Способ контроля зоны гидроразрыва горных пород Советский патент 1982 года по МПК G01V3/18 

(5) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗОНЫ ГИДРОРАЗРЫВА ГОРНЫХ ПОРОД

t

Изобретение относится к технике контроля параметров гидроразрыва горных пород и предназначено для определения формы. и размеров зоны раскрытия трещины вокруг скваиины.

Известен сейсмоакустический спо-. соб контроля размеров раскрытия трещины при гидроразрыве, заключающийся в определении числа и простран- . ственной ориентации раскрываемых трещин посредством измерения разности времени прихода первых вступлений упругих волн к сейсмоприемникам, устанавливаемым на различных расстояниях один от другого и от источника колебаний в горных выработках, оконтуривающих гидроразрываемую трещину 1

Однако этот способ не обеспечивает оперативности и точности контроля ввиду необходимости установки

системы датчиков и сложностью учета анизотропии горных пород.

Известен также способ контроля площади зоны гидрорасчленения угольного пласта, в котором исследуемую скважину возбуждают электрическим полем и измеряют величину тока по величине тока, протекающего до и после гидроразрыва, устанавливают

10 факт наличия трещин. Известный способ заключается в электромагнитном возбуждении обсадной колонны скважины гидрорасчленения, для чего к ее устью подключают источник элект15ромагнитных колебаний, выбирают частоту источника из условия сопоставимости системы скважины гидрорасчлененный участок угольногопласта с электрической однопровод20ной линией, измеряют полное входное сопротивление нагрузки источника электромагнитных колебаний и по величине этого сопротивления судят о

39

площади зоны гидрорасчленения угольного пласта С 2 .

Однако известный способ позволяе осуществлять контроль за изменением площади, но не формы и линейных.размеров зоны гидрораздыва, а последне существенно при контроле за процессом образования трещины.

Цель изобретения - повышение точности контроля за изменением формы и линейных размеров зоны гидроразрыва горных пород.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля зоны гидроразрыва горных пород, в котором исследуемую скважину возбуждают электрическим полем и измеряют величину тока, дополнительно в трещину вводят электрод, подключенный к источнику электрического поля, второй электрод которого перемещают в районе устья скважины и одновременно измеряют величину тока, по величине которого судят о форме и размерах гидроразрыва горных пород.

На чертеже показана схема проведения контроля за формой и размерами зоны гидрорасчленения.

Приняты следующие обозначения: электрод-пластина 1, электропроводящая жидкость 2, горный массив 3, источник k переменного напряжения, измеритель 5 тока, электрод 6, экранированный провод 7 панер 8, труба 9 скважина 10.

При выполнении гидроразрыва в массиве бурят скважину 10, в которую устанавливают два пакера 8. Межпакерное пространство заполняют жидкостью 2, давление в которой увеличивают до момента, пока в стенке скважины не образуется трещина. В эту трещину устремляется подаваемая в межпакерное пространство через трубу 9 жидкость, заполняющая скважину и трещины.

Способ основан на регистрации проникновения этой жидкости только в .ту трещину, за которой осуществляется контроль. При этом различные неоднородные включения, поры, трещиноватость как естественная, так и образовавшаяся в результате технологических работ практически не оказывают существенного влияния на конечный результат. Погрешность при оценке формы и линейных размеров трещины здесь, как и при любом способе,

84

определяется расстоянием этой трещины от устья скважины. При осуществлении гидроразрывов в образцах горных пород эти расстояния исчисляются -сантиметрами и предлагаемый способ обеспечивает высокую точность. При ведении горных работ в рудниках указанные расстояния достигают нескольких метров и абсолютная погрешность составляет десятые доли метра.

Такая погрешность при линейных размерах трещины 3-5 м практически вполне достаточна.

Для трещин больших размеров

уменьшается относительная погрешность измерения, т.е. предлагаемый способ является более точным.

Способ реализуется технологически следующим образом.

В электропроводящую жидкость 2, которая заполняет контролируемую трещину, вводят электрод 6. Этот электрод через экранированный провод 7 соединяют с источником 1 переменного напряжения. Со стороны выработки перемещают электропроводящую пластину-электрод 1, к которой подключают измеритель 5 тока. Если эта пластина находится в пределах зоны гидроразрыва, то величина измеряемого тока практически остается максимальной и постоянной. При выходе пластины из зоны гидроразрыва увеличивается расстояние от нее до жидкости, а

условные линии, связывающие пластину и жидкость перестают быть перпендикулярными к пластине. Это приводит к резкому уменьшению тока, по которому и определяют границу зоны гидроразрыва.

При нахождении пластины 1 в зоне гидроразрыва совокупность этой пластины, электропроводящей жидкости 2 и массива горных пород 3 можно представить как конденсатор, обладающий емкостью С т.е.

fl-feofeS

- oL f где. S - площадь пластины;

d - расстояние между пластиной

и жидкостью;

0 8,8510 тФ/м - электрическая постоянная;

- относительная диэлектрическая проницаемость. При подключении этого конденсатора к источнику переменного напояже5НИИ через него будет протекать ток 3 / UZ3rfc:U2Jrf, где I - ток; и - напряжение источника; X., - реактивное сопротивление конденсатора; f - частота колебаний источника. Если пластина при перемещении вы ходит за пределы зоны гидроразрыва то С - О и I , По величине тока в различных точ ках нахождения пластины можно с дос таточной для практики точностью определить границы зоны гидроразрыв При контроле за трещиной малых размеров и достаточно удаленной от устья скважины на погрешность измерения оказывает некоторое влияние труба 9, по которой поступает жидкость. Эту трубу можно экранировать внешней заземленной металлической оболочкой, сделать ее из диэлектрического материала или вывиньчивать из пакера в моменты определения зоны гидроразрыва. В случае контрол за трещинами средних и больших размеров (практически наиболее часто встречающихся) эта труба не оказывает существенного влияния на конеч ный результат. Так как вопросы, связанные с уменьшением влияния тру бы 9 при контроле за трещинами малых размеров и значительно удаленны от устья скважины не являются принципиальными для способа контроля зоны гидроразрыва горных пород.. Если необходимо, то эти влияния просто можно учитывать при обработке конечных результатов. Необходимость применения именно экранированного провода для подсоед нения электрода 5 к источнику k переменного напряжения обусловлена тем, что по этому проводу протекает ток источника и, в случае отсутстви экрана, провод будет излучать элект ромагнитную энергию, которая будет улавливаться пл.астиной 1 . Выбор частоты источника переменн го напряжения не носит принципиаль ный характер. В настоящее время ис пользуется частота в диапазоне 601000 кГц. Практически существует верхний предел частоты, связанный со свойствами горных пород, где становится ощутимым затухание тока в массиве. Измеритель тока желательно использовать селективным по частоте (но не обязательно), это позволяет исключить помехи от других источников электромагнитной энергии. Размеры пластины, не принципиальны и выбираются исходя из мощности источника переменного напряжения и чувствительности измерителя тока. При применении предлагаемого способа можно использовать в качестве источника переменного напряжения генератор сигналов высокочастотный, в качестве измерителя тока - селективный микровольтметр, в качестве пластины - торцовая часть цилиндра (штыря) диаметром 8 мм, образующая которого экранирована защемленной трубкой. При этом величина тока прямо пропорциональна частоте источника, обратно пропорциональна расстоянию между жидкостью и пластиной и соответствует рассчетным данным по выше приведенной формуле. Абсолютная погрешность контроля зависит от расстояния между жидкостью и пластиной, которое практически может достигать нескольких метров. Значение предлагаемого способа для горнодобывающей промышленности состоит в том, что по форме и направлению образования трещины при гидроразрыве можно оценивать направления главных напряжений в массиве, а при ведении разгрузочных работ с использованием методов гидроразрыва - их качество и эффективность, т.е. этот способ способствует безопасности работы в подземных условиях. Его важность усиливается еще и тем, что последующие этапы добычи , полезных ископаемых подземным спосо бом связаны с переходом на более гдубокие горизонты, где напряжение в массивах горных пород имеют большие величины, информация о которых приобретает первостепенное значение для безопасности подземного производства, а также в строительном деле. Формула изобретения Способ контроля зоны гидроразрыва горных пород, в котором исследуемую скважину возбуждают электричес791891

КИМ полем и измеряют величину тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля параметров зоны гидроразрыва, в трещину вводят электрод источника 5 электрического поля, второй электрод которого перемещают в районе устья скважины и одновременно измеряют величину тока, по которой судят о форме и размерах зоны гидроразрыва гор- Ю ных пород.

(

88

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2..Авторское свидетельство СССР №662891, кл. G 01 V 3/18, 1979 (прототип) .