Способ цементации горных пород Советский патент 1983 года по МПК E21D1/16 

Изобретение относится к проведёшгю и креплению горных выработок с приме нением цементации горных пород.

Известен способ цементации горных пород нагнетанием цементационных растворов под давле1шем, назначенньхм в зависимости от свойств раствора и характера трешиноватости Ll .

Недостаток такого способа заключается в неучете физико-механических свойст горных пород, что может привести к гидроразрьюу горного массива и перерасходу цемента..

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ цементации горных пород, включающий поочередное нагнетание цементационного раствора в скважины под давлением, назначаемым в зависимости от свойств раствора, характера трещиноватости и физико-механических свойств пород в кровле цементируемой зоны 2 ,

HejjocTaTOK известного способа заключается в неучете физико-механических свойств пород в непосредственно цементируемой зоне. Указанный способ исключает только гидроразрьт, но не учитьгоае увели1ения раскрытия трещин за счет деформирования массива в зоне цементации. Это приводит к увеличению радиуса распространения раствора и перерасходу цемента.

Цель изобретения - уменьщение расхода цементационного раствора при цементации трещиноватых деформируемых пород.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу цементации горных пород, включающему поочередное нагнетание цемёнтацио1шого раствора в скважины под давлением, назначенным в зависимчсти от свойств раствора, характера трещиноватости и физико-механических свойств пород в кровле цементируемой зоны при цементации трещиноватых деформируемьпс пород, после цементации каждой предыдущей скважины в последующей дополнительно измеряют модуль Юнга и коэффициент Пуассона,покоторым определяют коэффициент увеличения раскрытия незацементированных трещин по формуле .

---((

гце Е и Lj - измеренные моауль Юнга ., (МПа) и коэффициент Пуассона частично зацементированных горных пород;

- начальное (до нагнетания раствора) значение коэффициента трещиноватости частично зацементированных горцых пород,

нагнетание раствора прекращают при давлении Р, определяемом из формулы

Р (

РО ЬРо

где Р - конечное давлеш1е нагнетания с учетом деформаций пород в зоне цементации, МПа;

Р конечное давление нагнетания, определенное для первоначальной трещиноватости и физикомеханических свойств пород в кровле цементируемой зоны, МПа;

,5 - коэффициент, зависящий от цементно-водного отношения раствора;

- коэффициент увеличения раскры(Ь тия незацементирован1Пз1х трещин при нагнетании раствора, 1/МПа.

На фиг. 1 представлены графики пределов уменьщения конечных давлет;я нагнетания; на фиг. 2 - графики пределов исключаемого увеличения радиуса цементации.

На фиг. 1 и 2 кривые 1 и 2 соответствуют значениям коэффициента К, входящего в формулу (2), равным 2 и 2,5; Rj и R - соответственно радиусы распрортранения раствора без учета и с учетрм деформирования ropiaix пород.

Способ реализуется следующим образом.

Производят бурение цементационной скважины. В процессе бурения периодически для каждой литологической разности горных пород, вскрываемых скважиной производят отбор керна на величину керноотборника. По объемному выходу керна для цементируемой толщи горных пород определяют начальное значение коэффициента трещиноватости т (например, П1р 0,ОО;5). На образцах керна, используя общеизвестные методики, измеряют модуль Юнга Е и коэффициент Пуассона ,И (например О,25); Е-О, 2, 10 МПа).По формуле (1) расчитывают значение коэффициента увеличения раскрытия трещин для горных пород, вскрытых скважиной, Ъ (в рассматриваемом примере Л 0.15 f ).

Л)|Па

Производят гидравлическое опробовани скважнкь. По известному способу в зависимости от гидростатического давления доцземных вод, гидравлических сопротивлений первоначальных трешин, первоначальной трещиноватости и фи зико-механических свойств горных пород в кровле цементируемой зоны назначают концентрацию цементационного раствора (например Ц:В 1:0,5) и конечное давление нагнетания Р без учета деформиру ем ости горных пород (например PJ 5МПа). Нагнетают раствор в сква; жину. Нагнетание прекращают при давле НИИ Р, назначаемом по формуле (2) (в рассматриваемом примере Р 3,8 МПа).

Применение предложенного способа цементации позволяет сократить расхоп цемента при обеспечении качества цементации и получить значительный экономический эффект за счет исключения увелкчен|1я радиуса распространения раствора.

СПОСОБ ЦЕМЕНТАЦИИ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий поочередное нагнетание, цементаиионного раствора в скважины под давлением, назначаемым в зависимости от свойств раствора, характере трещиноватости и физико-механических свойств пород в кровле цементируемой зоны, отличающийся тем, что, с целью уменьшения расхода цементационного раствора при цементации, , трещиноватых деформируемых пород, после цементации каждой прешыдущей скважины в последующей дополнительно измеряют модуль Юнга и коэффициент Пуассона, по которым определяют коэффициент увеличения раскрытия незацементированных трещин f) по формуле ъ{.ЧМ . Р-Е W где Ей t| - измеренные модуль Юнга (МПа) и коэффициент Пуассона частично зацементированных горных пород; УЯ -начальное (до нагнетания раствора) значение коэффициента трещиноватости частично зацементированных горных пород, нагнетание раствора прекращают при Давлении Р, определяемом из формулы Р (Кр Ро4-1) (РО где Р - конечное далекие нагнетания не с учетом деформаций пород в зоне цементации, МПа; Р - конечное давление нагнетания, определенное для первоначапь- ной .трещиновдтости и физикомеханических свойств пород в кровле цементируемой зоны, МПа; оо ,5 - коэффициент, зависящий от СП цементно-водного отношения to го раствора; л - коэффициент увеличения рассо крытия незацементированных трещин при нагнетании раствора, 1/МПа.

pPo

S

Pui.2