Спосіб підвищення проникності гірських порід на місці залягання

1. Спосіб підвищення проникності гірських порід на місці залягання, що включає розкриття пласта корисної копалини свердловиною, подачу в свердловину рідини, вплив на рідину статичним тиском, а також ударними хвилями певної структури з передачею їх по рідинному хвилеводу в свердловину з подальшим поворотом від хвильового відбивача в пласт і хвильового дилатантного розущільнення гірських порід, який відрізняється тим, що дію на рідину статичним тиском і ударними хвилями здійснюють одночасно, при цьому величина статичного тиску перевищує величину капілярного тиску для переважного по кількості розмірів пір в розущільнюваних гірських породах не менше ніж 1,3 рази, а амплітуду в ударній хвилі вибирають рівною або більшою напруги стиснення-розтягування, необхідної для протікання дилатантного розущільнення гірських порід. 2. Спосіб по п. 1, який відрізняється тим, що довжину хвилі задають сумірною з потужністю пласта, а час хвильової обробки визначають, виходячи із заданої довжини тріщини, що утворюється в пласті по наступній формулі: L≥λ=T·a≥∆ĺn де L - потужність пласта; λ - довжина хвилі; Т - час хвильової обробки; а - швидкість хвилі; ∆ĺ - приріст довжини тріщини, що утворюється за одне прохождения хвилі; n - кількість проходжень хвилі для забезпечення розрахункової довжини тріщини. U 2 UA 1 3 Існують різні способи підвищення проникності гірських порід. Відомий спосіб підвищення проникності гірських порід шляхом направленої хвильової дії на гірські породи в місцях залягання [1], що включає розкриття пласта корисної копалини свердловиною, подачу в свердловину рідини, вплив на гірські породи енергією хвильових полів імпульсної структури, випромінюваних від випромінювача, встановленого в свердловині. При цьому на гірські породи впливають випромінюваними з свердловини імпульсами з періодично змінною формою хвилі і несиметричним розподілом енергії щодо нульової амплітуди. Спосіб дозволяє більш ефективно проводити руйнування гірських порід і зменшити витрати часу на обробку гірських порід і собівартість корисної копалини, що здобувається. Недоліком даного способу є мала ефективність унаслідок того, що він не забезпечує достатню проникність гірських порід, що обумовлено великими втратами енергії хвилі, яка подається в пласт. Найближчим до технічного рішення, що заявляється, є спосіб підвищення проникності гірських порід на місці залягання [2], що включає розкриття пласта корисної копалини свердловиною, подачу в свердловину рідини, вплив на рідину статичним тиском, а також ударними хвилями певної структури з передачею їх по рідинному хвилеводу в свердловину з подальшим поворотом від хвильового відбивача в пласт і хвильового ділатантного розущільнення гірських порід. Недоліком способу є недостатня ефективність підвищення проникності гірських порід і високі енерговитрати, обумовлені неузгодженістю статичного тиску в рідині з поровим тиском гірської породи, що ведуть до неможливості протікання ділатантного процесу руйнування гірських порід, а також унаслідок великих втрат енергії хвилі, що подається в пласт. У основу корисної моделі поставлена задача створення такого способу підвищення проникності гірських порід на місці залягання, в якому шляхом зниження втрат енергії хвилі досягається підвищення ефективності процесу підвищення проникності гірських порід і зниження енерговитрат при зниженні собівартості робіт. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі підвищення проникності гірських порід на місці залягання, що включає розкриття пласта корисної копалини свердловиною, подачу в свердловину рідини, вплив на рідину статичним тиском, а також ударними хвилями певної структури з передачею їх по рідинному хвилеводу в свердловину з подальшим поворотом від хвильового відбивача в пласт і хвильового ділатантного ущільнення гірських порід, згідно корисної моделі, дія на рідину статичним тиском і ударними хвилями здійснюють одночасно, при цьому величина статичного тиску перевищує величину капілярного тиску для пререважного по кількості розмірів пор в розущільнюваних гірських породах не менше ніж 1,3 рази, а амплітуду в ударній хвилі вибирають рівною або більшою напруги стиснення-розтягування, 54998 4 необхідної для протікання ділатантного розущільнення гірських порід. При цьому довжину хвилі задають сумірною з потужністю пласта, а час хвильової обробки визначають виходячи із заданої довжини тріщини, що утворюється в пласті по наступній формулі: L≥λ=T a≥∆l` n де L - потужність пласта; λ — довжина хвилі; Т - час хвильової обробки; а - швидкість хвилі; ∆l` - приріст довжини тріщини, що утворюється за одне прохождения хвилі; n - кількість проходжень хвилі для забезпечення розрахункової довжини тріщини. Крім того, перетин рідинного хвилеводу змінюють у напрямку до забою в зоні випромінювання хвиль по наступній формулі: FPo=pP apFp+pм aм Fм/ppo аро, де: Fpo - початкове значення поперечного перетину рідинного хвилеводу; рр- поточне значення густини рідини; ар - поточне значення швидкості хвилі в рідині; Fp - поточне значення поперечного перетину рідинного хвилеводу; рм - густина масиву; ам - швидкість хвилі в масиві; Fм - поперечний перетин ділянки масиву, охопленого хвилею; рро- початкова густина рідини; аро - початкова швидкість хвилі в рідині; Переважно, коли хвилю уздовж рідинного хвилеводу випромінюють в умовах хвильового узгодження на ділянках перепаду перетинів відповідно до рівності хвильових (акустичних) жорсткостей хвилеводів: Fpoppoapo=ppapFp+pмaмFм де : Fpo- початкове значення поперечного перетину рідинного хвилеводу; рро - початкова густина рідини; аро - початкова швидкість хвилі в рідині; рр - поточне значення густини рідини; ap - поточне значення швидкості хвилі в рідині; Fp- поточне значення поперечного перетину рідинного хвилеводу; Fм- поперечного перетину ділянки масиву, охопленого хвилею; рм - густина масиву; ам - скорость хвилі в масиві. Завдяки тому, що дія на рідину статичним тиском і ударними хвилями здійснюють одночасно, досягається мінімальні втрати енергії хвилі, що подається в пласт, що значно знижує енерговитрати на проведення процесу. Завдяки тому, що величина статичного тиску перевищує величину капілярного тиску для переважного по кількості розмірів пір в розущільнюваних гірських породах, забезпечується узгодженість статичного тиску в рідині з капілярним тиском гірської породи, що забезпечує протікання ділатантного процесу розущільнення гірських порід і підвищується ефективність підвищення проникності гірських порід. 5 Ділатантний процес руйнування гірських порід протікає унаслідок деформації зсувом по гранях кристалів або блоків кристалів. В результаті такої зсувної деформації масив покривається рівномірною сіткою тріщин, а існуючі тріщини, пори і капіляри збільшуються в розмірі. Об'єм розущільненої частини масиву при цьому збільшується за рахунок пружного стиснення довколишнього масиву. При цьому експериментальним шляхом встановлено, що коли величина статичного тиску перевищує величину капілярного тиску не менше ніж 1,3 рази, забезпечується оптимальне протікання ділатантного процесу розущільнення гірських порід. При цьому, завдяки тому, що амплітуду в ударній хвилі вибирають рівною або більшою напруги стиснення-розтягування, забезпечуються необхідні умови для протікання ділатантного ущільнення гірських порід. Слід зазначити, що необхідною умовою ділатантного розущільнення є наявність нерівномірного навантаження ділянки масиву, охопленого хвилею в кожний момент часу, зокрема, наявність розтягуючих напруг, обумовлених цією нерівномірністю в мікро- і макрооб'ємах розущільненного гірського масиву. При цьому довжину хвилі задають сумірною з потужністю пласта, а час хвильової обробки визначають виходячи із заданої довжини тріщини, яка утворюється в пласті, що забезпечує узгодження довжини хвилі з характеристиками гірської породи, унаслідок чого знижуються втрати енергії хвилі на розсіювання за межами пласта, а процес підвищення проникності гірських порід на місці залягання протікає більш ефективно. При малих потужностях пласта довжину хвилі обмежують по мінімальній величині так, щоб вона була не менше за довжини тріщин, які утворилися в масиві, оскільки через такі тріщини хвиля малої амплітуди не буде розповсюджуватися. Завдяки тому, що хвилю уздовж рідинного хвилеводу випромінюють в умовах хвильового узгодження на ділянках перепаду перетинів відповідно до рівності хвильових (акустичних) жорсткостей хвилеводів, а перетин рідинного хвилеводу змінюють у напрямку до забою в зоні випромінювання хвиль по певній формулі, що враховує густини рідини в рідинному хвилеводі, швидкості руху хвилі в рідині, а також швидкості руху хвилі в масиві і густині гірського масиву, більш ефективно забезпечується підвищення проникності гірських порід. Корисна модель здійснюється таким чином. У масиві гірських порід бурять свердловину і розкривають пласт корисних копалин. У свердловину подають рідину, на яку одночасно впливають статичним тиском і ударними хвилями. При цьому величина статичного тиску перевищує капілярний тиск для переважного по кількості розмірів пір в розущільнюваних гірських Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 54998 6 породах не менше ніж в 1,3 рази і компенсує гірський тиск, що витискає рідину з капіляр і пір у напрямі до свердловини. Хвилі подають з поверхні від випромінювача з передачею їх по рідинному хвилеводу із змінним перетином в свердловину з подальшим поворотом від хвильового відбивача в пласт і забезпечують умови хвильового узгодження на ділянках перепаду перетинів відповідно до рівності хвильових (акустичних) жорсткостей хвилеводів, що створює умови для повної передачі енергії хвилі. Амплітуду в ударній хвилі вибирають рівною або більшою напруги стиснення-розтягування в площині пласта, що забезпечує ділатантну деформацію і розущільнення масиву гірських порід в режимі нерівномірного навантаження в мікрооб'ємах, обумовленого різницею гірського тиску на нижніх і верхніх поверхнях ділянки масиву, охопленого хвилею, і нерівномірності в мікрооб'ємах, обумовлених різницею капілярного тиску через неоднакові розміри пір і структурно-хвильової неоднорідності масиву гірських порід. Довжину хвилі задають сумірною з потужністю пласта, а час хвильової обробки визначають виходячи із заданої довжини тріщини, що утворюється в пласті, що знижує втрати енергії хвилі на розсіювання за межами пласта і підвищує ефективність процесу підвищення проникності гірських порід на місці залягання. При цьому відбувається процес ділатантного розущільнення гірських порід при величинах напруги, на порядок більш низьких, ніж процес традиційного дроблення роздавлюванням, що знижує енерговитрати. Так, наприклад, за наявності розтягуючих напруг величиною до 5 МПа в граніті для ділатантного зсуву кристалів по гранях достатньо напруг до 0,5-3 МПа, прикладеного в площині, перпендикулярній напряму розтягуючої напруги. Процес розущільнення і підвищення проникності гірських порід контролюється з поверхні по проникності порід - поглинання рідини при нагнітанні її в свердловину. Так на початку проникність в основному складає до 50 МД для слабкопроникних порід, то в процесі одночасної дії хвилями і статичним тиском вона поступово збільшується до 1000 МД і більше залежно від технологічних вимог. Необхідний для цього час може складати від декількох хвилин до декілька годин залежно від твердості порід. Таким чином, запропоноване технічне рішення дозволяє підвищити ефективність процесу підвищення проникності і розущільнення гірських порід на місці залягання, понизити енерговитрати при зниженні собівартості робіт. Джерела інформації 1. А.с. СРСР №1030540 МІЖ3 Е21 В43/28, 1980 г. 2. А.с. СРСР №1240112 МІЖ3 Е21 В43/28, 1983 г. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП ―Український інститут промислової власності‖, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601