретения

Способ проникания в геологическую среду путем пенетрации земной коры движущимися удлиненными твердыми телами, которые направляют последовательно одно за другим в одну и ту же точку земной коры, отличающийся тем, что твердые тела ликвидируют в момент их остановки путем разрыва оболочки без взрывного воздействия на стенки канала, а перед запуском последующего тела из канала, образованного предыдущим, эвакуируют находящиеся в нем флюиды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3