Спосіб інтенсифікації розмивання підземної камери в соляній товщі

1. Спосіб інтенсифікації розмивання підземної камери в соляній товщі, що включає розмивання кам'яної солі через бурову свердловину, формування торпеди із окремих зарядів вибухови х речо 31387 розсолі в інтервалі розмивання соляної товщі і ультракороткосповільнений підрив зарядів торпеди, заряди формують з різними, з більш низькими і більш високими, фізико-хімічними характеристиками і почергово розміщують їх в корпусі, при цьому у верхній частині торпеди розміщують заряд із більш низькими характеристиками, і торпеду споряджають відбивними пристроями, які розміщують між зарядами із орієнтацією ударних хвиль і масопотоків на бічну поверхню підземної камери, потім торпеду розміщують в інтервалі розмивання товщі із складною геологічною структурою і підривають заряди зверху вниз із нерівноважним розущільненням соляної товщі. Сукупність відмінних ознак при взаємодії з відомими ознаками забезпечили виявлення нових технічних властивостей вина ходу. Ці власти вості полягають в тому, що середовище соляної товщі кам'яна сіль і нерозчинні включення, на різних ієрархічних структурних рівнях, приводяться в нерівноважний розущільнений стан за рахунок взаємодії хвильових полів, утворених в середовищі товщі вибуховими хвилями з різними амплітудами і швидкостями, що випромінюються послідовно при ультракороткосповільненому підриві зарядів з різними фізико-хімічними характеристиками і взаємодії з цими полями хвильових полів, утворених відбитими ударними хвилями, із багаторазовим підвищенням тиску в них, від відбиваючи х пристроїв. Така взаємодія хвильових полів в середовищі соляної товщі призводить до наведення значної тріщинува тості і пористості, зниження міцності соляних і нерозчинних порід в порівняно значній області товщі. Так, за результатами експериментальних досліджень діаметр зони розущільнення досягає до 150 діаметрів заряду, міцність порід знижується на 30%, діаметр зони наведених відкритих тріщин досягає до 100 діаметрів заряду. При цьому суттєво зростає величина поверхні масообміну і швидкість розчинення солі і знижуються витрати по спорудженню підземних камер, в т. ч. в соляних товща х із складною геологічною структурою. Зміст поняття "ультракороткосповільнений підрив зарядів" полягає в тому, що інтервал сповільнення між підривами зарядів знаходиться в мікросекундному діапазоні, на відміну від застосовуваного в гірничій промисловості короткосповільненого підриву зарядів із інтервалом сповільнень в мілісекундному діапазоні. Нерівноважне розущільнення соляної товщі це стан її середовища, при якому відбуваються незворотні процеси повороту, зміщення елементів середовища (зерен, блоків і т. ін.), що супроводжується підвищенням пористості, порожності, наведенням різних видів тріщин уватості на різних ієрархічних структурних рівнях із зміною фізико-механічних властивостей середовища товщі. Виявлення цих технічних властивостей винаходу виконувалось на базі експериментальних досліджень і наступних дослідно-промислових робіт при спорудженні підземних камер-сховищ в соляних товща х. В результаті був встановлений новий технічний результат - значне зростання концентрації розсолу до 320 г/л і зниження витрат води в 4 рази протягом всього періоду розмивання камери, в т. ч. при наявності в товщі розсіяних вклю чень нерозчинних порід (ангідритів, аргілітів і т. ін.). На кресленні (фіг.) відображена схема розташування торпеди при розмиванні підземної камери в соляній товщі: 1 і 2 - відбиваючі пристрої; З - набір прокладок; 4 - заряд з більш низькими фізикохімічними характеристиками; 5 - заряд з більш високими фізико-хімічними характеристиками; 6 - корпус; 7 - торпеда; 8 - підземна камера; 9 - детонаційний зв'язок із мікросекундним сповільненням; 10 - геофізичний кабель; 11 - свердловина; 12 розсіл; 13 - складна геологічна структура товщі; 14 - соляна товща. Попередньо провадять підготовчі роботи, які полягають в аналізі і реєстрації основних даних, необхідних для проведення розрахунків процесу нерівноважного розущільнення соляної товщі в зоні розташування підземної камери, з урахуванням збереження цілісності і герметичності основної колони. Після цього, використовуючи відомі методики, встановлюють динамічні характеристики соляної товщі складної геологічної структури і виконують розрахунки зарядів з різними фізико-хімічними характеристиками і величин сповільнень між підривами кожного з них. Паралельно з цим, використовуючи відомі методики, розраховують геометрію відбиваючої поверхні відбиваючих пристроїв з орієнтацією відбитих вибухови х хвиль і масопотоків на бічну поверхню підземної камери, параметри відбиваючої здатності пристроїв з урахуванням їх акустичної жорсткості і конструкцію пристроїв в цілому. Встановлюють інтервали розташування зарядів і відбиваючих пристроїв в корпусі торпеди і приступають до реалізації способу. Спосіб інтенсифікації розмивання підземної камери в соляній товщі реалізують таким чином. Виготовляють відбиваючі пристрої 1 і 2 із прокладками 3 і формують заряди 4 і 5, відповідно, з більш низькими, наприклад, із тротилу, і більш високими, наприклад, із октогену, фізико-хімічними характеристиками. Заряди 4 і 5 почергово розміщують в корпусі в торпеді 7, причому у верхній частині торпеди 7 розміщують заряд 4. При цьому відбиваючі пристрої 1 і 2 з'єднують між собою через прокладки 3 і розміщують між зарядами 4 і .5 з орієнтацією ударних хвиль і масопотоків на бічну поверхню підземної камери. Заряди 4 і 5 з'єднують послідовним детонаційним зв'язком 9 із мікросекундним сповільненням, наприклад, за допомогою мірних відрізків детонуючого шн ура. Підготовлену таким чином торпеду 7 на геофізичному кабелі 10 опускають в свердловину 11 і розміщують в розсолі 12 напроти складної геологічної стр уктури 13, соляної товщі 14 і виконують ультракороткосповільнений підрив зарядів 4 і 5 зверху вниз. При цьому взаємодія в товщі хвильових полів, утворених вибухо вими хвилями від дії зарядів 4 і 5 з відбитими, кількаразово підвищеною інтенсивністю, вибуховими хвилями від відбиваючих пристроїв 1 і 2, призводить соляну товщу в нерівноважний розущільнений стан із наведенням великої кількості тріщин і розміцненням середовища, а його складну геологічну структуру - до р уйнування. Все це призводить до різкого зростання поверхні масообміну, підвищення швидкості розмивання камери після проведення вибухових робіт 2 31387 і забезпечує значне скорочення витрат при спорудженні підземних схови щ методом розмивання. Приклад конкретної реалізації способу при розмиванні підземної камери в соляній товщі (Астрахань) Результати обстежень свердловин показали таке. Глибина свердловини - 900 м. Соляна товща складної геологічної структури залягає в межах глибин 634...900 м. Згідно з проектними даними зоною спорудження сховища є інтервал 710... 800 м. До глибин 700 м свердловина обсаджена обсадними трубами діаметром 324 мм з товщиною стінок 12 мм. При цементуванні свердловини використовувався тампонажний цемент Новоросійського цементного заводу. За даними паспортних випробувань межа міцності цементного каменю на згин складає 28,2×105 Па. Характеристики солей такі: міцність на одноосьове стискання s0=227×105 Па; модуль Юнга Е=3,17×1010 Па; густина - r=2100 кг/м 3; коефіцієнт Пуассона - n=0,275; кут вн утрішнього тертя j=31°. Включення і прошарки ангідриту в соляній товщі мали показники: s0=350×105 Па; Е=1,32×1010 Па; r= =2810 кг/м 3; n=0,26. Попередньо, згідно з відомими методиками проводили розрахунки геометрії відбиваючої поверхні відбиваючих пристроїв з урахуванням акустичної жорсткості матеріалу пристроїв і виготовляли відбиваючі пристрої, які орієнтують відбиті вибухові хвилі і масопотоки на бічну поверхню підземної камери. Далі, з використанням відомих методик з урахуванням збереження цілісності основної колони були розраховані маси зарядів з більш низькими і більш високими фізико-хімічними характеристиками, а також величини сповільнень між підривами зарядів для розущільнення соляної товщі в зоні діаметром до 10 м. Згідно з розрахунком заряд з більш низькими фізико-хімічними характеристиками із тротилу був сформований із 13 тротилових шашок масою 0,4 кг кожна, сумарна маса заряду складала 5,2 кг; заряд з більш високими фізико хімічними характеристиками із гексогену формувався із 11 гексогенових шашок масою 0,491 кг кожна, сумарна маса заряду складала 5,4 кг; інтервал сповільнення підриву зарядів між собою складав 6×10-4 с і забезпечувався мірним відрізком детонуючого шнура довжиною 3,9 м. Далі формували торпеду із двох зарядів у такій послідовності: на дно корпуса торпеди розміщали заряд з більш високими детонаційними характеристиками, над ним на віддалі 0,6 м розміщали відбиваючий пристрій, над пристроєм на віддалі 0,6 м розміщали заряд з більш низькими детонаційними характеристиками, відрізок детонуючого шн ура розміщували між зарядами. Зібрану торпеду закріплювали на геофізичному кабелі і за допомогою штатного спуско-підйомного механізму опускали в свердловину. Торпедування ділянки соляної товщі з включеннями і прошарками ангідриту в інтервалі глибин 765...800 м виконувалось почергово двома торпедами з однаковими характеристиками. Центр першої торпеди знаходився на глибині 791 м, другої - 774 м. Після розміщення торпеди в свердловині в розсолі здійснювався підрив зарядів послідовно зверху вниз в ультракороткосповільненому режимі. Після цього приступали до розмивання підземної камери. В результаті концентрація розсолу зросла до 320 г/л і підтримувалась протягом всього часу спорудження камери, причому включення і прошарки ангідриду самообвалювались в процесі розмивання. Джерела інформації: 1. Глоба В.М. Буровзрывные работы при строительстве магистральных трубопроводов и подземных хранилищ. – М.: Недра, 1984. - С. 222-223 (прототип). 2. Давыдов В.М., Дубровский Л.К., Нечаев Ю.А. Опыт строительства подземных емкостей в каменной соли / Взрывные работы в геотехнологии. – Киев: Наукова думка, 1991. - С. 90-92 (прототип). 3 31387 Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4