Способ повышения проницаемости горных пород Советский патент 1993 года по МПК E21F5/00 E21B43/26 

Изобретение касается гео- и горнотех- н | логических процессов и может быть ис- п льзовэно для увеличения гидро- и аэродинамических связей горного массива при добыче нефти, тепла или газа.

Цель изобретения - увеличение трещи- новатости.

На чертеже приведена схема реализа- ц||1и предлагаемого способа: 1 - горный массив, 2 - рабочая скважина, 3 - обсадная труба с перфорацией, 4 - слой редкоземель- нЬго вещества, нанесенный по внешнюю по- в рхность обсадной трубы, 5 - электроды, 6 - источник возбуждающего напряжения, 7 - бЛок согласования, 8 - микропроцессор, 9 - гйдроимпульсатор для нагнетания раство- ррв, 10 - отверстия в обсадной трубе (перфорация).

Способ осуществляют следующим образом.

В горном массиве 1 бурят рабочую сква- ж|ину 2, армируют ее обсадной трубой с пер- ф|орацией 10. Наносят на внешнюю поверхность обсадной трубы 3 слой редкоземельного вещества 4, вставляют в него электроды 5, подключают к источнику возбуждающего напряжения 6, связанным последовательно через блок согласования 7 с микроЭВМ, посредством которого управляют работой виброисточника, причем, подавая на слой редкоземельного вещества 4 возбуждающее напряжение, возбуждают в нем электромагнитные колебания, часть которых (до 50%) переходит в упругие колебания в выбранном диапазоне частот, изменяя величину и частоту возбуждающего напряжения, управляют параметрами упругих колебаний в широком диапазоне частот - от герц до килогерц. С помощью датчика давления горных пород, устанавливаемых в контрольную скважину определяют поле напряжений и главные векторы максимального и минимального главных напряжений и ориентируют направление вибровоздействия в плоскости, совпадающей с направлением действия одного из главных напряжений, Возбуждают колебания в диапазоне частот от 60 до 1500 Гц и вибровоздействия производят в течение времени,при котором интенсивность колебаний в знакопеременной упругой волне достигнет 0,5 от величины разрушающих напряжений, слагающих массив, затем вибровоздейстия прекращают и переходят нд частоту собстел

с

00

W

00

о

к

00

СА

енных колебаний горного массива в совоупности с нагнетанием в массив разупроч- яющих растворов и вибровоздействия роизводят в течение времени, при котором роисходит смена деформаций сжатия деормациями растяжения горных пород, что оответствует оптимальной проницаемости пород и переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте нагнетания гйдроим- пульсом 9 в массив гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом, нагретых до 80°С, и вибровоздействия производят в течение времени, .при котором прочность пород на разрыв снизится на 10-40% по сравнению с первоначальной.

При низкой проницаемости массива перед нагнетанием в него гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом, нагретых до 80°С, нагнетают в массив кислоту, которая выполняет работу сил расширения - съедает перегородки между порами и трещинами и повышает проницаемость пород в массиве.

До, во время и после вибровозде йствия производят контроль за напряженно-деформированным состояним пород в массиве. Воздействуя на горный массив вибрационными нагрузками, измеряют его напряженно-деформированное состояние и при достижении в нем напряжений, равных 0,5 от разрушающих, начинают нагнетать рабочие жидкости, что обусловлено тем, чтобы не вызвать динамических проявлений горного давления.

Таким образом, массив обрабатывается всеми видами сжимающих и растягивающих нагрузок, что способствует увеличению гидро- и аэродинамических связей горного массива и повышает эффективность способа.

Сущность способа заключается в том, что под воздействием мощных вибрационных нагрузок в массиве возникают волны сжатия и растяжения. Под действием волн сжатия и растяжения флюиды - жидкости и газы, содержащиеся в порах и трещинах пород, перемещаются (мигрируют) на несколько порядков быстрее, чем в отсутствие упругих волн. Кроме того, вибрации содействуют раскрытию пор и трещин на пути мигрирующих флюидов, и при условии, что на пути распространения волны встречаются флюиды, нагретые свыше 30°С, в них возникают гидроразрывы - мельчайшие пузырьки заполненные паром и газом и схло- пывающиеся в зоне сжатия упругой волны, что в свою очередь сопровождается мощными потоками пульсирующих флюидов, которые разрушают перегородки между порами и трещинами и способствуют снижению

прочности пород от 20 до 60%. Вследствие этого резко возрастает проницаемость пород. Миграция флюидов в порах и трещинах под воздействием упругих волн сопровож- дается:

а) перераспределением поля упругих напряжений;

б) частичной дегазацией локального участка массива - истечением газов из пор и трещин за счет вибраций;

в) кавитирующими процессами, которые носят вероятностный характер и имеют место во флюидосодержащих горных породах при условии,что

1) направление распространения упругой волны совпадает с направлением простирания пор и трещин;

2) частота зондирующих импульсов близка к частоте собственных флюидов, со- держащихся в порах и трещинах пород;

3) на пути распространения упругой волны существуют перепады (градиенты); давлений и температур флюидов;

4) во флюидах содержатся твердые

включения, служащие зародышами кавитации и повышающие вероятность проявления кавитирующйх процессов.

Предлагаемый способ позволяет:

1. Возбуждать в массиве колебания в выбранном диапазоне частот и закачать в массив упругую энергию, необходимую для управления состоянием и свойствами пород в массиве.

2. Избежать проявления динамики горного давления.

3. Улучшить гидро- и аэродинамические свойства горного массива и снизить прочность пород на разрыв от 20 до 40%.

4, Повысить эффективность способа и снизить энергоемкость,

Использование заявляемого способа позволит значительно повысить проницаемость массива пород за счет использования

упругого миграционного геоэффекта и эффектов кавитации по сравнению с имеющимися классическими способами.

50

Формула изобретения

1. Способ повышения проницаемости горных пород, включающий бурение в горный массив рабочей скважины, заполнение ее упруговязким телом, размещение не- 5 взрывных источников колебания, определение векторов главных напряжений, осуществление вибровоздействия на горные породы в диапазоне частот 60-1500 Гц, измерение напряженно-деформированного состояния горного массива и при достижении в нем напряжений, не превышающих от разрушающих, подачу под давлением в породы разупрочняющей рабочей жидко- с|и, отличающийся тем, что, с целью увеличения трещиноватости, при смене де- фррмаций сжатий деформациями растяжения в горных породах в качестве рабочей жидкости подают с осуществлением вибра- растворы гидроокиси натрия или гидро- о|сиси натрия с метанолом, нагретые до 80°С.

0

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что при низкой проницаемости пород осуществляют дополнительно кислотную обработку горного массива.

3. Способ по п.1,отличающийся тем. что для увеличения гидро- и аэродинамических связей горного массива разуп- рочняющие растворы нагнетают в совокупности с вибровоздействиями с частотой, равной частоте нагнетания разуп- рочняющих растворов в скважину.

Изобретение предназначено для повышения проницаемости горных пород при добыче полезных ископаемых. В массив бурят скважину, заполняют ее упруговязким телом и осуществляют вибровоздействие. Новым является то, что в скважину закачивают растворы гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом,нагретые до 80°С; 2 з.п. ф-лы, 1 ил.