Способ повышения проницаемости горных пород на месте залегания и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК E21B43/28 E21B43/25 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для добычи полезных ископаемых через скважины, в том чиспе металлов, марганца, серы соли, угля, нефти.

Цель изобретения - увеличение проницаемости скальных горных пород при одновременном снижении энергозатрат путем обеспечения дилатантной деформации и разуплотнения массива в режиме нераоно- мерного нагружения в макрообьемах.

На фиг, 1 представлена общая компоновочная схема установки по предлагаемому способу; на фиг. 2 - излучатель волн

Установка представляет собой комплекс, состоящий из экскаватора 1, волнового излучателя 2, гидромолота 3 и цементировочного агрегата ЦА-320МЕ4. На рукояти экскаватора вместо снятого ковша устанавливается генератор войн, состоящий из гидромолота 3, подключенного к гидравлической системе экскаватора и соединенного в нижней части посредством фланцев с излучателем 2.

Излучатель волн представляет собой два конических корпуса, один из которых - отражатель 4 волн - рассчитывается из условия акустического согласования волноводов, а другой - концентратор 5 волн - строится из условия уменьшения сечения по экспоненте. Корпусы соединены фланцами. К нижней части излучателя крепится подвижная опора 6.

Верхняя часть опоры представляет собой сферу, необходимую для обеспечения соосности при монтаже установки на скважину. К патрубку подвижной опоры крепится присоединительный патрубок 7, соединенный с напорной магистралью 8 агрегата высокого давления воды. После подключения к присоединительному патрубку напорной магистрали высокого давления воды через обратный клапан подают воду под давлением 3 102 кН/м , в количестве. обеспечивающем заполнение скважины до перелива.

После заполнения скважины и излучателя вода поднимается и воздействует на волновод, который поднимает боек 9 гидро- молотадо сопряжения с клапаном 10. После этого боек 9 под действием давления жидкости, которое поддерживается газовым аккумулятором через клапан 10, устремляется вниз и наносит удар по торцу излучателя Затем клапан снова набегает на головку бойка, и далее цикл повторяется.

Гидромолот 3, будучи прижатым к столбу воды, создает ударную волну сжатия, которая, достигая конической поверхности корпуса отражателя л волн, отражается вдоль оси скважины и, проходя через концентратор 5 волн, излучается в жидкостный волновод, который образуется заполнением скважины жидкостью

При работе установки волновод постоянно прижат к столбу воды, а боек 9 с заданной частотой генерирует серию волн, что вызывает смещение в направлении забоя столба воды, сообщая ему заданное количество движения.

Процесс разуплотнения по предпагае- мому способу осуществляется следующим образом.

До нагружения разуплотняемого массива волнами сжатия пористое пространство горной породы насыщается жидкостью. Для этого в скважину нагнетается жидкость

под давлением, превышающим поровое не менее чем в 1.5 раза, в расчете на то, чтобы компенсировать горное давление, вытесняющее жидкость из пор в направлении к скважине, а также сопротивление направленному движению жидкости в порах и в конечном счете, обеспечить перемещение жидкости по порам и трещинам от скважины в массив.

После того, как в скважине устанавливается оговоренное статическое давление, по столбу жидкости, сжатому этим статическим давлением, подаются с поверхности волны сжатия с амплитудой давления, больше или равной напряжению сжатия - растяжения в

плоскости пласта, обеспечивающего дила- тантную деформацию и разуплотнение массива в режиме неравномерного нагружения в макрообъемах,обусловленного разностью горных давлений на нижних и верхних-поверхностях участка массива, охваченного полной, и неравномерности в макрообъемах, обусловленной разностью поровых давлений из-за неодинакового размера пор и структурно-акустической неоднородности

массива.

Длину волны выбирают близкой к мощ«. иости пласта, но не больше этой мощности,

с целью снижения потерь энергии волны на

рассеяние за пределами пласта. При малых

мощностях пласта длину волны ограничивают по минимальной величине - она должна быть не меньше длин трещин, образовавшихся в массиве, так как через такие трещи- ны волна малой амплитуды не будет

распространяться. Длину волны задают в генераторе.

Процесс разуплотнения массива происходит путем дилатантной деформации - деформации сдвигом по граням кристаллов

или блокам кристаллов. В результате такой сдвиговой деформации массив покрывается оавномерной сеткой трещин, а существующие трещины и поры увеличиваются в размере Объем разуплотненной часги массива

0 при этом увеличивается на 1-2% за счет упругого сжатия близлежащего массива.

Необходимым условием дилатантного разуплотнения является наличие неравно- 5 мерного нагружения участка массива, охваченного волной в каждый момент времени, в частности, наличие растягивающих напряжений, обусловленных этой неравномерностью в микро- и макрообъемах разуплотняемого массива.

Процесс дилатантного разуплотнения происходит при величинах напряжения, на порядок более низких, чем промесс традиционного дробления оаздавливанирм В ча сгности, при наличии рэстягир ос1м. напряжений величиной цо 5 МПа в грзм пь для дилатантного сдвига крист лов ,о гра ням достаточно напряжения ежа ия ч пре делах 1-5 МПа, приложенного в поскости перпендикулярной направтению рэстяги- вающего напряжения.

Процесс разуплотнения контролируют с повархности по приемистости скважин поглощению жидкости при нагнетании ее в скважину Если в начале приемистость обычно составляет 0-5 м /ч при давлении нагнетания 3-5 МПа для монолитных пород, то в процессе воздействия волнами на мае сив она постепенно увеличивается и достигает 7-8 м /ч и более в зависимости от технологических требований Необходимое для этого время составляет несколько часов

Количество движения участка жидкост ного волновода в скважине, охваченного волной в зоне рудного тела, поворачивается вдоль разуплотняемого пласта путем акустического согласования жидкостного волновода с массивом Для этого используют конические согласователи из металла ити осуществляют специальную разделку скважины, обеспечивающие акустическое согласование волноводов и повгрот количества движения волны в направлении разуплотняемого пласта

Формула изобретения 1 Способ повышения проницаемости горных пород на месте залегания включающий вскрытие пласта полезного ископаемо го скважиной подачу в скважину жидкости и воздействие ударными волнами с пэред - чей их по жидкостному волноводу в скважине с последующим поворотом волны от отражателя в пласт отличающийся тем, что, с целью увеличения проницаемости скальных горных пород при одновременном снижении энергозатрат путем обеспечения дилатантной деформации и разуплотнения массива в режиме неравномеоного чагру жечия в макрообъемах, перед воздействием ударными вотнэми на столб жидкости 9 скважине воздействуют статическим давлением, превушающим поровое давление в разуплотняемыл горных породах не чем в 1,5 раза а амплитуду в ударной волне выбирают равной или большой напряжения сжатия-растяжения для протекания дила- тантиой деформации в пласте, пои этом длину волны устанавливают соизмеримой с

мощностью пласта но не меньше заданной длины тррщии, образующихся в массиве

Я-Т-а Л -п

мошность пласта полезного ископагде I емою / а Т А

ванне л

длина волны скорость волчы длительность волны. - прирост длины трещины обртзо- за одно прохождение волны количество прохождений вотны для обеспечения расчетной длины трещины причем поперечное сечение жидкостного волночода в направлении к забою в излучения волн изменяют в соответствыЗЭРИГИМОСТЫО

ж а ж Г ж т/Л-i Э м м /Эж0 ЗАО

где ржо аЖо начапьные (при подходе к забою скважины) соответственно плотность

ЖИДКОСТИ И СКОРОС1Ь ВОЛНЫ В ЖИДКОСТИ,

р аж РЖ соответственно птотность жидкости скорость золны в жидкости и текущее значение сечения жидкостного апл- чоеода на длине волны,

РМ, ам. FM соответственно плотность массива, скорость волны в нем, поперечное сечение /частк мгссива охваченного волной з каждом сечении на длине волны от забоя скважиьы

2 Устроис) во для повышения проницаемости горных пород на месте залегания, включающее акустический отражагель ко- ническ чй формы с острием в верхней части, соединенннй с генератором силовых волн с кониэнтратором волн и отрз отелем волн на ргс. кон ге, сообщенным с жмдким волно- РОДОМ отличающееся тем, что, с целью увеличения проницаемости горных пород при одновременном снижении Энергозатрат путем обеспечении дилатантной деформации и разуплотнения массива в режиме неравномерного нагружения в макрообъемах концентратор волн и отражатель волн выполнены в виде усеченных конусов, герметично соединенных между собой своими большими основаниями, и снабжены гидромолотом, пропущенным через меньшее основание концентратора волн с возможностью fei о возвратно-поступательного движе- иия с клапаном и бойком и патрубком высокого давления воды при этом сечение отражателя волн выполнено с уменьшающимся по экспоненте сечением, волновод-излучатель выполнен с сечением, уменьшающимся по зависимости

UO

- . lfjiLi L-1 a F AID auo

где Д|0, auo -соответственно плотноск материала излучателя, скорость волны в материале излучателя в нулевом сечении,

PU, au, FU - соответственно те же параметры излучателя в текущих сечениях излучателя;

РЖ, аж, РЖ - соответственно плотность жидкости волновода, скорость волны в жидком волноводе и приведенное сечение жидкостного волновода по длине излучателя, а акустический отражатель имеет высоту не меньше длины волны

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для добычи полезных ископаемых через скважины. Цель изобретения - увеличение проницаемости скальных горных пород при одновременном снижении энергозатрат за счет обеспечения дилатантной деформации и разуплотнения массива в режиме неравномерного нагру- жения в макрообьемах. Установка представ- ляет собой комплекс, состоящий из экскаватора, волнового излучателя (ВИ) и гидромолота (ГМ) При этом ВИ представляет собой два конических корпуса - отражатель волн и концентратор волн, которые соединены фланцами. К нижней части ВИ крепится подвижная опора, которая патрубком соединена с напорной магистралью агрегата высокого давления воды. Заполняют скважину водой Последняя поднимается, воздействует на волновод, который поднимает боек ГМ. Под действием давления жидкости боек устремляется вниз и наносит удар по торцу ВИ. Прижатый к столбу воды, ГМ создает ударную волну сжатия. Последняя, достигая конической поверхности отражателя волн, отражается вдоль оси скважины и проходит через концентратор волн ВИ в жидкостный волновод, который образуется заполнением скважины жидкостью. Боек ГМ с заданной частотой генерирует серию волн. Это вызывает смещение в направлении забоя столба воды. Перед воздействием ударными волнами на столб жидкости воздействуют статическим давлением, превышающим поровое давление в разуплотняемых породах не менее чем в 1,5 раза. Амплитуду в ударной волне выбирают равной или больше напряжения сжатия-растяжения. Длительность волны устанавливают соизмеримой с мощностью пласта, но не меньше заданной длины трещин. Поперечное сечение жидкостного волновода изменяют в направлении к забою в соответствии с расчетной зависимостью. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. Ё XJ О 00 ю ON

Фиг 2

Ю