Способ определения приницаемости горных пород в массиве

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИНИЦАЕМОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД В МАССИВЕ, заключающийся в нагнетании в скважину рабочей жидкости и регистрации изменения уровня жидкости в скважине во времени, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения путем исключения возможности фазовых переходов в рабочей жидкости, в качестве рабочей жидкости используют нерастворяющуюся в воде жидкость, плотность которой меньше плотности воды, а температура замерзания ниже естественной температуры пород массива.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и предназначено для полевых определений проницаемости горных пород в естественном залегании.
Изобретение может быть использовано при проведении инженерно-геологических изысканий под наземные и подземные сооружения в районах развития мерзлых пород.
Известен способ определения проницаемости мерзлых горных пород, заключающийся в том, что бурят скважину и нагнетают в скважину фильтрующую среду газ, например, воздух под известным избыточным давлением, после чего регистрируют изменение давления газа в скважине во времени, по которому рассчитывают проницаемость.
Недостатком известного способа является сложность конструктивной реализации. Несовершенство имеющегося технологического оборудования приводит к утечке газа через уплотнительные соединения. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения проницаемости горных пород в массиве, заключающийся в нагнетании в скважину рабочей жидкости и регистрации изменения уровня жидкости в скважине во времени.
При испытании мерзлых пород способ не позволяет получить достоверных результатов вследствие фазового перехода воды в лед.
Целью предлагаемого изобретения является повышение точности определения проницаемости мерзлых пород путем исключения возможности фазового перехода рабочей жидкости в твердое состояние в поровотрещинном пространстве породы.
Поставленная цель достигается тем, что в способе определения проницаемости горных пород, заключающемся в нагнетании в скважину жидкости и регистрации изменения уровня жидкости в скважине во времени, в качестве рабочей жидкости используют нерастворяющуюся в воде жидкость, плотность которой меньше плотности воды, а температура замерзания ниже естественной температуры пород массива.
Предлагаемое решение исключает возможность фазовых переходов и фазовый переход испытательной жидкости в твердое состояние за счет применения жидкости с температурой застывания ниже естественной температуры мерзлых пород массива.
Фазовые переходы в поровотрещинном пространстве мерзлых пород, связанные с переходом льда, содержащегося в них, в жидкое состояние, исключаются за счет применения испытательной жидкости, которая не растворяется в воде и соответственно не растворяет лед, при растворении льда будет уменьшаться общий объем испытательной жидкости в скважине, уровень жидкости будет постоянно изменяться и значительно понизится точность определения проницаемости мерзлых пород. Именно этим и обусловлено применение испытательной жидкости, которая не растворяется в воде и не растворяет лед.
Плотность испытательной жидкости должна быть меньше плотности воды, т.к. при бурении скважин в мерзлых породах как с применением промывочной жидкости, так и без нее, всегда на забое скважины скапливается некоторое количество воды, которое может не замерзать при естественной температуре мерзлых пород массива (в случае повышенной засоленности и за счет мерзлых пород или режима бурения) и которую практически невозможно полностью удалить из скважины.
Предлагаемый способ поясняется чертежом.
Способ определения проницаемости мерзлых пород 1 в буровой скважине 2 осуществляют посредством закачки испытательной жидкости 3 из емкости 4 насосом 5 или самотеком по трубам 6 или гибкому шлангу. Объем закачанной испытательной жидкости измеряют расходомером 7 или объемным способом. Положение уровня испытательной жидкости 8 в скважине замеряют уровнемером 9. По данным объема закачанной в скважину испытательной жидкости и изменению ее уровня в скважине во времени рассчитывают проницаемость мерзлых пород.
П р и м е р 1. На одной из площадок подземного храналища потребовалось определить проницаемость мерзлых пород на глубинах от 30 до 50 м. С этой целью были проведены опытные наливы арктического дизельного топлива марки ДА в разведочные скважины.
В качестве примера приведены данные опытного налива в скважину N 5.
Глубина скважины 52 м, диаметр 130 мм. После очистки стенок от ледяной корки и удаления шлама глубина забоя оказалась равной 50 м. После этого по описанной выше технологии скважина до глубины 30 м от поверхности была заполнена дизельным топливом. Температура мерзлых пород в скважине равнялась минус 7^оС, температура воздуха минус 40^оС.
Через 30 мин после залива дизельного топлива его уровень в скважине оказался на глубине 30, 13 м за счет проникновения жидкости в каверны в стенках скважины. На следующие сутки уровень поднялся до глубины 30,09 м. Последующие семь суток уровень дизельного топлива в скважине находился на глубине 30,09 м.
Вывод мерзлые породы в скважине N 5 в интервале глубины от 30 до 50 м практически непроницаемые.
По окончании проведения опытного налива дизельное топливо из скважины было откачано, а скважина на всю глубину была залита водой.
Повышение уровня дизельного топлива в скважине в течение первых суток после залива произошло за счет теплового расширения дизельного топлива при нагреве от минус 40 до минус 7^оС.
П р и м е р 2. На другой площадке определялась проницаемость мерзлых гравийно-галечниковых отложений, залегающих на глубине 45-60 м от поверхности. С этой целью в три пробуренные на площадке скважины было залито арктическое дизельное топливо в интервалы глубин 45-60 м и замерен его уровень. В первой скважине он оказался на глубине 45,5 м, во второй на глубине 46,0 м и в третий на глубине 47,0 м от поверхности.
Дизельное топливо имело температуру минус 5^оС, что соответствовало температуре мерзлых пород площади. Через сутки уровень дизельного топлива понизился во всех скважинах и стал соответственно: в первой на глубине 45,6 м, во второй на глубине 46,05 м и в третий на глубине 47,12 м от поверхности. Наблюдения, проведенные за изменением уровня дизельного топлива в скважинах в течение 5 сут показали, что за это время в первой скважине уровень дизельного топлива понизился на 0,35 м, во второй на 0,20 м и в третьей на 0,42 м. Из этого был сделан вывод, что мерзлые гравийно-галечниковые отложения площадки являются проницаемыми и непригодны для строительства выработок емкостей подземного хранилища.
По сравнению с наиболее распространенным методом оценки проницаемости мерзлых пород путем отбора образцов породы из керна и оценки их проницаемости в лабораторных условиях определение по предлагаемому способу позволяет изменить стоимость работ в 1,7 раза.
Кроме того, предлагаемый способ позволяет определить экранирующие свойства мерзлых пород по всему разрезу. В связи с этим коэффициент надежности исходных данных по экранирующим свойствам пород при проектировании повысится с 0,5 до 0,9, что позволит более обоснованно устанавливать интервалы заложения выработок-емкости подземных хранилищ.