RU2039150C1

RU2039150C1 - Method for building anti-filtering curtain

Info

Publication number: RU2039150C1
Authority: RU
Inventors: В.Н. Бакулин; А.В. Бакулин
Original assignee: Бакулин Андрей Викторович
Priority date: 1991-05-24
Filing date: 1991-05-24
Publication date: 1995-07-09

Abstract

FIELD: road building. SUBSTANCE: method provides well drilling, location of non-explosive pneumatic sources oriented towards action of maximum head stress. Elastic oscillations are excited within 60 1500 Hz in conjunction with pumping unhardening solutions and generation vibration action, which are generated within time, when tensile stress in changed with compressing stress. Then frequency of liquid pumping into the well of hydraulic fracture is used and vibration exposure is applied up to achieving positive effect. EFFECT: decreased power consumption. 5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к гидротехнике и различным видам строительства и может быть использовано для создания противофильтрационных завес в местах захоронения токсичных и радиоактивных отходов для предотвращения утечки флюидов в реки, озера и водоемы. The invention relates to hydraulic engineering and various types of construction and can be used to create impervious curtains in the burial places of toxic and radioactive waste to prevent fluid leakage into rivers, lakes and reservoirs.

Известен способ создания противофильтрационных завес, включающий создание тонких противофильтрационных экранов вибропогружением одного или нескольких металлических элементов, в нижней части которых размещают башмак, внутрь которого заводят инъекционные трубы, имеющие горизонтальные выходы в основании башмака для инъектирования раствора в полость, образующуюся в грунте при извлечении элемента, причем процесс погружения элементов облегчается инъектированием раствора под башмак под давлением около 0,3 МПа [1]
Известный способ трудоемок, нетехнологичен, не позволяет управлять состоянием и свойствами грунтовых пород с использованием упругого миграционного геоэффекта.A known method of creating anti-filter curtains, including the creation of thin anti-filter screens by vibration absorption of one or more metal elements, in the lower part of which is placed a shoe, into which injection pipes are inserted, having horizontal outlets at the base of the shoe for injecting the solution into the cavity formed in the soil when the element is removed, moreover, the process of immersion of the elements is facilitated by injection of the solution under the shoe under a pressure of about 0.3 MPa [1]
The known method is time-consuming, low-tech, does not allow to control the state and properties of soil rocks using an elastic migration geo-effect.

Известен также способ создания противофильтрационных завес, включающий ряд параллельно установленных скважин с герметизацией и последующим нагнетанием в один из рядов под давлением рабочей жидкости и закрепляющих добавок, при этом нагнетание осуществляют в пульсирующем режиме и производят контроль за создаваемой завесой путем бурения контрольных скважин [2]
Известный способ трудоемок, нетехнологичен, не использует свойства грунта и флюидов жидкостей и газовых компонентов его насыщающих, не позволяет управлять состоянием и свойствами грунтового массива и повысить гидро- и аэродинамические свойства массива перед нагнетанием в массив закрепляющих добавок.There is also a method of creating anti-filtration curtains, including a number of parallel installed wells with sealing and subsequent injection into one of the rows under pressure of the working fluid and fixing additives, while the injection is carried out in a pulsating mode and the curtain is created by drilling control wells [2]
The known method is time-consuming, low-tech, does not use the properties of the soil and fluids of liquids and gas components saturating it, does not allow you to control the state and properties of the soil mass and improve the hydro- and aerodynamic properties of the mass before injecting fixing additives into the mass.

Цель изобретения pасшиpение области применения способа за счет возможности получения эффекта как разупрочнения, так и упрочнения при повышении эффективности, производительности за счет управления состоянием и свойствами грунтового массива и снижения энергоемкости процесса. The purpose of the invention is the expansion of the scope of the method due to the possibility of obtaining the effect of both softening and hardening while increasing efficiency, productivity by controlling the state and properties of the soil mass and reducing the energy intensity of the process.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу в скважинах размещают виброисточники, возбуждают в грунтовом массиве упругие колебания в совокупности с нагнетанием в массив разупрочняющих растворов и вибровоздействия производят в течение времени, при котором прочность грунта на разрыв снижается на 20-60% по сравнению с первоначальной величиной, после чего вибровоздействия прекращают и переходят на частоту воздействия, равную частоте собственных колебаний грунтового массива в совокупности с нагнетанием в массив гелеобразующих растворов, которые создают противофильтрационный экран в массиве. This goal is achieved by the fact that according to the method, vibration sources are placed in the wells, they excite elastic vibrations in the soil mass in combination with injection of softening solutions into the array and vibration exposure is performed during the time at which the tensile strength of the soil decreases by 20-60% compared to the original magnitude, after which the vibration stops and passes to the frequency of exposure equal to the frequency of natural oscillations of the soil mass in combination with the injection into the array of gelling agents solutions that create an anti-filter screen in the array.

Для перевода гелеобразующего раствора в твердое состояние нагнетают в грунтовой массив горячую воду при 150^оС.To convert the gelling solution to the solid state is injected into the soil array hot water at 150 ° ^C.

В качестве материала противофильтрационной завесы используют полимеризующийся мономер, включающий фурфуроловый спирт с органическим растворителем-метанолом, а в качестве катализатора используют соляную кислоту, смешиваемую с паром. A polymerizable monomer, including furfural alcohol with an organic solvent methanol, is used as the material of the air curtain, and hydrochloric acid mixed with steam is used as a catalyst.

Для снижения прочности грунтового массива и увеличения его аэро- и гидродинамических связей перед нагнетанием в него гелеобразующих растворов нагнетают в массив разупрочняющие вещества, в качестве которых используют поверхностно-активные вещества, гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом, нагретые до 80^оС.To reduce the strength of the soil mass and increase its aerodynamic and hydrodynamic bonds, gel-forming solutions are injected into the array with softening agents, which are used as surfactants, sodium hydroxide or sodium hydroxide with methanol, heated to 80 ^about C.

Возбуждают в массиве упругие колебания, регистрируют их сейсмической аппаратурой и осуществляют диагностику как грунтового массива, так и свойств и состояния противофильтрационной завесы по изменению скорости распространения продольных и поперечных волн до, во время и после воздействия. Excite elastic vibrations in the array, record them with seismic equipment and diagnose both the soil mass and the properties and condition of the air curtain by changing the propagation velocity of longitudinal and transverse waves before, during and after exposure.

На фиг. 1 приведена схема реализации предлагаемого способа; на фиг.2 скважина, сечение. In FIG. 1 shows a diagram of the implementation of the proposed method; figure 2 well, section.

На фиг.1 и 2 показаны грунтовой массив 1, скважины 2, обсадная труба 3 с перфорацией, слой редкоземельного вещества 4, нанесенный на внешнюю поверхность обсадной трубы, источник 5 возбуждающего напряжения, блок 6 согласования, микропроцессор 7 для управления режимом возбуждения упругих колебаний группой виброисточников во времени, раствор 8, нагнетаемый в скважину. На фиг.2 дано сечение скважины 2 с армированной обсадной трубой 3 с перфорацией-отверстиями, выполненными в шахматном порядке по телу трубы, и нанесенным на внешнюю поверхность обсадной трубы слоя редкоземельного вещества 4, обладающего гигантской магнитострикцией и подключенного к источнику 5. Figures 1 and 2 show a soil array 1, a well 2, a perforated casing 3, a rare-earth material layer 4 deposited on the outer surface of the casing, an exciting voltage source 5, a matching unit 6, a microprocessor 7 for controlling the elastic mode of excitation of a group vibration sources in time, solution 8 injected into the well. Figure 2 shows a cross section of a well 2 with a reinforced casing 3 with perforation-holes staggered along the body of the pipe and deposited on the outer surface of the casing of a layer of rare-earth substance 4 having giant magnetostriction and connected to source 5.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

С помощью датчиков давления горных пород, устанавливаемых в контрольную скважину, определяют поле напряжений и главные векторы максимального и минимального главных напряжений, действующих в массиве 1, где требуется создать экран. Using the rock pressure sensors installed in the control well, the stress field and the main vectors of the maximum and minimum principal stresses acting in array 1, where you want to create a screen, are determined.

В грунтовом массиве 1 бурят ряд скважин 2, отстоящих друг от друга на 12-15 м, размещают в них обсадную трубу с перфорацией 3, предварительно наносят на внешнюю поверхность обсадной трубы слой редкоземельного вещества 4, который посредством электродов подключают к источнику 5 возбуждающего напряжения, управляемого через блок согласования посредством микропроцессора 7 с заранее введенной в него программой, позволяющей осуществлять группирование виброисточников во времени для их синхронизации. Возбуждают упругие колебания в широком диапазоне частот от 60 до 1500 Гц в грунтовом массиве, приводят в возбужденное состояние локальный участок массива 1, и в совокупности с вибровоздействиями нагнетают в массив 1 разупрочняющие растворы 8 и вибровоздействия производят в течение времени, при котором прочность массива на разрыв снижается на 20-60% по сравнению с первоначальной величиной до воздействия и значительно до 200-700% повышается проницаемость грунтового массива. После этого переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте собственных колебаний грунтового массива 1, и нагнетают гелеобразующие растворы, причем под воздействием сжимающих и растягивающих нагрузок, порождаемых вибрациями, растворы более эффективно проникают в поры и трещины массива и распространяются мигрируют на более дальние расстояния, чем в отсутствии вибраций. Для перевода гелеобразующих веществ в твердое состояние в массив нагнетают горячую воду при 150^оС. В качестве материала завесы используют полимеризующийся мономер, включающий фурфуроловый спирт с полярным органическим растворителем-метанолом, а в качестве катализатора используют соляную кислоту, смешиваемую с паром. В качестве разупрочняющих растворов, нагнетаемых в массив до нагнетания материала, создающего экран в массиве, используют гидроокись натрия, поверхностно-активные вещества, гидроокись натрия с метанолом, которые нагревают до 80^оС. Для контроля материала завесы в созданном экране в массиве возбуждают упругие колебания и регистрируют их сейсмической аппаратурой, анализируют полученную геоакустическую информацию и сопоставляют изменение динамических и кинематических параметров скоростей распространения упругих волн до, во время и после воздействий и по ним судят о состоянии грунтового массива и материала экрана. Таким образом, грунтовой массив обрабатывается всеми видами сжимающих и растягивающих нагрузок в широком диапазоне частот, что, с одной стороны, способствует снижению прочности грунта при нагнетании в него разупрочняющих растворов и, как следствие, увеличению аэро- и гидродинамических связей пород и грунтов в массиве, а с другой, более эффективному и быстрому заполнению пор и трещин экрана нагнетаемым материалом и более прочному сцеплению материала экрана с массивом и увеличению срока службы экрана.A number of wells 2 are drilled in the soil mass 1, 12-15 m apart, placed in them a casing pipe with perforation 3, a layer of rare-earth substance 4 is preliminarily applied to the outer surface of the casing, which is connected to the excitation voltage source 5 by electrodes, controlled through the matching unit by means of a microprocessor 7 with a program previously entered into it, which makes it possible to group vibration sources in time to synchronize them. Elastic vibrations are excited in a wide frequency range from 60 to 1500 Hz in the soil mass, the local area of the mass 1 is excited, and together with the vibrations, softening solutions 8 are pumped into mass 1 and the vibrations are produced during the time at which the tensile strength of the mass decreases by 20-60% compared with the initial value before exposure and significantly increases the permeability of the soil mass up to 200-700%. After that, they switch to a vibrational frequency equal to the natural oscillation frequency of the soil mass 1, and gel-forming solutions are pumped, and under the influence of compressive and tensile loads generated by vibrations, the solutions penetrate the pores and cracks of the massif more efficiently and migrate to longer distances than in lack of vibrations. To convert the gelling agents in the solid state is injected into an array of hot water at 150 ° ^C. As the curtain material is a polymerizable monomer comprising furfural alcohol with a polar organic solvent, methanol, and hydrochloric acid is used, mixed with steam as the catalyst. Sodium hydroxide, surfactants, sodium hydroxide with methanol, which are heated to 80 ^° C, are used as softening solutions injected into the array before injection of the material that creates the screen in the array. To control the curtain material in the created screen, elastic vibrations are excited in the array and register them with seismic equipment, analyze the obtained geoacoustic information and compare the change in the dynamic and kinematic parameters of the propagation velocity of elastic waves before, during and after e effects and it is judged on the state of the soil mass and the screen material. Thus, the soil mass is processed by all types of compressive and tensile loads in a wide frequency range, which, on the one hand, helps to reduce the strength of the soil when injecting softening solutions into it and, as a result, increase the aero- and hydrodynamic bonds of rocks and soils in the massif, and on the other, more efficient and faster filling of pores and cracks of the screen with pumped material and more durable adhesion of the screen material to the array and increase the service life of the screen.

Сущность способа состоит в том, что под воздействием мощных вибрационных нагрузок в грунтовом массиве на пути распространения вибраций создаются волны сжатия и разрежения, которые способствуют более быстрому распространению флюидов-жидкостей и газовых компонентов, содержащихся в порах и трещинах массива, и перераспределению поля упругих напряжений на пути миграции флюидов под воздействием упругих колебаний, т.е. изменение порового давления приводит к изменению напряженного состояния грунтового массива и увеличению проницаемости грунта в массиве и более эффективному и быстрому заполнению образовавшихся аэро- и гидродинамических связей в массиве закрепляющими растворами, создающими экран в массиве. Изменяя величину и частоту возбуждающего напряжения от источника 5, осуществляют нагнетание закрепляющих растворов в резонансном режиме на частоте колебаний массива, что снижает энергоемкость процесса и увеличивает его производительность. The essence of the method lies in the fact that under the influence of powerful vibrational loads in the soil mass along the propagation path of the waves, compression and rarefaction waves are created, which contribute to the faster propagation of fluid-liquids and gas components contained in the pores and cracks of the massif, and the redistribution of the field of elastic stresses fluid migration paths under the influence of elastic vibrations, i.e. a change in pore pressure leads to a change in the stress state of the soil mass and an increase in the permeability of the soil in the mass and more efficient and faster filling of the formed aerodynamic and hydrodynamic bonds in the mass with fixing solutions that create a screen in the mass. By changing the magnitude and frequency of the exciting voltage from source 5, the reinforcing solutions are injected in resonance mode at the oscillation frequency of the array, which reduces the energy intensity of the process and increases its productivity.

Использование заявляемого способа позволит не только управлять состоянием и свойствами грунтового массива при создании в нем противофильтрационной завесы, но снизить энергоемкость и увеличить эффективность и срок службы создаваемых экранов в массиве по сравнению с имеющимися классическими технологиями, не использующими в своем арсенале упругий миграционный геоэффект, проявляющийcя при воздействии на породы и грунт мощными вибрационными колебаниями в широком диапазоне частот. Using the proposed method will allow not only to control the state and properties of the soil massif when creating an anti-filter curtain in it, but to reduce the energy consumption and increase the efficiency and service life of the created screens in the massif in comparison with the existing classical technologies that do not use the elastic migration geoeffect in their arsenal, which is manifested when impact on rocks and soil by powerful vibrational vibrations in a wide frequency range.

Claims

1. METHOD FOR CREATING AN ANTI-FILTRATION CURTAIN, in which rows of parallel wells are drilled with sealing and subsequent injection into one of the rows under pressure of the working fluid and fixing additives, while the injection is carried out in a pulsating mode and the material of the curtain being created is controlled by drilling control wells, which differs the fact that vibration sources are placed in the wells, which excite elastic vibrations in the soil mass in combination with injection of softening solutions into the array, and vib the impact is produced during the time at which the tensile strength of the soil decreases by 20-60% compared to the original value, after which they switch to vibration effects with a frequency of exposure equal to the natural oscillation frequency of the soil mass, in conjunction with the injection of gel-forming solutions into the array, which create anti-filter screen in the array.

2. The method according to p. 1, characterized in that in order to convert the gelling solution to a solid state, hot water is pumped into the soil mass at a temperature of 150 ^o C.

3. The method according to claim 1, characterized in that the polymerizable monomer comprising furfural alcohol with a polar organic solvent methanol is used as the material of the air curtain, and hydrochloric acid mixed with steam is used to accelerate the hardening of the material of the curtain.

4. The method according to claim 1, characterized in that in order to reduce the strength of the soil mass and increase its aerodynamic and hydrodynamic bonds, gel-forming solutions are injected into the array with softening substances, which use surfactants in the form of sodium hydroxide or sodium hydroxide with methanol, heated to 80 ^o C.

5. The method according to claim 1, characterized in that to control the material of the curtain in the screen being created in the soil array, elastic vibrations are excited, recorded by seismic equipment and, by changing the propagation velocity of longitudinal and transverse waves, before, during and after exposure, they are diagnosed as soil array, and the properties and condition of the air curtain.