Способ разрыва горного массива

 

l 1 (-с

Ленинградский ордена Ленина, ордена Октяб ьской"Революции и ордена Трудового Красного Знамени горный институт (7!) Заявнтель (54) СПОС(Ж РАЗРЫВА ГОРНОГО МАССИВА

Изобретение относится к горному делу и предназначено для осуществления разрыва стенки скважины перед нагнета кием жидкости гидрораэрыва с целью снижению давления нагнетания.

Известен способ разрыва горного массива, включающий предварительную закачку в горный массив пара, а затем криогенной. жидкости fl).

Недостатком известного способа яв ляются большие энергозатраты.

Известен способ разрыва горного мас- сива, включающий установку в разрываемом интервале скважины аппаратуры с криогенной жидкостью и воздействие криогенной жидкостью 2).

Недостатком известного способа являются большие энергетические затраты.

Энергетические затраты на криотермический разрыв определяются только количеством замораживаемой воды и ее начальной температурой. В то же время разрывающие напряжения, воэникакицие при замораживании воды в скважине, не зависят ни от количества эамораживаемой воды, ни от ее начальной темпера» туры. Таким образом, энергетические затраты на криотерметический разрыв не зависят от свойства разрываемого маосива. Этот факт и говорит о том, что энергия aps криотерметическом разрыве в известном способе используется не оптимально, так как известно, что энергоемкость трещинообразования у разных пород разная

Цель изобретения - снижение энергетических затрат.

Достигается поставленная цель тем, что воздействуют криогенной жидкостью путем введении ее и непосредственный

I контакт с поверхностью стенок скважиные

Способ осуществляют. следующим образом.

В скважину спускают пробку, устанавливают ее на значительном расстоянии от дна скважины, осуществляют расшире»

we. пробки для закрепления относительно

>10 Рад коэффицент Пуассона Р 0,2) вызовет появление на поверхности стенки скважины термоупругих расгягивающих напряжений:

4О

Другим преимуществом предлагаемого способа является возможность регулировать величину возникающих разрывающих напряжений за счет разности между тем -, пературой окружающего скважину массива 45 и температурной поверхности стенки casaжины. Это позволяет выбирать температуру охлаждения новерхпости стенки скважины с учетом прочностных свойств разрываемого массива и тем самым 50 избегать ненроизводительность затрат, которые имеют место в способе-протот3кпе»

3 83633 стенок скважины и спускают в скважину на необходимый уроиень аппаратуру с криогенной жидкостью, затем осушес хиляк»т ввод контакт только с поверхностью стенкискважинь} для мгновенного ее охлаждения. При этом

5 отпадает необходимость в заполнении скважины над пробкой определенной массой воды.

Ввод криогенной жидкости в непосредственный контакт с поверхностью стенки }Q скважины обеспечивает мгновенное охлаждение этой поверхности. Мгновенное склаждение поверхности стенки скважины вызывает появление в окружающем скважину массиве растягиваюших термоупругих напряжений. Величина этих напряжений при соответствующей разности между темцературой окружающего скважину массива и температурой поверхности стенки скважины является достаточной для 2О осу}цествления разрыва стенки скважины.

Преимушеством предлагаемого способа по сравнению с прототипом являются значитольно меньшие энергетические затра ты на разрыв. 25

Это объясняется двумя причинами: теплоемкость охлаждаемого объема в предлагаемом способе в 4 раза меньше теплоемкости охлаждаемого объема в способе-прототипе, так как охлаждае ° 30 мый объем горных пород в предлагаемом способе и 1,25 раза больше охлаждаемого объема воды в способе-прототипе, а удельная тшлоемкость горных пород в среднем в 5 раз меньше удельной те- 35 ппоемкости воды в предлагаемом способе осуществляют энергетические затраты на фазовый переход.

Пример. Мгновенное охлалщение поверхности стенки скважины в гранитном массиве (модуль упругости, при растяжении и сжатии Е 5,7 -10 кгс.см ", коэффициент теплового расширения d-8,3 и (» =0

6 "- .5,»ьт, кгс»м Гуцд 1

faT а

5 = .„=Я„ ьТ, Krc-ñì . Г од где (», (р, (» - компоненты напряжю

Г З ний в . цилиндрических координатах, ЬТ - величина разности между температурой окружающего скважину массива и температурой поверхности стенки скважины.

Термоупругие растягивающие напряжения наложатся на соответствующие гидравитационные сжимающие напряжения.

9 1-.}» где плотность гранита $) "2597 кг -м

Э Я ускорение сиободного падения ф 10м сек, Н - глубина, на которой осуществляется разрь}и.

Условие криотермического; разрыва впредлагаемом способе имеет следующий вид б Фс»pfор3, где: бр)Ф100 кгс см — предел проч ности гранита на растяжении. И данном случае, так как б" = б,, аф !

6 + g -59ЬТ-),3-40 H >"ОО

Огсюда находим соотношение, опреде« лшощее необходимую для разрыва величину разности между температурой окружающего скважину массива и температурой поверхности стенки сква»кипы и зависимости от глубины, на которой осуществляется разрь}и:

Анализ получаемого соотношения пока зывает, что на глубинах, не превосходящих четырех километров, величины необходимых для разрыва разностей температур находятся в интервале от 17 С приблизительно 100 С. Следовательно, во

О многих случаях для охлаждения поверхности стенки сква»кипы будет достато ным использованием эвтектических растворов или даже просто холодной вс}цьь

5 836339

Использование предлагаемого способа, ф о р м у л а и з о б р е т е н и я как и использование способа-прототипа, обеспечивает снижение давления нагнета- Способ ркюрыва горного массива, вклюнна жидкости гидрораэрыва, что позволяет чающий установку s рюрыва мом интервав ряде случаевотказаться от применения ле скважины аппаратуры с криогенной высокоиапорйых агрегатов при гидрораэ» жидкостью н воздействие криогенной . рывах. Испопьзование предлагаемого жидкостью, о т л и ч а ю щ и и с а способа обеспечивает по сравнению., с тем, что, с целью снижения энергетичес прототипом следующие преимущества: ких затрат. воздействуют криогенной меныцие энергетические затраты íà >о жидкостью путем введения ее в непосрщцpa3pRKs " ствеищый контакт с поверхностью стевозможность регулировать величину нок скважины. возникающих разрывающих напряжений; Исто иники информадиир возможность заменять при соотве. принятые во внимание при экспертизе ствующей температуре окружающего casa 1> 1. Патент США М 3759329, мину массива и его .. свойствах криоген» кл, 1166-308, опублик. 1874. ную жидкость эвтектическими растворами 2. Патент США Ж 4010903, или даже холодной водой, кл. 166-303, онублик 1976 (прототип).

Составитель А. Звездина

Редактор С. Титова . Temps@. Бабинеп ф(орржтор М Демчик

Заказ 2872/22 . Тираж 627 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4