Способ определения напряженного состояния массива горных пород

(51)5 Е 21 С 39/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Целью изобре рение области его временное пов дострверности. На чертеже и вертикальный разрения является расшиприменения и одноышение точности и едставлена скважи ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт физики и механики горных пород АН КиргССР(56 Авторское свидетельство СССРМ 1375817, кл. Е 21 С 39/00, 1986,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХПО,РОД(57) Изобретение относится к горному делуи педназначено для определения геомеханиеского состояния массива горных пород,Цель - расширение области применения иодНовременное повышение точности и достоверности. Для этого бурят измерительную скважину и герметизируют ее участокпакерами. В образованное межпакерноепространство (МПП) подают жидкость призамкнутой гидросистеме (ГС) до образования трещины разрыва. Одновременно спроцессом нагружения регистрируют акустическую эмиссию (АЭ) горных пород с момента их разрыва до установления давления,характеризуемого интенсивностью 3 зтзл и Изобретение относится к горному делу, в частности к способам определения геомеханического состояния массива горных пород,достаточного для поддержания полученной трещины в открытом состоянии. После гидроразрыва при замкнутой ГС определяют время тус, расход жидкости М/уст от момента разрыва до установления стационарного состояния и интенсивность акустических импульсов пород 3 рзз на ниспадающей части кривой давления. Затем жидкость из ГС сбрасывают и нагнетают ее в МПП повторно, ступенями, до момента появления АЭс интенсивностью Ззтзл. После этого жидкость в МПП подают непрерывно и равномерно со скоростью, равной величине отношения О/уст/густ., и прекращают нагнетание при регистрации в массиве акустических импульсов с интенсивностью 3 рзз. По величине давления ПрИ ИНтЕНСИВНОСтИ АЭ Зраз, И ПО даВЛЕНИЮ после установления повторного стационарного состояния с интенсивностью Ззтзл определяют напряжение при повторном раскрытии трещины и давление покоя, Способ исключает образование вторичных концентраторов напряжений в самой трещине разрыва и по остальной поверхности скважины внутри интервала измерений. 1 ил. На фиг,1 обозначены: исследуемый массив горных пород 1, измерительная скважина 2, межпакерное пространство 3, пакеры 4 зонда гидроразрыва, зонд гидроразрыва 5, рабочий агент (жидкость) 6, гидропровод 7 высокого давления, гидронасос 8, трещина гидроразрыва 9, пьезодатчик 10, линия 11 электрического канала, акустический анализатор 12,манометр 13, самописец-расходо; мер 14.10 Способ осуществляется в следующей последовательности операций,В исследуемом массиве 1 колонковым снарядом бурят скважину 2, После ее тщательной очистки скважину 2 герметизируют пакерами 4 зонда гидроразрыва 5, В образованное межпакерное пространство 3 подают жидкость 6 по гидропроводу 7 высокого давления посредством насоса 8. В качестве рабочей жидкости 6 используют технические масла для гидросистем. Жидкость 6 подают периодически, ступенчато увеличивая давление в гидросистеме на Р=2 - 5 МПа с выдержкой времени в каждой ступени 3 - 5 мин, Давление увеличивают до образования трещины гидроразрыва 9. Величина давления регистрируется по манометру 13, в качестве которого чаще всего используется самопишущий прибор, а для регистрации расхода жидкости Вф) используется самопишущий расходомер часового типа, Величина времени 1 на таких расходомерах определяется по клеткам ленты записи,Величина давления в гидросистеме, при агорой произошел гидроразрыв, обозначается через Рс 1Одновременно с увеличением давления от 0 до Рд регистрируют интенсивность акустической эмиссии пород после каждой ступени нагружения и фиксируют величину интенсивности 3 рэ с момента возникновения гидроразрыва на ниспадающей части кривой давления,После гидроразрыва скважины и образования трещины 9 определяют по ленте с самописца 14 расход %уст жидкости 6 и длительность промежутка времени Г уст от момента гидрсразрыва до установления стационарного состояния Р=Рм при замкнутой гидросистеме, а по данным, поступившим с пьезодатчика 10 на анализатор 12 по линии 11 электрического канала, определлют интенсивность акустической эмиссии пород 1 л на момент наступления указанного стационарного состояния. Затем сбрасывают жидкость из гидросистемы и нагнетают ее в межпакерное пространство 3 повторно ступенчато до момента появления акустической эмиссии с интенсивностью Зэтал. С этого момента жидкость в межпакерное простоанство 3 подают непрерывно и равномерно со скоростью (удельным расходом, дебетом), равной величине отношения Яутйуст, и прекращают иа нетание при регистрации в массиве акустических импульсов с интенсивностью 3 раз. Фиксируют величину давления Рс 2 в гидросистеме на этот момент времени. Зна 15 20 25 30 35 40 45 50 55 чение давления Ра, имеющее место после установления повторного стационарного состояния, принимают за величину повторного раскрытия трещины,Величины напряжений рассчитывают по следующим общепринятым формулам (рассматривается случай, когда скважина вертикальная и пробурена в направлении минимального главного напряжениястч = сэРз 1= О 2 = Оп - промежуточное нормальное главное напряжение (горизонтальное); Ра = тз = о- вертикальное напряжение;О н = О 1 = 3 О 2 - Р 2= ЗР 1 ЗР 2 максимальное главное напряжение (горизонтальноее).Следовательно, определение времени т уст и расхода жидкости Юур, от момента разрыва до установления стационарного состояния при замкнутой гидросистеме с последующим сбросом жидкости из гидросистемы и повторным нагнетанием ее в межпакерное пространство ступенями до момента появления акустической эмиссии с интенсивностью Зэтал и после этого непрерывное и равномерное нагнетание жидкости в межкамерное пространство со скоростью, равной величине отношения круст/ Хуст, и прекращение нагнетания при регистрации в массиве акустических импульсов с интенсивностью Зрэ, определение значения величины давления после установления повторного стационарного состояния с интенсивностью эмиссии пород Застал, принятие за величину напряжения повторного раскрытия трещины обеспечивает возможность .определения фактических значений напряжений в реальном массиве горных пород, а также за счет точного и объективного определения величины давления, достаточного для поддержания трещины в равновесном состоянии, и величины давления повторного раскрытия трещины в режиме непрерывного и равномерного раскрытия трещины со скоростью, равной скорости ее естественного роста, что исключает образование вторичных концентраторов напряжений как в самой трещине разрыва, так и поостальной поверхности скважины внутри интервала измерений.П р и м е р. Бурили три скважины глубиной 10 м в ортогональных направлениях. Горизонтальные скважины ориентировали исходя из полученных ранее направлений главных напряжений.Скважина 2 Одн -п 1,Рс 1 12 МПа; зараз = 3 10 имп/10 с; Р =Э3 МПа;Рэ 1= 10 МПа 3 этал = 25 имп/10 С;Оуст /круст = 0,049 см /с.зФс 2 = 12,5 МПа; 3 этал = 25 имп 10 с,Рз 2 = 11 МПа;.)раз=(2,8 - 3) 10 имп/10 с.о=11 Мпа.оч 3 ст и - Рс 2 = 33 - 12,5 = 20,5 МПа,Скважина 1//ст, = и 3Рв 1 = О ч = 20,5 М Па,Рс 2 = 12 МПа;Рз 2= У п=11 МПа;3 этал = 40 имп/10 с,зараз = 2,5- 10" имп/10 с.4 эал =,40 имп/10 С;ЧЧустй уст = 0,058 см /с.Ун = гг 1=3(тп - Рс 2 =33 - 12 =21 МПа.Таким образом, окончательно имеем:ои =11 МПа,Оч = 20,5 МПа.о, = 21,0 МПа.Применение способа в горной промышленности позволяет оперативно на этапегеологоразведочных и горно-подготовителЬных работ определять фактические значенйя напряжения в реальном массиве, асоответственно, обеспечивает возможностьв значительной мере уточнить расчеты пределЬных параметров конструктивных элементов систем разработки,Формула изобретенияСпособ определения напряженного состояния массива горных пород, включающий бурение измерительной скважины и герметизацию ее участка пакерами, периодическую подачу жидкости при замкнутой гидросистеме в образованное межпакерное пространство до образования трещины разрыва и одновременную с процессом нагружения регистрацию акустической 5 эмиссии пород с момента их разрыва доустановления давления, характеризуемого интенсивностью Зэтал, достаточного для поддержания оплученной трещины в открытом состоянии, о т л и ч а ю щ и й с я тем, 10 что, с целью расширения области его применения и одновременного повышения точности и достоверности, после гидроразрыва скважины при замкнутой гидросистеме определяют время круст, расход жидкости ччуст 15 от момента разрыва до установления стационарного состояния и интенсивность акустических импульсов пород 1 раз на ниспадающей части кривой давления, после чего сбрасывают жидкость из гидроси стемы и нагнетают ее в межпакерноепространство повторно, ступенями до момента времени появления акустической эмиссии с интенсивностью 3 этал затем жидкость в межкамерное пространство подают 25 непрерывно и равномерно со скоростью,равной величине отношения ччуст/ 7 ус, и прекращают нагнетание при регистрации в массиве акустических импульсов с интенсивностью Зраз, а напряжение при по вторном раскрытии трещины и давлениепокоя определяют по величине давления при интенсивности акустической эмиссии 3 раз и по давлению после установления повторного стационарного состояния с ин тенсивностью 1 зтал, ул. Гагарина,из аказ 3716 Тираж 393 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5