Способ контроля площади зоны гидроразрыва горных пород Советский патент 1985 года по МПК G01V3/18 

Изобретение относится к технике контроля параметров разрыва горных пород и предназначено для определения площади раскрытия трещины вокруг скважины. Известен способ контроля площади зоны разрьша горных пород, где в скважине по обе стороны зародышевой трещины устанавливают электроды, замеряют меяоду ними сопротивление до и после разрыва породы по изменению которого судят об изменении площади зоны разрыва горной породы 1 , Однако этот способ можно использовать при условии, если злектропроводность горных пород значительно больше электропроводности среды внутри трещины. При нарушении этого условия его применение приводит к недопустимо большим погрешностям. Наиболее близким к техническому решению по числу существенных призн ков является способ контроля площад зоны гидроразрыва горных пород,вклю чающий подачу в зону гидрораерыва электропроводящей жидкости, возбуждение горных пород с помощью источника электромагнитного поля и измерение параметров электромагнитного поли, по результатам которых судят площа,ци зоны гидроразрыва. В этом способе зону разрыва возбу вдают источником переменного напр жения и одновременно измеряют между жидкостью в трещине и .разными точками массива на его открытой поверх ности величину тока смещеьхия, по которой судят о форме и размерах зоны гвдроразрыва горных пород Н Этот способ предназначен для кон роля указанных параметров трещины на небольшом расстоянии от устья скважины при условии, что трещина расположена параллельно открытой поверхности массива,Если увеличивает расстояние между трещиной и устьем сквалданы или нарушается условие параллельности ее расположенияотноси тельно открытой поверхности массива то возрастают погрешности измерений вплоть до недопустимо больших значений. Целью изобретения является повышение точности определения параметров , имеющей произвольное положение в пространстве. Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля площади зоны гидроразрыва горных пород, включающем подачу в зону гидроразрыва электропроводящей жидкости, возбуждение горных пород с помощью источника электромагнитного поля, введения в зародьш1еву10 щель электрода и измерение параметров электромагнитного поля, по результатам которых судят о площади зоны гидроразрыва, возбуждение жидкости осуществляют облучением электромагнитным полем источника, удлиненного -от зоны гидроразрыва, измеряют до и в процессе гидроразрыва величину напряжения на электроде и определяют площадь зоны гидроразрыва горной породы по формуле и где S - площадь трещины; So - площадь трещины до гидроразрыва (площадь зародышевой щели); и - напряжение на электроде, введенном в жидкость; .Uo - напряжение на электроде гидроразрыва. На чертеже показана схема проведения контроля площади зоны гидроразрыва горных пород. Схема содержит массив горных пород 1, скважину 2, зародьш1евую щель 3, пакер 4, трубу 5, трещину 6, электрод 7, экранированный кабель 8, измеритель 9 напряжения, дополнительную трещину 10, питающий электрод 11, генератор 12 переменного напряжения. При вьтолнении гидроразрыва в массиве 1 бурят скважину, в которой создают зародьш1евуЮ щель 3 и устанавливают пакер 4. В зародьшгевую щель через трубу 5 подают жидкость под давлением, при котором происходит гидроразрыв с образованием трещины 6. Для контроля за параметрами образования трещины 6 через пакер 4 в жидкость вводят электрод 7, к которому подключают через экранированный кабель 8 измеритель напряжения 9, а зону гидроразрьгаа облу1ают злектрома -нитным полем. Один из возможных способов облучения зоны гидроразрыва электромагнитным полем заключается в следующем. На расстоянии, при котором обеспечивается прохождение волн через горную породу, до зоны гидроразрыва осуществляют еще один гидроразрыв электропроводящей жидкостью указанным способом с целью создания небольшой дополнительной трещины 10 (диаметром 2-3 м). В дополнительную трещину вводят питаюирий электрод 11 генератора 12 переменного напряжения и вьтолняется нах.одящуюся в трещине жидкость. Поверхность жидкости используют в качестве излучателя электромагнитных волн. Если контролируемая трещина находится на таком расстоянии от открытой поверхности массива, которые способны-проходить электромагнитные волны, то производить дополнительный гидроразрыв нет необходимости. В этом случае применяют обыч -ные излучатели электромагнитньсс волн, например, вибраторы или рамочные антенны, которые устанавливают в открытом пространстве. Способ основан на использовании поверхности электропроводящей жид кости для приема электромагнитных волн, на зависимости между мощность принимаемой электромагнитной энерги и площадью поверхности электропрово дящей жщз,кости, на отсутствии значи тельных фазовых, сдвигов в плоскости приема электромагнитных волн. Из теории антенн известно, что оптимальную мощность приемной антен ны можно представить в виде Р n-S . cosdL где П - численное значение вектора Умова-Пойтинга, определяющее поток мощности через единичную площадку, пepheндикyляpную направлению движения волны; S - эффективная площадь антенны; ot. - угол наклона поверхности антенны к плоскости переднего фронта волны. Эффективная площадь антенны равна ее геометрической площади в том случае, когда вьшолняются соотношение Л 2г, где Л - длина волны; г - радиус антенны. Это соотношение практически всегда можно вьтолнить. При таком соотношении электромагнитный процесс носит квазистационарный характер. Величина сигнала одинаковая по всей поверхности антенны в каждый рассматриваемый момент временио Средняя плотность мощности Р в антенне определяется выражением Т-6 где t - удельная проводимость; Е„- амплитудное значение напряженности электромагнитного поля. Интегрируя (2) по поверхности S антенны, получают значение вещественной части Р комплексного вектора Умова-Пойтинга P-5 6i:ci5-i 6E: r4i 6a(3) где и - падение напряжения на антенне. Известно, что вещественная часть потока комплексного вектора УмоваПойтинга, входящего в область антенны извне, в среднем уравновешивает происходящий там расход энергии, создает активную мощность. Поэтому, правые и левые части выражений 1 и 3 равны, т.е. П S cos 4-1Г-6 и 2 и Более простое выражение в сравнении с (4) можно получить при условии если на одной из стадии развития зоны гидроразрьша известна ее площадь и соответствующее этой площади напряжение, на электроде 3. Такая стадия может соответствовать условию, когда жидкость в зародьш1евую щель уже подана, а гидроразрыв еще не осуществлен. В соответствии с (4) площадь зароды шевой щели Sp может быть представлена как S ( tJg (5) П . cos о. где и - напряжение на электроде 5 до гидроразрыва. Еазделив правые и ражений 4 и 5, решая S имеют

Данный способ проверен на породах из песчаника и гранита. Возбуждение источника злектромагнитных волн осуществляется генератором, через усшштель мощности. Напряжение на электроде измеряется селективным вольтметром. Проверка производится иа карьере. Гидроразрьш осуществлен на расстоянии 10 м относительно открытой вертикальной поверхности массива горных пород. В трещину закачивается водный раствор поваренной соли с добавлением красителя (с целью визуального определения границ трещины после ее обнажения). Излучение электромагнитной энергии осуй ествляется через рамочную антенну с расстояния 150 м от зоны гидроразрьша на частотах 150-250 кГц. Процесс гидроразрыва контролируется также известным споСпособ в основном предназначен для контроля за процессом направленного гидроразрыва с целью определения и изменения фильтрационных и механических свойств горных пород. Информация о параметрах гидроразрывов позволяет оценивать направления главных напряжений в массивах, эффективно проводить дегазацию угольных пластов и управлять кровлей. От правильности работ по гидроразрыву зависит безопасность добычи полезных ископаемых подземным способом. Значение способа увеличивается по мере перехода ведения горных работ на большие глубины, где проведение профилактических мероприятий с целью защиты людей и оборудования от динамических проявлений горных массивов является особо необходимым. левые части вы относительно 11575076 собом. Различия между истинными размерами трещины и определенными по указанным способам не превьшают десяти процентов, что практически 5 вполне допустимо.

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПЛОЩАДИ ЗОНЫ ГИДРОРАЗРЫБА ГОРНЫХ ПОРОД, включающий подачу в зону гидроразрьтаа злёктропроводящей жидкости, возбуждение жидкости с помощью источника электромагнитного поля, введение в зародьпиевую щель электрода и измерение параметров электромагнитного ПОЛЯ, по результатам которых судят о площади зоны гидроразрыва, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения параметров трещины, имекицей произвольное положение в пространстве, возбуждение жидкости осуществляют облучением электромагнитным полем источника, удаленного от зоны гидроразрьша, измеряют до и в процессе гидроразрьша величину напряжения на электроде и определяют площадь зоны гидроразрыва горной породы по формуле JP S So Uoгде S So площадь трещины; (Л площадь трещины до гидроразрыва (площадь зародышевой щели); и напряжение на электроде,введенном в жидкость; Uo напряжение на электроде до гидроразрьша. СП ел

7 /.„, I