Способ контроля размеров трещины гидроразрыва горных пород Советский патент 1987 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к технике контроля параметров гидроразрыва горных пород, в частности предназначено для определения линейных размеров раскрытия трещины вокруг скважины.

Цель изобретения - повышение точности определения размеров одиночной трещины гидроразрьгоа.

На чертеже показана схема проведения контроля размеров гидроразрыва горных пород.

Способ осуществляют следующим образом.

Способ основан на найденной в ре- 5 сов жидкость фильтруется через

.

зультате исследований процессов гидроразрыва зависимости линейных размеров создаваемой щели от давления, расхода, скорости и фильтрационньгх особенностей .жидкости в зоне разрьгеа горной породы.

При вьшолнении гидроразрыва из выработки 1 в массиве 2 горных пород бурят рабочую скважину 3, в которой создают зародьшевую щель 4 и устанав ливают пакер 5. В зародьшевую щель от основного насоса 6 через расходомер 7, манипулятор 8 и трубу 9 подаю рабочую жидкость под давлением, при котором происходит гидроразрыв горной породы с образованием трещины 10 пересекаемой скважиной 3.

Для контроля за размерами гидроразрьгоа вдоль выработки 1 через заданные расстояния бурят контрольные скважины 11 до пересечения с трещиной 10 и устанавливают в них фотоприемные устройс-тва 12, которые через кабели 13 подключают к измерителю 1А интервалов времени. В контроль ных скважинах устанавливают гермети

1

Q.

2ТК(Р)

м.

(2)

заторы 15. От дополнительного насоса 16 из резервуара 17 в манипулятор 8 Подают краситель (цветную жидкость), где г, который перемещает поршень 18 и че- 45 рез трубу 9 и зародышевую щель 4гидроразрыва, м.

поступает в трещину 10. Давление жид- Для трещины круглой формь рас - средний радиус трещины,

образовавшейся в результа

кости, нагнетаемой в скважину, измеряют манометром 19. Б момент подачи красителя давление дополнительного насоса 16 доводят до давления рабочей жидкости, а давление основного насоса сбрасывают. По времени поступления красителя к фотоприемникам и известному расстоянию между конт- рольными скважинами находят зависимость изменения скорости движения жикости с расстоянием от рабочей скважины и по этой зависимости определяют размеры гидроразрыва горных пород: в тех точках, где скорость жидкости равна нулю, и находится граница трещины.

При гидроразрыве подаваемая жидкость фильтруется через стенки образующейся трешины. Расход жидкости, идущей на фильтрацию при заданном давлении, пропор.уионален площади зоны гидроразрыва. Если расход подаваемой жидкости поддерживается постоянным, то площадь зоны гидроразрыва, достигнув определенных значений, не меняется. Вся поступающая от насогде Q

стенку трещины, что может быть выражено как

Q

(P)-S, м7с,

(1)

К(Р) 25

S 20 где Q

расход подаваемой от насосов жидкости, м/с; фильтрационная характеристика породы, равная расходу жидкости при давлении Р через единицу площади поверхности трершны, м/с; суммарная площадь поверхностей образовавшейся трещины, м.

40 ется как

30

Функц ия К(Р) для конкретных горных пород определяется известными способами.

Если гидроразрыв осуществляется в условиях равнокомпонентного (гид- 35 ростатического) напряженного состояния горных пород, когда форму образующейся трещины можно считать ква- зикруглой, то средний радиус трещины согласно выражению (1) определяак

1

Q.

2ТК(Р)

м.

гидроразрыва,

, гидроразрыва, м.

- средний радиус трещины,

образовавшейся в результате

ход жидкости, подаваемой от насосов, МОЖНО представить как

,, MVc,(3)

Q - расход жидкости, которая отфильтровьгоается в зоне гидроразрыва, ограниченной окружностью с радиусом г, MVcj

Q - расход жидкости, которая протекает за пределы зоны гидроразрыва, ограниченной

31

окружностью с paflHvcOM г, . Очевидно, что

Qn-z- r KCP)

Q, 2urh,V,

где hp зияние. трещины .на расстоянии f от рабочей скважины, м;

VP - радиальная скорость жидкое- ти на расстоянии г от рабочей скважины, м/с. Исходя из (3) и (4) зияние трещины

, Q-z-irr кт ,.

Paдиaльнз o скорость V,, жидкости в месте пересечения контрольными скважинами трещины можно измерить известными средствами. Они позволяют по одиночным скважинам определять как скорость, так и направление движения жидкости в трещине и в отдельных случаях могут успешно применяться. Однако обп(им и основным недостатком подобных средств яв- Л яется малая база, ограниченная диаметром скважины и, следовательно, низкая точность измерения.

При проведении гидроразрыва в большинстве случаев допускают, что движение жидкости направлено от рабочей скважины к границе трещины. Тогда ее скорость просто и с высокой точностью можно определять подачей в щель красителя и измерением времени его поступления в контрольные скважины, пробуренные по одной из линий движения жидкости. В данном способе контрольные скважины пробуривают через известные расстояния вдоль выработки, в которой находится рабочая скважина, а краситель закачивают в трещину из резервуара до- полнительным нйсосом следующим образом. Давление красителя (цветной жидкости) доводят до давления рабочей жидкости и подают в манипулятор 8. После этого давление рабочей жидкое- ти сбрасывают. Под действием разности давления .рабочей жидкости и красителя поршень 18 перемещается в сторону основного насоса и краситель через манипулятор 8, трубу 9 и заро- дьшевую щель 4 поступает в зору раз- рьгаа горной породы. Важно, что в период подачи красителя давление жидкости в трещине не меняется и, сле764

довательно, стационарность npoiu cca ее фильтрации в горную породу не нарущается. Вязкость красителя и рабочей ж1 Щкости должны быть примерно одинаковыми. В контрольных скважинах устанавливают фотоприемное устройство 12, представляющее собой трубки с продольными прорезями, с одного из торцов которых устанавливается светодиод, а с другого - фотодиод.

Фотоприемники посредством кабелей 13-подключают к измерителю интервалов времени. На входах измерт1теля интервалов времени имеются компараторы, к которым подключаются фотодиоды. Компараторы срабатывают в момент, когда краситель попадает через продольные прорези в трубки и изменяет в них световые потоки от свето- диодов к фотодиодам. Скорость жидкости определяют как отношение расстояния между контрольными скважинами к разности времени поступления в них красителя.

После определения времени посту пления в скважины красителя давление основного насоса доводят до прежнего, а давление дополнительного насоса сбрасывают. Порртень 18 перемещается в сторону дополнительного насоса 16. Рабочая жидкость поступает в трещину и промь1вает фотоприемные устройства. Компараторы возвращаются в исходное состояние. Измеритель 14 интервалов времени устанавливают в нулевое положение. После этого система готова к следующим измерениям.

Формула изобретения

1.Способ контроля размеров тре- 11щны гидроразрьша горных пород, включающий нагнетание жидкости в скважину, пересекающую трещину, и измерение параметров потока жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения размеров одиночной трещины гидроразрьюа, измеряют зависимость скорости жидкости в трещине от расстояния до скважины и по местоположению точек, где скорость жидкости равна нулю, определяют границы трещины.

2,Способ по п. I, отличающийся тем, что измеряют расход жидкости в скважине, а зияние трепшны определяют из выражеьпя

Qili.iiMll

ZITrV.,

M,

де r - расстояние от рабочей

скважтш до точки измерения , м;

h - зияние трещины на расстоянии г от скважины; VP .- скорость движения жидкости

в трещине на расстоянии г JQ от скважины, м/с; Q - расход жидкости в скважине,

К(Р) фильтрационная характеристика породы, равная расходу жидкости через единицу поверхности трещины при давлении жидкости, ра.вном давлению жидкости в скважине, м/с.

3. Способ по пп. 1 и 2, отлиающийся тем, что зависимость корости жидкости в трещине от расf5

20

Редактор А.Сабо

Составитель С.Потапов Техред Л.Сердюкова

Заказ 871/32 Тираж 455 Подписное

ВНИЖЩ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Разшюкая наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4.

стояния до скважины определяют по времени появления в контрольных сква- жинах, пересекающих трещину, красителя, подаваемого в скважину периодически.

4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что средний радиус трещины определяют из выражения

Т

9

2 иК(Р)

м.

5

0

где г О

, Р К (Р.)

средний радиус трещины; расход жидкости в скважине, MVc;

- фильтрационная характеристика породы, равная расходу жидкости через единицу поверхности трещины при давлении жидкости, равном давлению жидкости в скважине, м/с.

Корректор М.Самборская

Изобретение относится к горной промьшшенности и предйазначено для определения линейных размеров раскрытия трещины (Т) вокруг сквазкины (С). Цель - повышение точности определения разме ров одиночной Т гидроразрыва. Для этого в С, пересекаю- дую Т, нагнетают жидкость (Ж) и изменяют параметры потока Ж. Сначала ;измеряют зависимость скорости Ж в Т от расстояния до С. Границы Т определяют по местоположению точек, где скорость Ж равна нулю. Зависимость скорости Ж от расстояния до С определяют по времени появления в контрольных С, пересекающих Т красителя, подаваемого в С периодически. Далее измеряют расход Ж в С. Зияние Т определяют из выражения: h Q-2 ii r K(P) / /2 u rVp , м. Средний радиус Т опреде- ляют из выражения i:,p 4Q/2irK(P) , м, где г - расстояние от рабочей С до точки измерения, м; h - зияние Т на расстоянии г от С; V - скорость движения Ж в Т на расстоянии г от С, м/с; Q - расход Ж в С, К(Р) - фильтрахщонная характеристика породы, равная расходу Ж через единицу поверхности Т при давлении Ж, равном давлению Ж в С, м/с. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. ё (Л N3 СО 00 со