Способ контроля зоны гидроразрыва горных пород

(51)М. Кл. с присоединением заявки РЙ С 01 Ч 3/18 Государственный комнтет СССР(23) Приоритет Опубликовано 070 Й 82. Бюллетень ЛЪ 13 Дата опубликования описания 07932 по делам нзобретеннй н открытий(7 ) Заявите отделения АН титут горного дела Сибирск(5) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗОНЫ ГИДРОРАЗРЫВА ГОРНЫХ ПО Изобретение отнконтроля параметрогорных пород и преопределения формы.раскрытия трещинмины. ится к техни гидроразрыва азначено для размеров зон стью уче стемы датчиков и слож изотропии горных поро Известен также способ площади зоны гидрорасчле ного пласта, в котором и скважину возбуждают элек полем и измеряют величин онтроля ения угольследуемую округ ск ическим тока по от способ не обеспечивности и точности контеобходимости установки Однакоет опер о сопротивлен личине оля ввид Известен сейсмоакустический способ контроля размеров раскрытия тре щины при гидроразрыве, заключающийся в определении числа и пространственной ориентации раскрываемых трещин посредством измерения разности времени прихода первых вступлений упругих волн к сейсмоприем- никам, устанавливаемым на различных расстояниях один от другого и от ис ,точника колебаний в горных выработках, оконтуривающих гидооразрываемую трещину 1 1,величине тока, протекающего до и после гидроразрыва, устанавливают факт наличия трещин. Известный способ заключается в электромагнитном возбуждении обсадной колонны скважины гидрорасчленения, для чего к ее устью подключают источник элект ромагнитных колебаний, выбирают частоту источника из условия сопоставимости системы "скважины гидрорасчлененный участок угольного пласта" с электрической однопроводной линией, измеряют полное входное сопротивление нагрузки источника электромагнитных колебаний и по ве8918 При нахождении пластины 1 в зонегидроразрыва совокупность этой пластины, электропроводящей жидкости 2 45. и массива горных пород 3 можно представить как конденсатор, обладающийемкостью С т,е. 3 91площади эоны гидрорасчленения угольного пласта2 1.Однако известный способ позволяетосуществлять контроль за изменениемплОщади, но не формы и линейных.размеров зоны гидроразрыва, а последнеесущественно при контроле за процессомобразования трещины.Цель изобретения - повышение точности контроля за изменением формыи линейных размеров зоны гидроразрыва горных пород.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу контролязоны гидроразрыва горных пород, вкотором исследуемую скважину возбуждают электрическим полем и измеряют,величину тока, дополнительно в трещину вводят электрод, подключенныйк источнику электрического поля,второй электрод которого перемещаютв районе устья скважины и одновременно измеряют величину тока, по величине которого судят о форме и размерах гидроразрыва горных пород,На чертеже показана схема проведения контроля за формой и размерамизоны гидрорасчленения,Приняты следующие обозначения;электрод-пластина 1, электропроводящая жидкость 2, горный массив 3,источник М переменного напряжения,измеритель 5 тока, электрод 6, экранированный провод 7, панер 8, труба9, скважина 10.При выполнении гидроразрыва вмассиве бурят скважину 10, в которуюустанавливают два пакера 8. Межпакерное пространство заполняют жидкостью 2, давление в которой увеличивают до момента, пока в стенкескважины не образуется трещина. Вэту трещину устремляется подаваемаяв межпакерное пространство черезтрубу 9 жидкость, заполняющая скважину и трещины. Способ основан на регистрации про-. никновения этой жидкости только в ту трещину, за которой осуществляется контроль. При этом различные неоднородные включения, поры, трещиноватость как естественная, так и образовавшаяся в результате технологических работ практически не оказывают существенного влияния на конецный результат. Погрешность при оценке формы и линейных размеров трещины здесь, как и при любом способе,определяе.тся расстоянием этой трещины от устья скважины. При осуществлении гидроразрывов в образцах горных пород эти расстояния исчисляютсясантиметрами и предлагаемый способобеспечивает высокую точность. Приведении горных работ в рудникахукаэанные расстояния достигают нескольких метров и абсолютная погреш 10 ность составляет десятые доли метра.Такая погрешность при линейныхразмерах трещины 3-5 и практическивполне достаточна.Для трещин больших размеров15 уменьшается относительная погрешность измерения, т,е, предлагаемыйспособ является более точным.Способ реализуется технологическиследующим образом.20 В электропроводящую жидкость 2,которая заполняет контролируемуютрещину, вводят электрод б, Этотэлектрод через экранированный провод7 соединяют с источником ч перемен 25 ного напряжения; Со стороны выработки перемещают электропроводящую пластину-электрод 1, к которой подключаютизмеритель 5 токаЕсли эта пластинанаходится в пределах зоны гидроразрыЗ 0 ва, то величина измеряемого токапрактически остается максимальнойи постоянной. При выходе пластиныиз зоны гидроразрыва увеличиваетсярасстояние от нее до жидкости, аусловные линии, связывающие пластину и жидкость перестают быть перпендикулярными к пластине. Это приводитк резкому уменьшению тока, по которому и определяют границу зоны гидроразрыва,50 где- площадь пластины; д - расстояние между пластиной и жидкостью; о = 8,85 1 Оф/м - электрическая постоянная; 55 - относительная диэлектрическая проницаемость,При подключении этого конденсатора к источнику переменного напояже5 91891 ни через него будет протекать ток Формула изобретения Способ контроля зоны гидроразрыва горных пород, в котором исследуемую скважину возбуждают электричесгде- ток;- напряжение источникаХс - реактивное сопротивлениеконденсатора;частота колебаний источни- Ока.Если пластина при перемещении выходит за пределы зоны гидроразрыва,то С - 0 и- О.По величине тока в различных точках нахождения пластины можно с достаточной для практики точностьюопределить границы зоны гидроразрыва.При контроле за трещиной малыхразмеров и достаточно удаленной отустья скважины на погрешность измерения оказывает некоторое влияниетруба 9, по которой поступает жидкость.Эту трубу можно экранировать р 5внешней заземленной металлическойоболочкой, сделать ее из диэлектрического материала или вывиньчиватьиз пакера в моменты определениязоны гидроразрыва. В случае контроля зо,за трещинами средних и больших размеров (практически наиболее частовстречающихся) эта труба не оказывает существенного влияния на конечный результат. Так как вопросы,связанные с уменьшением влияния трубы 9 при контроле за трещинами малых размеров и значительно удаленныхот устья скважины не являются принципиальными для способа контролязоны гидроразрыва горных пород.Если необходимо, то эти влиянияпросто можно учитывать при обработке конечных результатов.Необходимость применения именноэкранированного провода для подсоединения электрода 5 к источникупеременного напряжения обусловленатем, что по этому проводу протекаетток источника и, в случае отсутствия50экрана, провод будет излучать электромагнитную энергию, которая будетулавливаться пластиной 1.Выбор частоты источника переменного напряжения не носит принципиаль 55ный характер, В настоящее время ис-.пользуется частота в диапазоне 601000 кГц, Практически существуетверхний предел частоты, связанный 8 6со свойствами горных пород, где становится ощутимым затухание тока вмассиве,Измеритель тока желательно исполь.зовать селективным по частоте (ноне обязательно), это позволяет исключить помехи от других источниковэлектромагнитной энергии.Размеры пластины. не принципиальны и выбираются исходя из мощностиисточника переменного напряженияи чувствительности измерителя тока.При применении предлагаемого способа можно использовать в качествеисточника переменного напряжениягенератор сигналов высокочастотный,в качестве измерителя тока - селектив.ный микровольтметр, в качестве пластины - торцовая часть цилиндра (штыря) диаметром 8 мм, образующая которого экранирована защемленной трубкой, При этом величина тока прямопропорциональна частоте источника,обратно пропорциональна расстояниюмежду жидкостью и пластиной и соответствует рассчетным данным по вышеприведенной формуле, Абсолютнаяпогрешность контроля зависит от расстояния между жидкостью и пластиной,которое практически может достигатьнескольких метров,Значение предлагаемого способадля горнодобывающей промышленностисостоит в том, что по форме и направлению образования трещины пригидроразрыве можно оценивать направления главных напряжений в массиве,а при ведении разгрузочных работс использованием методов гидроразрыва - их качество и эффективность,т.е. этот способ способствует безопасности работы в подземных условиях.Его важность усиливается еще итем, что последующие этапы добычи,полезных ископаемых подземным способом связаны.с переходом на более глубокие горизонты, где напряжение вмассивах горных пород имеют большиевеличины, информация о которых приобретает первостепенное значениедля безопасности подземного производства, а также в строительном деле.:орректор Н.йвыдк едактор Г . Волкова Заказ 2 133/ Тираж 7 НИИПИ Государствен по делам изобрете Москва, 3-35, Рау одписн ета СССытий ого ком ий и от ская на дФюиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,7 91 ким полем и измеряют величину тока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности контроля параметров эоны гидроразрыва, в трещину вводят электрод источника электрического поля, второй электрод которого перемещают в районе устья скввжины и одновременно измеряют величину тока, по которой судят о форме и размерах эоны гидрораэрыва гор. ных пород. 8Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Аниканов В,И. Исследованиемеханизма гидрорасчленения угольного5 пласта, способы контроля и управления процессом. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н МГИ, 1975,с. 11-192 Авторское свидетельство СССР0 1662891, кл, С О 1 У 3/18, 1979 (прототип).