Способ определения напряженного состояния массива горных пород Советский патент 1990 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к горному делу в ча(|тности к способам определения геомеханического состояния массива горных пород.

Целью изобретения является расширение области его применения и одновременное повышение точности и достоверности.

На чертеже представлена скважина вертикальный разрез.

На фиг. 1 обозначены: исследуемый массив горных пород 1. измерительная скважина 2. межпакерное пространство 3, пакеры 4 зонда гидроразрыва, зонд гидроразрыва 5. рабочий агент (жидкость) 6. гидропровод 7 высокого давления, гидронасос 8. трещина гидроразрыва 9. пьезодатчик 10. линия 11 электрического канала, акустический анализатор 12. манометр 13. самописец-расходомер 14.

Способ осуществляется в следующей последовательности операций,

В исследуемом массиве 1 колонковым снарядом бурят скважину 2. После ее тщательной очистки скважину 2 герметизируют пакерами 4 зонда гидроразрыва 5. В образованное межпакерное пространство 3 по- дают жидкость 6 по гидропроводу 7 высокого давления посредством насоса 8. В качестве рабочей жидкости 6 используют технические масла для гидросистем. Жидкость 6 подают периодически, ступенчато увеличивая давление в гидросистеме на МПа с выдержкой времени в каждой ступени 3-5 мин. Давление увеличивают до образования трещины гидроразрыва 9. Величина давления регистрируется по манометру 13, в качестве которого чаще всего используется самопишущий Нрибор, а для регистрации расхода жидкости W(t) используется самопишущий расходомер часового типа, Величина времени t на таких расходомерах определяется по клеткам ленты записи,

Величина давления в гидросистеме, при которой произошел гидроразрыв, обозначается через Pel.

Одновременно с увеличением давления от О до Pel ресистркруют интенсивность акустической эмиссии пород после каждой ступени нагру ения и фиксируют величину интенсивности J раз с момента возникновения гидроразрыва на ниспадающей части кривой давления.

После гидроразрыва скважины и обра- зозанмя трещины 9 определяют по ленте с самописца 14 расход Wycr жидкости 6 и длительность промежутка времени г уст от момента гидрсразрыва до установления стационарного состояния при замкнутой гидросистеме, а по данным, поступившим с пьезодатчика 10 на анализатор 12 по линии 11 электрического канала, определяют интенсивность акустической эмиссии пород Лэтал на момент наступления указанного стационарного состояния. Затем сбрасывают жидкость из гидросистемы и нагнетают ее в межпакерное пространство 3 повторно ступенчато до момента появления акустической эмиссии с интенсивностью Лэтал. С этого момента жидкость в межпакерное пространство 3 подают непрерывно и равномерно со скоростью (удельным расходом, дебетом), равной величине отношения WycT/Густ, и прекращают нагнетание при регистрации в массиве акустических импульсов с интенсивностью Jpa3, Фиксируют величину давления Рс2 в гидросистеме на этот момент времени. Значение давления Ps2. имеющее место после установления повторного -стационарного состояния, принимают за величину повторного раскрытия трещины.

Величины напряжений рассчитывают

по следующим общепринятым формулам

(рассматривается случай, когда скважина

вертикальная и пробурена в направлении

минимального главного напряжения

(7v (73 ;

Psi (72 CTn - промежуточное нормальное главное напряжение (горизонтальное);

Ps2 С7з ст V - вертикальное напряжение;

ан Рс2 3Psi - ЗРс2 максимальное главное напряжение (горизонтальное).

Следовательно, определение времени т уст и расхода жидкости WycTp, от момента

разрыва до установления стационарного состояния при замкнутой гидросистеме с последующим сбросом жидкости из гидросистемы и повторным нагнетанием ее в межпакерное пространство ступенями до

момента появления акустической эмиссии с интенсивностью иэтал и после этого непрерывное и равномерное нагнетание жидкости в межкамерное пространство со скоростью, равной величине отношения

WycT/ tycT, и прекращение нагнетания при регистрации в массиве акустических импульсов с интенсивностью Jpaa, определение значения величины давления после установления повторного стационарного

состояния с интенсивностью эмиссии пород эгап, принятие за величину напряжения повторного раскрытия трещины обеспечивает возможность .определения фактических значений напряжений в реальном массиве

горных пород, а также за счет точного и объективного определения величины давления, достаточного для поддержания трещины в равновесном состоянии, и величины давления повторного раскрытия трещины в

режиме непрерьДвного и равномерного раскрытия трещины со скоростью, равной скорости ее естественного роста, что исключает образование вторичных концентраторов напряжений как в самой трещине разрыва, так

и по остальной поверхности скважины внутри интервала измерений.

Пример. Бурили три скважины глубиной 10 м в ортогональных направлениях. Горизонтальные скважины ориентировали

исходя из полученных ранее направлений главных напряжений.

Скважина 2//(7и (7i . Рс1 12МПа; Jpa3 3-10 имп/10с; Pi 3 МПа;

имп/10с

Psi 10 МПа; J3Tan 25 имп/10 с

./Густ. 0,049см /с.

Рс2 12,5 МПа; 25 имп/10с

Рз2 11МПа,ч)раз (2,8-3) сгп 11 МПа.

av3an-Pc2 33-12,5 20,5МПа Скважина 1 //а п а з

v 20,5 МПа;

Рс2 12 МПа;

а п 11 МПа;

Jarafl 40 имп/10 с,

Jpa3 2,5- 10 имп/10с.

,afl 40имп/10с; WycT/r уст 0,058 .

3ап -Рс2 33-12 21МПа

Таким образом, окончательно имеемо п 11 МПа.

сгу 20,5 МПа.

о-н 21,ОМПа.

Применение способа в горной промыш- лен ности позволяет оперативно на этапе геологоразведочных и горно-подготови- тел|,ных работ определять фактические значения напряжения в реальном массиве а соответственно, обеспечивает возможность в значительной мере уточнить расчеты пре- делиых параметров конструктивных зле- ментов систем разработки.

:Формулаизобретения

Способ определения напряженного со- массива горных пород, включающий бурение измерительной скважины и гep |eтизaцию ее участка пакерами, периодическую подачу жидкости при замкнутой

гидросистеме в образованное межпакер- ное пространство до образования трещины разрыва и одновременную с процессом нагружения регистрацию акустической эмиссии пород с момента их разрыва до установления давления, характеризуемого интенсивностью Jэтзл, достаточного для поддержания оплученной трещины в открытом состоянии, отличающийся тем что, с целью расширения области его применения и одновременного повышения точности и достоверности, после гидроразрыва скважины при замкнутой гидросистеме определяют время Густ, расход жидкости WVCT от момента разрыва до установления стационарного состояния и интенсивность акустических импульсов пород Jpaa на ниспадающей части кривой давления после чего сбрасывают жидкость из гидросистемы и нагнетают ее в межпакерное пространство повторно, ступенями до момента времени появления акустической эмиссии с интенсивностью Jэтaл затем жидкость в межкамерное пространство подают непрерывно и равномерно со скоростью равной величине отношения WycT/ Tyct и прекращают нагнетание при регистрации в массиве акустических импульсов с интенсивностью Jpas. а напряжение при повторном раскрытии трещины и давление покоя определяют по величине давления при интенсивности акустической эмиссии Jpaa и по давлению после установления повторного стационарного состояния с интенсивностью Jaran.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения геомеханического состояния массива горных пород. Цель - расширение области применения и одновременного повышения точности и достоверности. Для этого бурят измерительную скважину и герметизируют ее участок пакерами. В образованное межпакерное пространство (МПП) подают жидкость при замкнутой гидросистеме (ГС) до образования трещины разрыва. Одновременно с процессом нагружения регистрируют акустическую эмиссию (АЭ) горных пород с момента их разрыва до установления давления, характеризуемого интенсивностью J_этал и достаточного для поддержания полученной трещины в открытом состоянии. После гидроразрыва при замкнутой ГС определяют время Τ_уст, расход жидкости W_уст от момента разрыва до установления стационарного состояния и интенсивность акустических импульсов пород J_раз на нисподающей части кривой давления. Затем жидкость из ГС сбрасывают и нагнетают ее в МПП повторно, ступенями, до момента появления АЭ с интенсивностью J_этал. После этого жидкость в МПП Подают непрерывно и равномерно со скоростью, равной величине отношения W_уст/Τ_уст, и прекращают нагнетание при регистрации в массиве акустических импульсов с интенсивностью J_раз. По величине давления при интенсивности АЭ J_раз и по давлению после установления повторного стационарного состояния с интенсивностью J_этал определяют напряжение при повторном раскрытии трещины и давление покоя. Способ исключает образование вторичных концентратов напряжений в самой трещине разрыва и по стальной поверхности скважины внутри интервала измерений. 1 ил.

N

чЧ