Способ разрыва горного массива Советский патент 1981 года по МПК E21B43/26 

I

Изобретение относится к горному делу и 1чэеднаэначено для осуществления стенки скважины перед нагнета нием жидкости гидрораарыва с целью снижению давления нагнетания.

Известен способ разрыва горного массива, включаюишй предварительную закачку в горный массив пара, а затем криогенной жидкости l .

Недостатком известного способа я&ляются большие энергозатраты.

Известен способ горного маесива, включаюишй установку в разрываемом интервале скважины аппаратуры с криогенной жидкостью и воздействие 1фиогеш1ой жидкостью 2.

Недостатком известного способа являются большие энергетические затраты. Энергетические затраты на крнотермический разрыв определяются только количеством замораживаемой воды и ее начальной температурой. В то же время рагфываюише напряжения, возникающие 1ФИ замораживании воды в скважине, не

зависят ни от количества замораживаемой воды, ни от ее начальной температуры. Таким образом, энергетические затраты на кряот метический разрыв не зависят от скЛствй разрываемого массива. Этот факт и говорит о том, что {фнот метическом разрыва в известном способе используется не оптимально, так. как известно, что энергоемкость трешинообразованвя у разных пород разная.

Цель изобретения - снижение энергетических затрат.

Достигается поставленная цель тем, что воздействуют .криогенной жидкостью путем введения ее в непосредственный контакт с поверхностью стенок скважины.

Способ осуществляют следующим образом.

В скважину спускают пробку, устанав ливсиот ее на значительном расстоянии от дна скважины, осуществляют расшщ)ение 1фобки для закрепления относительно 383 стенок скважины и спускают в скважвну на необходимый уровень аппаратуру с кр ягенной жидкостью, затем осуществляют вво контакт только с поверхностью стенки скважи ны для мгновенного ее охлаждения. При этом отоэдает необходимость в валолвеаии скважины над пробкой определенной маосой водьь Ввод криогенной жидкости в непосредственный конт.акт с поверхностью стенки скважины обеспечивает мгновенное охлаж денне этой поверхности. Мгновенное ооспаждение поверхности стенки скважины вызывает появление в окружающем скважину массиве растягивающих термоупругих напряжений. Величина этих HanpsoKeНИИ при соответствующей разности между температурой окружающего скважину массива и температурой поверхности стен ки скважины является достаточной для осуществления разрыва стенки скважины. Преимуществом предлагаемого способа по сравнению с прототипом являются значительно меньшие энергетические затра ты на разрыв. Это объясняется двумя причинами: теплоемкость охлаждаемого объема в предлагаемом способе в 4 раза меньше теплоемкости охлаждаемого объема в способе-прототипе, так как охлаждае - мый объем горных пород в предлагаемом способе в .1.,25 раза больше охлаждаемого объема воды в споС:обе-1фототш1е, а удельная теплоемкость горных пород в среднем в 5 раз меньше удельной теппоемкости воды| в 15)едлагаемом способе осуществляют энергетические затраты на фазовый переход. /Другим ггреимуществом предлагаемого способа является возможность рёгулиро вать величину возникающих разрывающих напряжений за счет разности между тем пературой окрузкающего скважину массив и температурной поверхности стенки сква жины. Это позволяет выбирать температуру С хла одения пов хности стенки сква жины с учетом прочностных свойств разрываемого массива и тем самым взбегать нехцюизводнтельность затрат, которые имеют место в способе-протоПример. Мгновенное охлаждение поверхности стенкн сквавшны в гранитно массиве (модуль ухфугости, чри растяжеюш и сжатии ,7 -Ю кгс-см коэффи циент тепловсяч расширенна ,3 к 0 град коеффицент Пуассона V Ю,2) вызовет появление на поверхности стеня скважины термоутфугих растягивающих апряжений: , кГС-слл -грелд-; ,9лТ,кгс-с«- Грае-1 9 6-1 компонешы нащзяж НИИ в шшшщрическях координатах/ величина разности между температуре окружающего скважя ну массива и температурой поверхности стенки скважины. Термоу1фугие раствгивающие нахфяжения наложатся на соответствуюидие гидрави- ташюнные сжимающие напряжения. ,з1oн.к где плотность гранита р кг.м , « ускорение свободного падения 10мсек, Н - глубина, на которой осуществляется разрыв.. Условие криотермического; разрыва в предлагаемом способе имеет следующий вид б , 2. где: GpjsfiOO кгССМ - предел лроч- ности грашгта на растяжении. В данном случае, так как (jjg z. .1 это условие перепишется так (Г 5,,3- 0--Н МОООтсюда находим соотношение, определяющее необходимую для разрыва ведечину разности между температурой окружающего скважину массива и температурой поверхности cteHKH скважины в aaBj сим ости от глубины, на которой осуществляется раорыв: I (,О22Н)°С. Анализ получаемого соотношения пока ываегг, что на глубинах, не превосходящих четырех километров, величины необходимых для разностей температур находятся в интервале от 17 С щэиблизигельно . Следовательно, во многих случаях для охлаждения поверхности стенки скважины будет достаточным использованием эвтектических растворов или даже гфосто холодной воды.

, Использование арвппвг&вмого способа, как в использование способа щ}схготшш, обеспечивает снижение давления нагнетання жидкости гидроразрыва, то псюволяе в ряде случаев отказаться от Щ)именешш высоконапорных агрегатов при гидрораэрывах. Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению, с прототипом следующие 1феимушества:

меньшие энергетические затраты на

- возможность регул1фовать величину возникающих ра ывакящх напряжений,возможность заменять ара соответ ствующей температуре окружающего скважину массива и его Свойствах криогенвую жидкость эвтектическими растворами шш даже холодной водой.

Формула взобретевва

Способ рагфыва горного массива, включающий установку в разрываАмрм интервале скважины апшфахуры с криогенной жидкостью в воздействие вогенной . жидкостью, отличающийся тем, что, с целью снижения энергетических затрат, воздействуют врвогенной жидкостыЕ} путем введения ее в Benoc ien ственный контакт с поверхностью стенок скважины.

Истофиикв информации,

црвнятые во внимание цри аксп угизе

1.Пэтевг США № 3759329, кл, И66-ЗО8, оцублик. 1974,

2.Патент США N 401О9ОЗ,

кл. 166--ЗОЗ, опублик. 1976 (ЩХУГОТИП).