Способ акустического разрыва пласта горной породы МУРОХ Советский патент 1985 года по МПК E21F5/00 E21F7/00 E21B43/00 

1 Изобретение относится к горной промышленностк и может быть использовано для предотвращения внезапных выбросов угля, породы и газа и повышения добычи полезного ископаемог Цель изобретения - повьпнение : эфективности и безопасности работ по проведению акустического разрыва пласта путем увеличения трещиноватости массива и снижения его газо носности. На фиг. 1 представлена принципиальная технологическая цепочка для акустического разрыва пласта горной породы; на фиг. 2 - технологическая цепочка, соответствующая пласту гор ной породы с высокой проницаемостью на фиг. 3 - технологическая цепочка соответствующая пласту горной пород с низкой проницаемостью. Технологическая цепочка включает дневную поверхность 1, скважину 2, пласт 3 горной породы, обсадную трубу 4, фланец 5, планшайбу 6, кре товину 7, задвижки 8-10, гидравлическую линию 11, датчик 12 давления (манометр), генератор 13 гармонических колебаний, гидравлическую линию 14, задвижки 15 питающего трубопровода 16, датчик 17 давления (манометр), подпитывающий насос 18, .гидравлическую линию 19 для соедине ния насоса с генератором, электродвигатель 20, шлёйфовый осциллограф 21, датчик 22 давления (манометр) , включаемый между генератором и насосом. С дневной поверхности 1 бурят скважину 2 до пересечения с пластом 3 горной породы. Скважину обсаживают обсадной трубой 4, на которую последовательно монтируют фланец 5, планшайбу 6, крестовину 7. На крестовине крепят задвижки 8-10. Одну из задвижек посредством гидравличес кой линии 11с вмонтированным в нее датчиком 12.давления (манометром) соединяют с генератором 13 гармонических колебаний. Генератор посредством линии 14 с одной стороны и задвижку 15 питающего трубопровода 16с вмонтированным в него датчиком 17давления (манометром) с другой стороны соединяют с подпитывающим насосом 18 посредством гидравлической линии 19. В гидравлическую линию между генератором и насосом включают датчик 22 давления (мано12метр). В качестве генератора гармонических колебаний можно использовать однопорганевой насос с удаленным нагнетательным клапаном, приводимый в действие двигателем 20 с возможностью плавного изменения скорости вращения коренного вала. Для повышения точности контроля колебательного процесса к датчику подсоединяют регистрирующий прибор, например шлейфовый осциллограф 21. Перед началом работы по акустическому разрыву пласта известными методами определяют проницаемость пласта, затем приступают к разрыву пласта. Перед началом работы открывают задвижки 8 и 15 и заполняют гидравлическую систему за счет питающего трубопровода до установившегося в ней давления, о чем судят по одинаковым показаниям манометров 12, 17 и 22. После этого вводят в действие насос и ведут нагнетание до установившегося давления в скважине и линии 14, о чем судят по одинаковым показаниям манометров 12 и 22. Затем плавным изменением скорости вращения вала двигателя вводят в действие генератор гармонических колебаний в интервале частот основноготона скважины, о которой судят по отсутствию показаний колебаний давления на датчике 12 шлейфового осциллографа 2 1 до первой ее критической частоты при определенном повышении среднего давления в скважине. Изменением скорости вращения вала двигателя насоса добиваются отсутствия колебаний давления в линии 14, о котором судят по отсутствию колебаний показаний датчика 22 (манометра) . При отклонении резонансных параметров от указанных величин генератор переводят на следующую час- , тоту колебаний четвертьволнового ряда, и так - до достижения первой критической частоты скважины. Для осуществления оперативного управления процессом четвертьволновые резонансные частоты рассчитывают заранее по формуле . П - 1 С tpej 4 Н а критические частоты скважины определяют из соотношения 1C Р 2d

где f-., - четвертьволновая резонансрв э

ная частота скважины, Гц; f - критическая частота сква жины, Гц; ,2,3 - номер тона, первый считают основным;

С - скорость звука в скважине, заполненной рабочим агентом (для воды С 15000 м/с) м/с;

Н - глубина скважины, м; d - ее .диаметр, м. В случае акустического разрыва пласта горной породы с высокой начальной проницаемостью возникает необходимость независимой подачи рабочего агента в скважину с высоким

у

темпом из-за его быстрого ухода в пласт. Скважину соединяют с генератором гармонических колебаний и подпитывающим насосом параллельно за

счет того, что задвижку 8 посредством гидравлической линии 11 соединяют с генератором 13 колебаний, а задвижку 10 посредством линии 14 с насосом 18, задвижкой 15 и питающим трубопроводом 16. Задвижки 8, 9, 10 и 15 открьшают, вводят в действие подпитывающий насос 18 и по достижении установившегося давления, регистрируемого датчиками (манометрами). 12 и 22, приводят в

действие генератор гармонических колебаний на частоте основного тона. Далее способ выполняют по описанной схеме.

В случае акустического разрыва пласта горной породы с низкой Начальной проницаемостью технологическую цепочку собирают как это показано на фиг. 3. Скважину, генератор гармонических колебаний и питающий трубопровод соединяют последовательно. Отк.рытием задвижек 8 и 15 заполняют скважину рабочим агентом до установившегося давления, о котором судят по идентичности показаний датчиков 12 и 17 (манометров). Ввводят в действие генератор гармонических колебаний на первой критической час-

тоте скважины и последовательно снижают частоту колебаний-до частоты основного тона скважины.

Для повьш1ёния скорости акустического разрыва пласта горной породы скважину снабжают дополнительным генератором гармонических колебаний который соединяют с ней параллельно основному генератору через свободную задвижку. Таким образом, оба генератора и подпитывающий насос соединяют со скважиной параллельно. Введением в действие насоса скважину заполняют рабочим агентом до установившегося давления, после чего вводят в действие генераторы гармонических колебаний одновременно. Причем на одном из них устанавливаю частоту основного тона скважины, а на другом - ее первую критическую частоту, и процесс ведут встречным одновременным изменением частот по четвертьбблновому ряду, т.е.. .на одном генераторе частоту повьш1ают, а на другом - понижают соответственно.

Во всех случаях при достижении установившейся амплитуды давления .на предельной частоте интервала процесс акустического разрьша пласта горной породы прекращают и приступают к освоению и эксплуатации скважины.

Предлагаемый способ позволяет равномерно увеличивать зону искусственной трещиноватости пласта горной породы путем создания гармонических стоячих волн давления в скважине, что приводит к накоплению энергии и распространению ее по пласту в виде чередующихся волн напряжений сжатия и растяжения. Увеличение зоны трещиноватости повышает темпы добычи полезного ископаемого и эффективность дегазации массива, в результате чего снижается возможность проявления внезапных выбросоц в процессе акустического разрыва пласта.

W

Фиг.З

1. СПбСОБ АКУСТИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА ГОРНОЙ ПОРОДЫ, включающий бурение скважины в массиве горных пород, обустройство ее устьевой арматурой, соединение устьевой арматуры с генератором упругихколебаний, насосом, питающимтрубопроводом, пбдачу в систему и нагнетание в скважину рабочей жидкости, возбуждение в ней упругих колебаний, о т л и - чающийся тем, что, с целью повышения эффективности и безопасности работ по проведению акустичес.кого разрыва пласта путем увеличения трещиноватости массива и снижения его газоносности, предварительно определяют проницаемость массива горных пород, упругие колебания возбуждают синусоидальными в интервале основного тона скважины и первой ее критической частоты. 2, Способ ПОП.1, отличающийся тем,.что при низкой проницаемости массива частоту упругих колебаний уменьшают от верхнего предела, равного первой критической частоте, до частоты основного трна (Л скважины. с 3.Способ по П.1, отличающийся тем, что при высокой проницаемости пласта частоту упругих колебаний увеличивают от частоты основного тона скважины до первой ее критической частоты. Од 4.Способ по пп.1-3, отлиел чающийся тем, что синусо00 идальные колебания возбуждают на частотах нижнего и верхнего пределов интервала одновременно.