Спосіб розущільнення покладу гірничої породи

1 Спосіб розущільнення покладу гірничої породи, що містить у собі розтин покладу гірничої породи свердловиною, обсадження стовбуру свердловини трубою, розташування у свердловині труби-хвилеводу, розташування над трубою-хвилеводом генератора ударних імпульсів, розміщення у верхній частині труби-хвилеводу випромінювача силових хвиль, розташування на нижньому торці труби-хвилеводу акустичного відбивача силових хвиль, герметизацію свердловини, нагнітання у свердловину крізь трубу-хвилевід технологічного розчину, дію стовпом технологічного розчину на поклад гірничої породи статичним тиском і крізь стовп технологічного розчину за допомогою акустичного відбивача силовими хвилями, який відрізняється тим, що свердловину сполучають крізь запірний пристрій із зливальною магістраллю, а початкову дію на поклад гірничої породи здійснюють статичним тиском і силовими хвилями при частковому відведенні технологічного розчину з свердловини у зливальну магістраль 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що площину скосу акустичного відбивача силових хвиль розташовують від нижнього торця випромінювача на відстані, яка є кратною довжині хвилі тиску, що пульсує у трубі-хвилеводі, і яка визначається з виразу Винахід відноситься до способів збуджування бурових свердловин формуванням тріщин та розривів у гірничій породі з низькою проникністю і може бути використаним для видобування корисних копалин на МІСЦІ їх залягання розчиненням (вилуговуванням), а також для видобування нафти, газу та води з глибоких свердловин Відомий спосіб-аналог підвищення проникності (знещільнення) гірничих порід на МІСЦІ їх залягання містить у собі розтин шару (покладу) гірничої породи свердловиною, розташування над свердловиною генератора хвиль з хвильовим випромінювачем, виконання (розміщення) у свердловині конічного узгоджувача (акустичного відбивача) силових хвиль, подавання під тиском (нагнітання) у свердловину технологічного розчину, дію на поклад гірничої породи статичним тиском стовпа технологічного розчину та крізь рідинний хвильовід (стовп технологічного розчину у свердловині) за допомогою акустичного відбивача ударними (си ловими) хвилями з заданою довжиною і амплітудою Основними вадами цього способу є його велика енергоємність і неефективність його використання при низькій проникності (пористості, прийманності) гірничої породи Неефективність обумовлена нестачею енергії для створення тріщин і розривів у гірничій породі Велика енергоємність обумовлена необхідністю застосування енергоємного технологічного обладнання і погіршенням акустичних властивостей технологічного розчину у свердловині з причини попадання до нього продуктів зруйнування гірничої породи і газів, що містяться у ній [1] Найбільш близьким до пропонуємого за сукупністю суттєвих ознак є прийнятий за прототип спосіб обробки (знещільнення) масиву гірничої породи крізь свердловини, що містить у собі розтин масиву (покладу) гірничої породи свердловиною, обсадження (армування) стовбуру свердловини трубою, розташування у свердловині труби-хви т L а = —п, 2f а - швидкість хвилі тиску, що пульсує у трубіхвилеводі, f - частота ударних імпульсів генератора силових хвиль (частота імпульсів тиску технологічного розчину, що пульсує потрубі-хвилеводу), п - кратність довжини хвилі тиску, що пульсує, відстані поміж площиною скосу відбивача і нижнім торцем випромінювача 42201 льоводу, розташування над трубою-хвильоводом генератора ударних імпульсів, розміщення у верхній частині труби-хвильоводу випромінювача силових хвиль, розташування на нижньому торці труби-хвильоводу акустичного відбивача силових хвиль, герметизацію свердловини, нагнітання крізь трубу-хвильовід у свердловину технологічного розчину, обробку (дію на поклад) гірничої породи статичним тиском стовпа технологічного розчину, дію на поклад крізь рідинний хвильовід (стовп технологічного розчину у свердловині) за допомогою акустичного відбивача навперемінно силовими хвилями низької і високої частоти з різною енергією ударів при заданій тривалості обробки Основні вади цього способу ідентичні вадам вищеописаного способу-аналогу з тих же причин, тому використання цього способу також нерентабельно для обробки (знещільнення) гірничої породи з її низькою проникністю (пористістю) [2] В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення способу шляхом одержання і автоматичного використання без великих додаткових витрат додаткової енергії для знещільнення покладу гірничої породи, що дає можливість знизити енергоємність способу і використати винахід при видобуванні корисних копалин з їх покладів, що мають низьку проникність (пористість) Поставлена задача вирішується тим, що у способі знещільнення покладу гірничої породи, що містить у собі розтин покладу гірничої породи свердловиною, армування (обсадження трубою) стовбура свердловини, розташування у свердловині труби-хвильоводу, розташування над трубою-хвильоводом генератора ударних імпульсів (силових хвиль), розміщення у верхній частині труби-хвильоводу випромінювача силових хвиль, розміщення на нижньому торці труби-хвильоводу відбивача силових хвиль, герметизацію свердловини, нагнітання у свердловину крізь трубу-хвильовід технологічного розчину, дію на поклад гірничої породи статичним тиском стовпа технологічного розчину і крізь стовп технологічного розчину за допомогою акустичного відбивача силовими хвилями пропонується свердловину сполучити крізь запірний пристрій із зливальною магістраллю, а початкову обробку покладу гірничої породи здійснювати дією статичного тиску і силових хвиль при частковому відведенні технологічного розчину з свердловини у зливальну магістраль При цьому пропонується площину скосу акустичного відбивача силових хвиль розташувати від нижнього торцю випромінювача силових хвиль на резонансній відстані L, яка є кратною довжині хвилі тиску, що пульсує у трубі-хвильоводі Зазначену резонансну відстань пропонується визначати з виразу а т = —п L 2f а - швидкість хвилі тиску, що пульсує у трубіХВИЛЬОВОДІ, f - частота імпульсів тиску (частота ударних імпульсів генератора), п - кратність довжини хвилі тиску, що пульсує, відстані поміж площиною скосу відбивача і нижнім торцем випромінювача Сполучення свердловини із зливальною магістраллю забезпечує часткове відведення (штучну витрату) технологічного розчину, що нагнітається у свердловину, навіть за відсутністю або при низькій прийманності гірничої породи (за відсутністю або при поганому поглинанні гірничою породою технологічного розчину) Сполучення свердловини із зливальною магістраллю за допомогою запірного пристрою дає можливість регулювання витрати технологічного розчину, що відводиться на зливання Одночасно часткове відведення технологічного розчину сприяє виведенню з свердловини продуктів зруйнування гірничої породи і газів, що містяться у ній, тим самим підтримуючи акустичні властивості технолопчнго розчину, що використовується у якості рідинного хвильоводу За відсутністю витрати у свердловині ВІДПОВІДНО відсутні і витрати у трубі-хвильоводі При таких умовах увесь стовп нагнічуваного у свердловину технологічного розчину знаходиться у стислому стані, діючи на нижній торець випромінювача Тому випромінювач позбавлений можливості здійснювати переміщення уздовж труби-хвильоводу після нанесення по його верхньому торцю ударів бійчиком генератора Таку можливість випромінювачу забезпечує штучно створювана витрата технологічного розчину у свердловині При цьому випромінювач, подібно імпульсному насосу, за кожним ударом по ньому здійснює переміщення униз (робочу ходу) Одночасно він витискує з підвищеною швидкістю з труби-хвильоводу крізь канали відбивача у свердловину порції технологічного розчину Навколо відбивача створюється ядро підвищеного тиску, що пульсує При виході з каналів відбивача у свердловину, внаслідок значної різниці їх поперечних перерізів, пульсуючий потік технологічного розчину знижує свою швидкість, його кінетична енергія переходить у потенційну енергію Таким чином, досягається можливість одержання та автоматичного використання без значних додаткових витрат додаткової енергії пульсуючого у трубі-хвильоводі тиску для обробки (знещільнення) ним покладу гірничої породи одночасно з дією на нього статичним тиском і силовими хвилями Силові ХВИЛІ (пружні хвилі розтягу-стиснення) поширюються із швидкістю звуку по рідинному хвильоводу від випромінювача до покладу гірничої породи за допомогою акустичного відбивача При цьому, за наявністю на їх шляху місцевого опору у вигляді відбивача з площиною скосу, відбувається накладання прямих хвиль пульсуючого тиску на відбиті від площини скосу силові хвилі У таких умовах можливий хвильовий резонанс, при якому піки тиску досягають 3-4-кратноі величини номінального значення, а частоти пульсацій у 10 і більше разів перевищують частоту імпульсів тиску (ударних імпульсів генератора силових хвиль) Хвильовий резонанс штучно створюється розташуванням площини скосу відбивача від нижнього торця випромінювача на резонансній або кратній їй відстані, що визначається з виразу L = а 2f а - швидкість хвилі тиску у трубі-хвильоводі, f - частота ударних імпульсів генератора (частота імпульсів тиску пульсуючого по трубі-хвильоводу технологічного розчину), 42201 n - кратність довжини хвилі пульсуючого тиску відстані поміж площиною скосу відбивача і нижнім торцем випромінювача Таким чином одержують і автоматично використовують додаткову енергію резонансу для знещільнення покладу гірничої породи Суть винаходу пояснюється ілюстрацією, де на фігурі зображено принципову технологічну схему здійснення способу, яка суміщена зі схематичним розрізом бурової свердловини З поверхні через поклад 1 корисної копалини пробурено свердловину 2 Стовбур свердловини 2 армований обсадною трубою 3, у СТІНЦІ якої виконані скрізні канали 4 на рівні між підошвою 5 покладу 1 та його покрівлею 6 У армованій свердловині 2 розташована труба-хвильовід 7 Над трубою-хвильоводом 7 розташований генератор 8 ударних імпульсів разом із своїм бійчиком 9 У верхній частині труби-хвильоводу 7 розміщено випромінювач 10 силових хвиль Бійчик 9 генератора 8 та випромінювач 10 зображені у своєму верхньому положенні (на початку їх робочої ходи - при завершенні ними холостої ходи) На нижньому торці труби-хвильоводу 7 розташований порожнистий акустичний відбивач 11 Внутрішній нижній торець відбивача 11 виконаний у вигляді площини скосу 12 Центральні канали 13 труби-хвильоводу 7 і відбивача її постійно сполучені з свердловиною крізь виконані у стінках відбивача 11 і трубихвильоводу 7 скрізні канали 14 Крізь виконаний у обсадній трубі 3 канал 15 і запірний пристрій 16 свердловина 2 сполучена із зливальною магістраллю 17 Навколо труби-хвильоводу 7 в оголовку обсадної труби 3 встановлено герметизатор 18 Центральний канал 13 труби-хвильоводу 7 каналом 19 сполучений із магістраллю 20 підведення (нагнітання) технологічного розчину Напрямок силових хвиль від нижнього торця випромінювача 10 до площини скосу 12 відбивача 11 та до покладу 1 позначено стрілками 21 Запропонований спосіб знещільнення покладу гірничої породи реалізовано при видобуванні нафти з свердловин "Богдани" підприємства "Черніпвнафтогаз" АО "Укрнафта" Спосіб здійснювали таким чином Нафтоносний шар 1, що залягає у кволопроникненому пісковику розтинали сіткою свердловин 2 діаметром 250 мм та глибиною до 4700 м Стовбури свердловин 2 обсадили (армували) металевою трубою 3 При цьому попередньо виконані у СТІНЦІ труби 3 канали 4 розмістили у межах потужності нафтоносного шару 1 (поміж його підошвою 5 та покрівлею 6) У свердловині 2 розташували складену трубу-хвильовід 7 із закріпленим на нижньому її КІНЦІ порожнистим акустичним відбивачем 11 Відбивач 11 піднімали уздовж свердловини в інтервалі від 2597 м до 2268 м При цьому його площину скосу 12 розташовували від нижнього торця випромінювача 10 на попередньо обчисленій резонансній відстані L Цю відстань визначали з виразу а 1 L = — п = —п 2f 2 швидкість хвилі тиску у трубіхвильоводі 7, Епр - приведений об'ємний модуль пружності труби-хвильоводу, у та р=у/д - ВІДПОВІДНО об'ємна вага і масова ЩІЛЬНІСТЬ технологічного розчину, д - прискорення сили тяжіння, 1 а 1 = — - довжина хвилі тиску, що пульсує у трубі-хвильоводі 7, f - частота ударних імпульсів генератора 8, п - кратність довжини хвилі тиску, що пульсує, відстані поміж площиною скосу 12 відбивача 11 і нижнім торцем випромінювача 10 Над трубою-хвильоводом 7 СПІВВІСНО їй розташували генератор 8 ударних імпульсів Всередині верхньої частини труби-хвильоводу 7 розмістили випромінювач 10 силових хвиль Сполучення свердловини 2 з атмосферою перекрили герметизатором 18 До каналу 15 обсадної труби 3 (або до виконаного у герметизаторі 18 скрізного каналу) приєднали патрубок відведення (зливання) технологічного розчину з свердловини 2 До виходу патрубка 15 приєднали вхід запірного пристрою 16 (вентиля) Вихід вентиля 16 приєднали до зливальної магістралі 17 Вентилем 16 перекривали (регулювали) сполучення свердловини 2 із зливальною магістраллю 17 Знещільнення шару 1 гірничої породи здійснювали примусовим насиченням його поруватого простору технологічним розчином таким чином 3 магістралі 20 по каналах 19, 13 та 14 у свердловину 2 нагнічували технологічний розчин до рівня, при якому свердловина 2 повністю заповнювалась розчином, а випромінювач 10 і бійчик 9 генератора 8 встановлювались (вижимались тиском нагнічуваного розчину) у їх крайнє верхнє положення (положення кінця їх холостої ходи - початку їх робочої ходи) Постійну витрату розчину, що нагнічувався, установлювали близько 10 м /год Піднімали статичний тиск стовпа технологічного розчину у свердловині до 5 Мпа (до величини, що перевищувала щонайменше у 1,5 рази величину порового тиску - тиску, при якому пори і тріщині пісковика затиснул його внутрішнім гірничим тиском) Вмикали генератор 8 ударних імпульсів Частота ударних імпульсів генератора 8 складала 55 Гц 3 поверхні контролювали процес знещільнення нафтоносного шару 1 шляхом вимірювання витрати нагнічуваного технологічного розчину Відсутність або мала витрата від 0,1 до 1 м3 технологічного розчину засвідчила низьку пористість (прийманність) пісковика Тому необхідну часткову витрату створювали штучно за допомогою вентиля 16, поєднучи крізь нього свердловину 2 із зливальною магістраллю 17 Випромінювач 10 після кожного удару по ньому бійчиком 9 генератора 8 трансформував ударні імпульси у силові, випромінюючи їх у напрямку вибою свердловини 2 і одночасно здійснював разом з бійчиком 9 робочу ходу (переміщення донизу), створюючи пульсуючий тиск у трубі-хвильоводі 7 і ядро підвищеного, пульсуючого тиску навколо акустичного відбивача 11 Холосту ходу (повернення догори у своє початкове положення) випромінювач 10 здійснював разом з бійчиком 9 генератора 8 автоматично, за рахунок постійно діючого на нижній торець випромінювача 10 тиску нагнічуваного у свердловину 2 технологічного розчину Странсформовані та спрямовані у бік вибою свердловини 2 випроміню 42201 вачем 10 силові хвилі відбивалися від площини скосу 12 відбивача 11 і діяли на гірничу породу (пісковик) шару 1 Пульсуючий у трубі-хвильоводі тиск технологічного розчину, багаторазово збільшений хвильовим резонансом, також діяв на пісковик, розкриваючи у ньому пори і утворюючи, згідно з природою стомлюючого тріщиноутворення, нові тріщини і розриви Зміненням довжини (скороченням) складеної труби-хвильоводу 7 через 1020 хвилин дії на шар 1 періодично переміщували відбивач 11 від підошви 5 до покрівлі 6 шару 1 Одночасно продовжували вести контоль за насиченням технологічним розчином нафтоносного шару 1 Якщо розчин поглинався тріщинами та розривами, що створювалися, його природня витрата збільшувалась до 5-7 м3 за годину, статичний тиск у свердловині знижувався до 3 Мпа Для підвищення статичного тиску до 5 Мпа вентилем 16 зменшували або припиняли штучно ство рене відведення технологічного розчину з свердловини 2 у зливальнуну магістраль 17 Знещільнення пісковика здійснювали на протязі 4-6 годин До силової обробки шару 1 тільки статичним тиском та силовими хвилями (без створення резонансу і пульсуючого тиску) дебит свердловини був або відсутній, або у межах 0,1-1,3 тонни за добу Після обробки шару 1 ВІДПОВІДНО до вищеописаної технологи дебит свердловини складав від 5,2 до 7,1 тонни за добу Джерела інформації 1 Ас СРСР № 1701896 А1, опубл 30 12 1991, бюл № 48, МПК 5 Е21В43/28, 43/25 (аналог) 2 Заявка № 98073974 про видачу патенту України на винахід, подана до Держпатенту 21 07 1998, рішення НДЦПЕ про видачу патенту, прийняте 15 02 1999 (вих № 12569 від 02 06 1999), МПК 6 Е21В43/25, 43/28 (прототип) 42201 ФІГ. ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Киів-133, бульв Лесі Українки, 26 (044)295-81-42, 295-61-97 Підписано до друку _ 2002 р Формат 60x84 1/8 Обсяг обл -вид арк Тираж 50 прим Зам УкрІНТЕІ, 03680, Киів-39 МСП, вул Горького, 180 (044) 268-25-22