СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ТАМПОНАЖА ПРИ СООРУЖЕНИИ ПРОТЯЖЕННЫХ ПРОТИВОФИЛЬТ РАЦИОННЫХ ЗАВЕС Советский патент 1996 года по МПК E21D11/00 

Изобретение относится к горному делу, в частности к области тампонажа проницаемых обводненных пород, и предназначено для контроля качества тампонажа при сооружении протяженных противофильтрационных завес, ограниченных в плане.

где K_min допустимый остаточный коэффициент проницаемости обводненных горных пород, м²;
К_ср средневзвешенное значение коэффициента проницаемости всех водоносных горизонтов, вскрываемых стволом, м²;
Q суммарный прогнозный приток воды в ствол, м³/ч;
Q_min допустимый остаточный приток воды в ствол, м³/ч (согласно СНиП, ч. Ш; раздел Б, 9-69);
после нагнетания тампонажного раствора в первую скважину проводят повторные расходометрические исследования во второй тампонажной скважине;
сравнивают коэффициенты проницаемости, полученные до и после нагнетания раствора;
нагнетают тампонажный раствор во вторую скважину и после этого проводят повторные расходометрические и гидродинамические исследования в третьей скважине и т. д. т.е. проводят повторные исследования в каждой последующей скважине после окончания нагнетания в предыдущую;
результаты контроля качества тампонажных работ для каждого водоносного горизонта представляют в виде графика: на оси абсцисс откладывают номера скважин в порядке очередности проведения тампонажа, а на оси ординат - значения коэффициентов проницаемости, замеренные перед нагнетанием раствора в соответствующую скважину.

Тампонажные работы считаются выполненными удовлетворительно, если каждое последующее измерение фиксирует неуклонное снижение проницаемости водоносных горизонтов, а коэффициенты проницаемости, определенные перед нагнетанием в последней тампонажной скважине, окажутся ниже или равными допустимым расчетным. Если же полученные коэффициенты проницаемости окажутся выше допустимых, тампонажные скважины следует разбурить и провести дополнительное нагнетание раствора в объемах, соответствующих остаточной проницаемости горных пород конкретных водоносных горизонтов.

Этот способ контроля качества тампонажа широко известен и положительно зарекомендовал себя при сооружении замкнутых противофильтрационных завес (например, при водоизоляции горных пород вокруг строящихся стволов шахт).

Цель изобретения повышение качества контроля тампонажа, а также сокращение сроков проведения тампонажных работ и экономия тампонажных материалов при сооружении протяженных противофильтрационных завес.

Поставленная цель достигается тем, что в непосредственной близости от вершины прямого угла, образованного завесой и фланговыми водоупорными породами, бурят контрольную скважину и с помощью данных, полученных в результате гидродинамических исследований, проводимых в контрольной и тампонажных скважинах, по предложенной формуле определяют остаточный водоприток через проскок (расстояние между поперечным сечением края завесы и фланговыми водоупорными породами). Сооружение ПФЗ будет считаться законченным, если остаточный водоприток будет соответствовать нормам СНиПа, т.е. ≅ 5м³/ч.

На фиг. 1 представлена схема расположения контрольной и тампонажных скважин; на фиг. 2 графические построения к выводу формулы для определения остаточного водопритока; на фиг.3 графические построения к выводу аналитических зависимостей для определения местоположения контрольной скважины. На чертежах и в тексте приняты следующие обозначения: 1 - тампонажные скважины; 2 единичные тампонажные завесы; 3 фрагмент течения; 4 протяженная ПФЗ длиной S; Т ширина пласта; M мощность пласта; N - контрольная (наблюдательная) скважина; S длина завесы; S₁ длина проскока; l толщина завесы; l₁ расчетное расстояние, на котором напор равен Н; h_N разница уровней в контрольной скважине и точке А; А вспомогательная расчетная точка, выбираемая произвольно посредине проскока; В тампонажная скважина (до тампонажа), в которой проводятся гидродинамические исследования.

Способ осуществляют следующим образом. На расстоянии а и b от вершины прямого угла, образованного завесой и фланговыми водоупорными породами, бурят контрольную скважину N, при этом a=0,05T, b=7,07•10^-2Т(доказательство см.ниже). Определяют остаточный водоприток Q по формуле:
(1),
где Q приток подземных вод, м³/с;
К коэффициент фильтрации, м/с;
М- мощность водопроницаемого пласта, м;
H_N напор в контрольной скважине, м;
H_i напор в тампонажной скважине (до тампонажа), м;
l толщина завесы, м;
S₁ длина проскока (расстояние между поперечным сечением края завесы и фланговыми водоупорными породами), м;
разница уровней в контрольной скважине и вспомогательной, м (2);
S длина завесы, м;
Т ширина проницаемого массива горных пород, м.

Как только водоприток Q станет меньше или равным водопритоку по СНиП (5 м³/ч), дальнейшее удлинение протяженной тампонажной завесы прекращают, т.е. можно считать, что тампонажные работы выполнены удовлетворительно и тампонажная противофильтрационная завеса сооружена. Это позволяет не сооружать тампонажную завесу, полностью перекрывающую сечение пласта. Тем самым тампонажная завеса, с одной стороны, будет удовлетворять требованиям СНиП, а с другой появляется возможность экономии дорогостоящих тампонажных материалов, необходимых в случае тампонажа всего сечения пласта.

Таким образом, если во всех известных способах противофильтрационную завесу сооружают сразу на всю расчетную мощность, а затем проводят контроль качества проведенных водоизоляционных (тампонажных) работ, то в заявленном способе этот контроль ведут параллельно с работами по сооружению завесы: как только величина остаточного водопритока становится допустимой, дальнейшее сооружение ПФЗ прекращают, что очень существенно, так как позволяет значительно сократить материальные затраты.

В способе по прототипу контроль качества тампонажа также осуществляют параллельно с тампонажными работами, однако он дает возможность последовательно контролировать качество уже выполненных работ (путем измерения и расчета коэффициента проницаемости) и не позволяет определять водоприток через незавершенные завесы (см. описание выше по тексту), поэтому и в данном случае завесу необходимо сооружать на всю расчетную мощность, хотя практической необходимости в этом нет.

Приводит вывод формулы остаточного водопритока, который основан на методе фрагментов. Измеренные в процессе работ по контролю качества величины напора U_N и H_i подставляют в выражение (1) и находят водоприток Q через зазор между завесой и противоположным бортом фланговых водоупорных пород длиной S₁ (фиг.1).

Уравнение (1) получено так. Понижение уровня (потеря напора) в скважине N относительно произвольной точки, удаленной на расстояние l1≥ Т (напор в этой точке H₃), равно (фиг.2):
ΔΗ_N = H₃-H_N=H₃-H₂-h_N (2)
где h_N превышение уровня в точке N относительно точки А (теоретическое значение этой величины . (Аравин В.И. Нумеров С. Н. Фильтрационные расчеты гидротехнических сооружений. Л. 1955, ГИЛСА);
q_r приведенный расход, м (терминология из того же литературного источника);
S длина завесы, м (см.фиг.1);
Т ширина проницаемого массива горных пород в плане, м (фиг. I);
H₂ напор в точке А, м (фиг.1), точка А в расчете является вспомогательной, а напор в этой точке H₂ по мере вывода уравнения (1) исключается;
H₃ напор в некоторой точке на расcтоянии l₁≥Т от края ПФЗ, м (фиг.2), этот напор также исключается по мере вывода уравнения (1);
H_N напор в наблюдательной скважине N, м (фиг.1).

Условие l₁≥Т необходимо для выполнения условия постоянства напора вдоль поперечного сечения коллектора с протяженной ПФЗ (см. цитируемый источник Аравина В.И. Нумерова С.Н).

Напор H₂ можно исключить из уравнения (2) с помощью следующего уравнения:
(3) откуда
где H_i напор в тампонажной скважине до нагнетания в нее тампонажного раствора;
q_r приведенный расход через проскок шириной S₁ (фиг.1), м.

Уравнение (3) применяется в методе фрагментов, для фрагмента длиной I и шириной S₁ (фиг.1). Метод фрагментов описан в книге Аравина В.И. Нумерова С. Н. Фильтрационные расчеты гидротехнических сооружений, Л. 1955, ГИЛСА.

С другой стороны из уравнения (2) следует:
H₃-H_N=H₃-H₂-h_N или H_N=H₂=h_N, откуда h_N=H_N-H₂ (5).

Подставляя в уравнение (5) вместо величины H₂ ее выражение из уравнения (4), получим:

откуда получим, что Из уравнения (7) находим выражение для приведенного расхода q_r

Общий расход через незатампонированный участок коллектора шириной S₁ (фиг.1) равен Q=q_r КМ, или
. (9)
где К коэффициент фильтрации тампонируемого пласта, м/с;
М мощность водопроницаемого пласта, м.

Величины а и b, определяющие местоположение контрольной скважины N (см. фиг. 3), определяют следующим образом. Расстояние а может быть выбрано следующим образом. В технических расчетах допускаются отклонения, характеризуемые погрешностью 5% (в некоторых случаях удовлетворительной погрешностью считают и 10%). Рассмотрим отношение и потребуем, чтобы
откуда a=0,05•S, (10)
где а расстояние от границы завесы, м; S протяженность ПФЗ.

Однако, принимая во внимание, что конечная оптимальная протяженность завесы S неизвестна, расчет проводим на всю ширину пласта Т в плане.

Таким образом, а≈4,05 Т. Определим расстояние b

Предлагаемый способ позволяет не только повысить надежность и оперативность контроля качества тампонажа, но и сократить сроки сооружений ПФЗ и уменьшить материальные затраты, что никакими другими известными способами не достигается.

Кроме того, предлагаемый способ по сравнению с известными очень простой, не требует сложных измерений и громоздких вычислений.

Проведенные испытания показали работоспособность и полную надежность способа.

Использование предлагаемого способа предполагается на Североуральском бокситовом руднике, для условий которого и было создано в порядке служебного задания предлагаемое изобретение. ЫЫЫ2

Изобретение относится к горному делу. Сущность изобретения: способ включает бурение скважин, проведение в них гидродинамических исследований в процессе ведения тампонажных работ. При этом определяют величину остаточного водопритока. Для этого бурят дополнительную контрольную скважину. Измеряют напор в контрольной и тампонажной скважинах до тампонажа. Затем приводится формула для определения величины остаточного водопритока через противофильтрационную завесу. 3 ил.

Способ контроля качества тампонажа при сооружении протяженных противофильтрационных завес, ограниченных на флангах водоупорными породами, включающий бурение скважин, проведение в них гидродинамических исследований в процессе ведения тампонажных работ, отличающийся тем, что, с целью повышения качества контроля, сокращения сроков проведения тампонажных работ и экономии тампонажных материалов за счет формирования минимально необходимой и достаточной длины завесы, определяют величину остаточного водопритока, для чего бурят дополнительную контрольную скважину, последовательно измеряют напор в контрольной и тампонажной скважине до тампонажа, а затем определяют величину остаточного водопритока через противофильтрационную завесу по формуле

где Q остаточный водоприток подземных вод, м³/с;
К коэффициент фильтрации, м /с;
М мощность водопроницаемого пласта,м;
Н_N напор в контрольной скважине, м;
Н_i напор в тампонажной скважине до проведения в ней тампонажа,м;
l толщина завесы, м;
ρ₁ - длина проскока (расстояние между поперечным сечением края завесы и фланговыми водоупорными породами), м;
ρ - длина завесы, м;
Т ширина проницаемого массива горных пород, м,
при этом контрольную скважину бурят на расстоянии в 7,07•10^-2T от вершины прямого угла, образованного завесой и фланговыми водоупорными породами, а перпендикуляры расстояния от контрольной скважины до завесы и фланга водоупорных пород равны между собой и определяются из выражения a 0,05T.