Способ гидравлического оттаивания горных пород Советский патент 1980 года по МПК E02F5/30 

тором изображен участок работ по линии, соединяющей питающую и дренажную скважины.

На участке работ бурят в мерзлых горных породах 1 питающие скважины 2 для гидроразрыва и нагнетания воды в трещину гидроразрыва 3, а также в оттаивающий слой 4, и дренажные скважины 5 - для выхода воды из трещины 3 гидроразрыва и оттаивающего слоя 4. Взаимное расположение скважин назначают, исходя из условий равномерного распределения фильтрационных потоков по площади при минимуме затрат на бурение.

В питающие скважины 2 помещают термоизолированные нагнетательные трубы 6, а затрубное пространство наполняют замерзающей водой. Термоизоляция этих труб может быть усилена конвективным охлаждением. У нижнего конца нагнетательные трубы 6 выполнены перфорированными для обеспечения прохода воды в призабойную часть скважины. В дренажные скважины 5 опускают трубы 7, перфорированные на всем их протяжении. Диаметр дренажных скважин 5 и перфорированных труб 7 в них определяют в зависимости от габаритов насоса 8.

На участке работ находится передвижная насосная станция, обеспечивающая давление воды до 20 МПа с резервуаром воды, соединяемая гибкими рукавами с нагнетательными трубами 6 питающих скважин 2. Высоконапорное нагнетание холодной воды температурой 1-3С выполняют поочередно через 3-6 питающих скважин 2. Вода по нагнетательной трзбе 6 поступает в призабойную часть скважины, где вызывает гидроразрыв мерзлых-горных пород 1. В трещинах 3 гидроразрыва вода замерзает, образуя слой льда 9, который препятствует смыканию стенок трещины при уменьщении давления воды во время перерыва в нагнетании.

Нагнетание холодной воды продолжают до момента распространения трещины гидроразрыва, наполненной льдом 9, за дренажные скважины 5 и пересечения с ними. При нагнетании холодной воды соблюдают следующий режим: нагнетание прерывают временно па 10-20 мин в том случае, когда на поверхности горных пород 1 появляется излив воды из трещины. Кроме того, периодически каждые 5-10 мин прерывают нагнетание на 10-20 мин.

Во время перерывов нагнетания происходит замерзание воды в случайно возникающих вертикально ориентированных трещинах 10, что исключает утечки воды к поверхности 11 и обеспечивает увеличение горизонтальных напряжений сжатия в горных породах и необходимое распространение трещины 3 гидроразрыва в горизонтальной плоскости.

После окончания нагнетания холодной

(1-3°С) воды начинают нагнетание воды, температура которой 25-30°С, и откачку притока воды из дренажных скважин 5. Это вызывает оттаивание слоя льда 9 в горизонтальной трещине 3 и последующее оттаивание слоев 4 горных иород 1, прилегающих к трещине 3. Образующийся межмерзлотный оттаявщий слой 4 вмещает в сеОя фильтрационный поток, переносящий

тепло. Дальнейшее оттаивание идет одновременно в двух направлениях - восходящем и нисходящем, что ускоряет процесс н обеспечивает увеличенную глубину нижней границы 12 талого слоя.

Оттаивание слоя льда 9 в трещине 3 сопровождается обрушением и разрыхлением вышележащих оттаявших обломочных пород, в результате чего образуется слой 4 повыщенной водопроницаемости.

По мере увеличения мощности образуемого талого слоя 4, повышения его водопроводимости гидравлический уклон питаемого и дренируемого фильтрационных потоков уменьшается, динамический уровень в питающей скважиие 2 опускается ниже поверхности земли 11. После этого термоизолированные трубы 6 извлекают, а подачу воды продолжают иутем свободного налива в питающие скважины, достигая дальнейщего увеличения мощности талого слоя 4 и углубления подошвы этого слоя.

Принципиальное отличие предлагаемого способа от известных заключается в том, что слой талых горных пород для горизонтальной фильтрации воды, переносящий тепло, образуется при помощи гидроразрыва водой и оттаивание распространяется от этого слоя не только вниз, но одновременно и вверх, а водопроницаемость талого

слоя увеличена.

Формула изобретения

1.Способ гидравлического оттаивания горных пород, заключающийся в том, что

бурят питающие и дренажные скважины, иомещают в них нагнетательные и иерфорированные трубы соответственно и нагнетают в питающие скважины воду и откачивают ее из дренажных скважин, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности оттаивания, в иагиетательные трубы, которые выполнены термоизолированными, нагнетают воду температурой

1-3°С до распространения горизонтальной льдозаполненной трещины гидроразрыва за дренажные скважины, после чего в эти же трубы нагнетают воду темиературой 25- и одновре.менпо откачивают ее через

перфорированные трубы.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае излива из горных пород воды температурой 1-3°С ее нагнетают периодически в течение 5-10 мин с перерывами на 10-20 мин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Труды ВНИИ-1. Т. 30, Магадан, 1970, с. 332-335.

2. Труды ВНИИ-1. Мерзлотоведение. Т. 26, раздел III, Магадан, 196,7, с. 65-86 (прототип).