СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННОЙ ЗАВЕСЫ Российский патент 1995 года по МПК E02B3/16 

Изобретение относится к гидротехнике и различным видам строительства и может быть использовано для создания противофильтрационных завес в местах захоронения токсичных и радиоактивных отходов для предотвращения утечки флюидов в реки, озера и водоемы.

Известен способ создания противофильтрационных завес, включающий создание тонких противофильтрационных экранов вибропогружением одного или нескольких металлических элементов, в нижней части которых размещают башмак, внутрь которого заводят инъекционные трубы, имеющие горизонтальные выходы в основании башмака для инъектирования раствора в полость, образующуюся в грунте при извлечении элемента, причем процесс погружения элементов облегчается инъектированием раствора под башмак под давлением около 0,3 МПа [1]
Известный способ трудоемок, нетехнологичен, не позволяет управлять состоянием и свойствами грунтовых пород с использованием упругого миграционного геоэффекта.

Известен также способ создания противофильтрационных завес, включающий ряд параллельно установленных скважин с герметизацией и последующим нагнетанием в один из рядов под давлением рабочей жидкости и закрепляющих добавок, при этом нагнетание осуществляют в пульсирующем режиме и производят контроль за создаваемой завесой путем бурения контрольных скважин [2]
Известный способ трудоемок, нетехнологичен, не использует свойства грунта и флюидов жидкостей и газовых компонентов его насыщающих, не позволяет управлять состоянием и свойствами грунтового массива и повысить гидро- и аэродинамические свойства массива перед нагнетанием в массив закрепляющих добавок.

Цель изобретения pасшиpение области применения способа за счет возможности получения эффекта как разупрочнения, так и упрочнения при повышении эффективности, производительности за счет управления состоянием и свойствами грунтового массива и снижения энергоемкости процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу в скважинах размещают виброисточники, возбуждают в грунтовом массиве упругие колебания в совокупности с нагнетанием в массив разупрочняющих растворов и вибровоздействия производят в течение времени, при котором прочность грунта на разрыв снижается на 20-60% по сравнению с первоначальной величиной, после чего вибровоздействия прекращают и переходят на частоту воздействия, равную частоте собственных колебаний грунтового массива в совокупности с нагнетанием в массив гелеобразующих растворов, которые создают противофильтрационный экран в массиве.

Для перевода гелеобразующего раствора в твердое состояние нагнетают в грунтовой массив горячую воду при 150^оС.

В качестве материала противофильтрационной завесы используют полимеризующийся мономер, включающий фурфуроловый спирт с органическим растворителем-метанолом, а в качестве катализатора используют соляную кислоту, смешиваемую с паром.

Для снижения прочности грунтового массива и увеличения его аэро- и гидродинамических связей перед нагнетанием в него гелеобразующих растворов нагнетают в массив разупрочняющие вещества, в качестве которых используют поверхностно-активные вещества, гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом, нагретые до 80^оС.

Возбуждают в массиве упругие колебания, регистрируют их сейсмической аппаратурой и осуществляют диагностику как грунтового массива, так и свойств и состояния противофильтрационной завесы по изменению скорости распространения продольных и поперечных волн до, во время и после воздействия.

На фиг. 1 приведена схема реализации предлагаемого способа; на фиг.2 скважина, сечение.

На фиг.1 и 2 показаны грунтовой массив 1, скважины 2, обсадная труба 3 с перфорацией, слой редкоземельного вещества 4, нанесенный на внешнюю поверхность обсадной трубы, источник 5 возбуждающего напряжения, блок 6 согласования, микропроцессор 7 для управления режимом возбуждения упругих колебаний группой виброисточников во времени, раствор 8, нагнетаемый в скважину. На фиг.2 дано сечение скважины 2 с армированной обсадной трубой 3 с перфорацией-отверстиями, выполненными в шахматном порядке по телу трубы, и нанесенным на внешнюю поверхность обсадной трубы слоя редкоземельного вещества 4, обладающего гигантской магнитострикцией и подключенного к источнику 5.

Способ осуществляют следующим образом.

С помощью датчиков давления горных пород, устанавливаемых в контрольную скважину, определяют поле напряжений и главные векторы максимального и минимального главных напряжений, действующих в массиве 1, где требуется создать экран.

В грунтовом массиве 1 бурят ряд скважин 2, отстоящих друг от друга на 12-15 м, размещают в них обсадную трубу с перфорацией 3, предварительно наносят на внешнюю поверхность обсадной трубы слой редкоземельного вещества 4, который посредством электродов подключают к источнику 5 возбуждающего напряжения, управляемого через блок согласования посредством микропроцессора 7 с заранее введенной в него программой, позволяющей осуществлять группирование виброисточников во времени для их синхронизации. Возбуждают упругие колебания в широком диапазоне частот от 60 до 1500 Гц в грунтовом массиве, приводят в возбужденное состояние локальный участок массива 1, и в совокупности с вибровоздействиями нагнетают в массив 1 разупрочняющие растворы 8 и вибровоздействия производят в течение времени, при котором прочность массива на разрыв снижается на 20-60% по сравнению с первоначальной величиной до воздействия и значительно до 200-700% повышается проницаемость грунтового массива. После этого переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте собственных колебаний грунтового массива 1, и нагнетают гелеобразующие растворы, причем под воздействием сжимающих и растягивающих нагрузок, порождаемых вибрациями, растворы более эффективно проникают в поры и трещины массива и распространяются мигрируют на более дальние расстояния, чем в отсутствии вибраций. Для перевода гелеобразующих веществ в твердое состояние в массив нагнетают горячую воду при 150^оС. В качестве материала завесы используют полимеризующийся мономер, включающий фурфуроловый спирт с полярным органическим растворителем-метанолом, а в качестве катализатора используют соляную кислоту, смешиваемую с паром. В качестве разупрочняющих растворов, нагнетаемых в массив до нагнетания материала, создающего экран в массиве, используют гидроокись натрия, поверхностно-активные вещества, гидроокись натрия с метанолом, которые нагревают до 80^оС. Для контроля материала завесы в созданном экране в массиве возбуждают упругие колебания и регистрируют их сейсмической аппаратурой, анализируют полученную геоакустическую информацию и сопоставляют изменение динамических и кинематических параметров скоростей распространения упругих волн до, во время и после воздействий и по ним судят о состоянии грунтового массива и материала экрана. Таким образом, грунтовой массив обрабатывается всеми видами сжимающих и растягивающих нагрузок в широком диапазоне частот, что, с одной стороны, способствует снижению прочности грунта при нагнетании в него разупрочняющих растворов и, как следствие, увеличению аэро- и гидродинамических связей пород и грунтов в массиве, а с другой, более эффективному и быстрому заполнению пор и трещин экрана нагнетаемым материалом и более прочному сцеплению материала экрана с массивом и увеличению срока службы экрана.

Сущность способа состоит в том, что под воздействием мощных вибрационных нагрузок в грунтовом массиве на пути распространения вибраций создаются волны сжатия и разрежения, которые способствуют более быстрому распространению флюидов-жидкостей и газовых компонентов, содержащихся в порах и трещинах массива, и перераспределению поля упругих напряжений на пути миграции флюидов под воздействием упругих колебаний, т.е. изменение порового давления приводит к изменению напряженного состояния грунтового массива и увеличению проницаемости грунта в массиве и более эффективному и быстрому заполнению образовавшихся аэро- и гидродинамических связей в массиве закрепляющими растворами, создающими экран в массиве. Изменяя величину и частоту возбуждающего напряжения от источника 5, осуществляют нагнетание закрепляющих растворов в резонансном режиме на частоте колебаний массива, что снижает энергоемкость процесса и увеличивает его производительность.

Использование заявляемого способа позволит не только управлять состоянием и свойствами грунтового массива при создании в нем противофильтрационной завесы, но снизить энергоемкость и увеличить эффективность и срок службы создаваемых экранов в массиве по сравнению с имеющимися классическими технологиями, не использующими в своем арсенале упругий миграционный геоэффект, проявляющийcя при воздействии на породы и грунт мощными вибрационными колебаниями в широком диапазоне частот.

Использование: в дорожном, подземном и других видах строительства, в частности в способе создания противофильтрационных завес для разупрочнения и упрочнения грунтов и горных пород. Сущность изобретения: способ предусматривает бурение скважины, размещение невзрывных пневматических источников, ориентированных в направлении действия максимального главного напряжения. Упругие колебания возбуждают в диапазоне 60 - 1500 Гц в совокупности с нагнетанием разупрочняющих растворов и вибровоздействия, которые производят в период времени, при котором деформация сжатия сменяет деформацию растяжения. Затем переходят на частоту нагнетания жидкости в скважину гидроразрыва в вибровоздействие осуществляют до достижения положительного эффекта. Это снижает энергоемкость процесса. 4 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННОЙ ЗАВЕСЫ, при котором бурят ряды параллельных скважин с герметизацией и последующим нагнетанием в один из рядов под давлением рабочей жидкости и закрепляющих добавок, при этом нагнетание осуществляют в пульсирующем режиме и производят контроль за материалом создаваемой завесы путем бурения контрольных скважин, отличающийся тем, что в скважинах размещают виброисточники, которыми возбуждают в грунтовом массиве упругие колебания в совокупности с нагнетанием в массив разупрочняющих растворов, а вибровоздействия производят в течение времени, при котором прочность грунта на разрыв снизится на 20 60% по сравнению с первоначальной величиной, после чего переходят на вибровоздействия с частотой воздействия, равной частоте собственных колебаний грунтового массива, в совокупности с нагнетанием в массив гелеобразующих растворов, которые создают противофильтрационный экран в массиве. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для перевода гелеобразующего раствора в твердое состояние нагнетают в грунтовый массив горячую воду при температуре 150^oС. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала противофильтрационной завесы используют полимеризующийся мономер, включающий фурфуроловый спирт с полярным органическим растворителем-метанолом, а для ускорения твердения материала завесы используют соляную кислоту, смешиваемую с паром. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для снижения прочности грунтового массива и увеличения его аэро- и гидродинамических связей перед нагнетанием в него гелеобразующих растворов нагнетают в массив разоупрочняющие вещества, в качестве которых используют поверхностно-активные вещества в виде гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом, нагретые до 80^oС. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для контроля материала завесы в создаваемом экране в грунтовом массиве возбуждают упругие колебания, регистрируют их сейсмической аппаратурой и по изменению скорости распространения продольных и поперечных волн до, во время и после воздействия осуществляют диагностику как грунтового массива, так и свойств и состояния противофильтрационной завесы.