SU1701896A1

SU1701896A1 - Method of improvement of permeability of rocks in place of their occurrence and equipment for its realization

Info

Publication number: SU1701896A1
Application number: SU894675168A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Игнатьевич Бажал; Анатолий Иванович Зюган; Александр Дмитриевич Маслов; Наталья Ивановна Цывинда; Александр Владимирович Сухоруких; Иван Кириллович Седлер
Original assignee: Криворожский горнорудный институт
Priority date: 1989-02-01
Filing date: 1989-02-01
Publication date: 1991-12-30

Abstract

Изобретение относитс к горному делу и м.б. использовано дл добычи полезных ископаемых через скважины. Цель изобретени - увеличение проницаемости скальных горных пород при одновременном снижении энергозатрат за счет обеспечени дилатантной деформации и разуплотнени массива в режиме неравномерного нагру- жени в макрообьемах. Установка представ- л ет собой комплекс, состо щий из экскаватора, волнового излучател (ВИ) и гидромолота (ГМ) При этом ВИ представл ет собой два конических корпуса - отражатель волн и концентратор волн, которые соединены фланцами. К нижней части ВИ крепитс подвижна опора, котора патрубком соединена с напорной магистралью агрегата высокого давлени воды. Заполн ют скважину водой Последн поднимаетс , воздействует на волновод, который поднимает боек ГМ. Под действием давлени жидкости боек устремл етс вниз и наносит удар по торцу ВИ. Прижатый к столбу воды, ГМ создает ударную волну сжати . Последн , достига конической поверхности отражател волн, отражаетс вдоль оси скважины и проходит через концентратор волн ВИ в жидкостный волновод, который образуетс заполнением скважины жидкостью . Боек ГМ с заданной частотой генерирует серию волн. Это вызывает смещение в направлении забо столба воды. Перед воздействием ударными волнами на столб жидкости воздействуют статическим давлением , превышающим поровое давление в разуплотн емых породах не менее чем в 1,5 раза. Амплитуду в ударной волне выбирают равной или больше напр жени сжати -раст жени . Длительность волны устанавливают соизмеримой с мощностью пласта, но не меньше заданной длины трещин. Поперечное сечение жидкостного волновода измен ют в направлении к забою в соответствии с расчетной зависимостью. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. Ё XJ О 00 ю ONThe invention relates to mining and m. used for mining minerals through wells. The purpose of the invention is to increase the permeability of rock rocks while reducing energy consumption by providing dilatant deformation and decomposition of the array in the mode of uneven loading in macromam. The installation is a complex consisting of an excavator, a wave radiator (VI) and a hydraulic hammer (GM). In this case, the VI consists of two conical shells — a reflector of waves and a wave concentrator, which are connected by flanges. A movable support is attached to the lower part of the VI, which is connected by a pipe to the pressure line of a high-pressure water unit. The well is filled with water. The latter rises, acts on a waveguide that raises the head of the GM. Under the action of the pressure of the liquid, the head rushes down and strikes the end face of the VI. Cuddled against a column of water, the GM creates a shock wave of compression. Lastly, reaching the conical surface of the reflector of the waves, is reflected along the axis of the well and passes through an HI wave concentrator into the fluid waveguide, which is formed by filling the well with liquid. A GM head with a given frequency generates a series of waves. This causes a shift towards the intake of a water column. Before impact by shock waves, a column of fluid is affected by a static pressure exceeding the pore pressure in the compacted rocks by no less than 1.5 times. The amplitude in the shock wave is chosen to be equal to or greater than the compressive stress — the age of the bride. The wave duration is set commensurate with the thickness of the reservoir, but not less than a specified length of cracks. The cross section of the liquid waveguide is changed in the direction of the face according to the calculated dependence. 2 sec. f-ly, 2 ill. YO XJ O 00 th ON

Description

Изобретение относитс к горному делу и может быть использовано дл добычи полезных ископаемых через скважины, в том чиспе металлов, марганца, серы соли, угл , нефти.The invention relates to mining and can be used for the extraction of minerals through wells, including metals, manganese, sulfur, salt, coal, and oil.

Цель изобретени - увеличение проницаемости скальных горных пород при одновременном снижении энергозатрат путем обеспечени дилатантной деформации и разуплотнени массива в режиме нераоно- мерного нагружени в макрообьемах.The purpose of the invention is to increase the permeability of rock rocks while reducing energy consumption by providing dilatant deformation and loosening of the massif in the mode of non-dimensional loading in macrobunches.

На фиг, 1 представлена обща компоновочна схема установки по предлагаемому способу; на фиг. 2 - излучатель волнFig. 1 shows the general layout of the plant according to the proposed method; in fig. 2 - wave emitter

Установка представл ет собой комплекс , состо щий из экскаватора 1, волнового излучател 2, гидромолота 3 и цементировочного агрегата ЦА-320МЕ4. На руко ти экскаватора вместо сн того ковша устанавливаетс генератор войн, состо щий из гидромолота 3, подключенного к гидравлической системе экскаватора и соединенного в нижней части посредством фланцев с излучателем 2. The installation is a complex consisting of an excavator 1, a wave radiator 2, a hydraulic hammer 3 and a cementing unit CA-320ME4. A generator of wars is installed on the arm of the excavator instead of the bottom bucket, consisting of a hydraulic hammer 3 connected to the hydraulic system of the excavator and connected in the lower part by means of flanges to the radiator 2.

Излучатель волн представл ет собой два конических корпуса, один из которых - отражатель 4 волн - рассчитываетс из услови акустического согласовани волноводов , а другой - концентратор 5 волн - строитс из услови уменьшени сечени по экспоненте. Корпусы соединены фланцами . К нижней части излучател крепитс подвижна опора 6.The wave emitter consists of two conical shells, one of which, the 4 wave reflector, is calculated from the acoustic matching condition of the waveguides, and the other, the wave concentrator 5, is constructed from the condition that the cross section decreases exponentially. Housings are connected by flanges. A movable support 6 is attached to the lower part of the radiator.

Верхн часть опоры представл ет собой сферу, необходимую дл обеспечени соосности при монтаже установки на скважину . К патрубку подвижной опоры крепитс присоединительный патрубок 7, соединенный с напорной магистралью 8 агрегата высокого давлени воды. После подключени к присоединительному патрубку напорной магистрали высокого давлени воды через обратный клапан подают воду под давлением 3 102 кН/м , в количестве. обеспечивающем заполнение скважины до перелива.The upper part of the support is an area necessary to ensure alignment when installing the unit on the well. A connecting nozzle 7 is attached to the nozzle of the movable support, which is connected to the pressure line 8 of the high-pressure water unit. After connecting to the connecting pipe of the high-pressure water pressure line, a water is fed through the non-return valve at a pressure of 3,102 kN / m, in quantity. providing well filling before overflow.

После заполнени скважины и излучател вода поднимаетс и воздействует на волновод, который поднимает боек 9 гидро- молотадо сопр жени с клапаном 10. После этого боек 9 под действием давлени жидкости , которое поддерживаетс газовым аккумул тором через клапан 10, устремл етс вниз и наносит удар по торцу излучател Затем клапан снова набегает на головку бойка, и далее цикл повтор етс .After filling the well and the radiator, the water rises and acts on the waveguide, which raises the hammer 9 of the mating hammer with the valve 10. Thereafter, the hammer 9 under the action of fluid pressure, which is maintained by the gas accumulator through the valve 10, rushes down and strikes the end of the radiator. Then the valve again runs over the head of the striker, and then the cycle repeats.

Гидромолот 3, будучи прижатым к столбу воды, создает ударную волну сжати , котора , достига конической поверхности корпуса отражател л волн, отражаетс вдоль оси скважины и, проход через концентратор 5 волн, излучаетс в жидкостный волновод, который образуетс заполнением скважины жидкостьюHydraulic hammer 3, being pressed to a water column, creates a shock compression wave, which, reaching the conical surface of the reflector body, reflects along the axis of the well and, passing through the concentrator 5 waves, is emitted into the fluid waveguide, which is formed by filling the well with liquid

При работе установки волновод посто нно прижат к столбу воды, а боек 9 с заданной частотой генерирует серию волн, что вызывает смещение в направлении забо столба воды, сообща ему заданное количество движени .When the installation is in operation, the waveguide is constantly pressed to the water column, and the firing pin 9 generates a series of waves with a given frequency, which causes a displacement in the direction of the water column reception, together with a given amount of movement.

Процесс разуплотнени по предпагае- мому способу осуществл етс следующим образом.The decomposition process according to the predicted method is carried out as follows.

До нагружени разуплотн емого массива волнами сжати пористое пространство горной породы насыщаетс жидкостью. Дл этого в скважину нагнетаетс жидкостьPrior to loading the decomposed massif with waves of compression, the pore space of the rock is saturated with liquid. For this, a fluid is injected into the well.

под давлением, превышающим поровое не менее чем в 1.5 раза, в расчете на то, чтобы компенсировать горное давление, вытесн ющее жидкость из пор в направлении к скважине, а также сопротивление направленному движению жидкости в порах и в конечном счете, обеспечить перемещение жидкости по порам и трещинам от скважины в массив.under pressure not less than 1.5 times the pore, calculated to compensate for rock pressure, displacing the fluid from the pores in the direction of the well, as well as resistance to the directional movement of fluid in the pores and ultimately to ensure the fluid moves along the pores and cracks from the well into the array.

После того, как в скважине устанавливаетс оговоренное статическое давление, по столбу жидкости, сжатому этим статическим давлением, подаютс с поверхности волны сжати с амплитудой давлени , больше или равной напр жению сжати - раст жени вAfter the specified static pressure is established in the well, the liquid column compressed by this static pressure is supplied from the surface of the compression wave with a pressure amplitude greater than or equal to the compression – tension stress in

плоскости пласта, обеспечивающего дила- тантную деформацию и разуплотнение массива в режиме неравномерного нагружени в макрообъемах,обусловленного разностью горных давлений на нижних и верхних-поверхност х участка массива, охваченного полной, и неравномерности в макрообъемах , обусловленной разностью поровых давлений из-за неодинакового размера пор и структурно-акустической неоднородностиthe reservoir plane, which provides for dilatant deformation and expansion of the massif in the non-uniform loading mode in the macrovolumes, due to the difference in rock pressures on the lower and upper surfaces of the array section, covered by the full, and non-uniformity in the macrovolumes, due to the difference in pore pressure due to the uneven pore size and structural acoustic inhomogeneity

массива.array.

Длину волны выбирают близкой к мощ« . иости пласта, но не больше этой мощности,The wavelength is chosen close to the power. " formations, but not more than this capacity,

с целью снижени потерь энергии волны наin order to reduce the energy loss of the wave by

рассе ние за пределами пласта. При малыхoffshore scattering. When small

мощност х пласта длину волны ограничивают по минимальной величине - она должна быть не меньше длин трещин, образовавшихс в массиве, так как через такие трещи- ны волна малой амплитуды не будетThe thickness of the reservoir is limited by the minimum value — it must be not less than the length of the cracks formed in the massif, since through such cracks there will be no small amplitude wave

распростран тьс . Длину волны задают в генераторе.to spread. The wavelength is set in the generator.

Процесс разуплотнени массива происходит путем дилатантной деформации - деформации сдвигом по гран м кристалловThe process of array decomposition occurs through dilatant deformation — deformation by shear over crystal faces.

или блокам кристаллов. В результате такой сдвиговой деформации массив покрываетс оавномерной сеткой трещин, а существующие трещины и поры увеличиваютс в размере Объем разуплотненной часги массиваor blocks of crystals. As a result of this shear deformation, the massif is covered with an even-dimensional grid of cracks, and the existing cracks and pores increase in size. The volume of the disassembled mass of the fracture

0 при этом увеличиваетс на 1-2% за счет упругого сжати близлежащего массива.0 at the same time increases by 1-2% due to the elastic compression of the nearby array.

Необходимым условием дилатантного разуплотнени вл етс наличие неравно- 5 мерного нагружени участка массива, охваченного волной в каждый момент времени, в частности, наличие раст гивающих напр жений, обусловленных этой неравномерностью в микро- и макрообъемах разуплотн емого массива.A prerequisite for dilatant expansion is the presence of unequal loading of the portion of the array covered by the wave at each point in time, in particular, the presence of tensile stresses caused by this unevenness in the micro- and macro-volumes of the decomposed array.

Процесс дилатантного разуплотнени происходит при величинах напр жени , на пор док более низких, чем промесс традиционного дроблени оаздавливанирм В ча сгности, при наличии рэст гир ос1м. напр жений величиной цо 5 МПа в грзм пь дл дилатантного сдвига крист лов ,о гра н м достаточно напр жени ежа и ч пре делах 1-5 МПа, приложенного в поскости перпендикул рной направтению рэст ги- вающего напр жени .The process of dilatant decompression occurs at voltage levels that are by an order of magnitude lower than that of conventional crushing in a pressurized manner, in the presence of estrus pressure. strains of magnitude 5 0 MPa in gm dp for the dilatant shear of crystals, the hedgehog voltage is sufficient for the faces and the range of 1–5 MPa applied in perpendicular direction of the stress relieving stress.

Процесс разуплотнени контролируют с повархности по приемистости скважин поглощению жидкости при нагнетании ее в скважину Если в начале приемистость обычно составл ет 0-5 м /ч при давлении нагнетани 3-5 МПа дл монолитных пород, то в процессе воздействи волнами на мае сив она постепенно увеличиваетс и достигает 7-8 м /ч и более в зависимости от технологических требований Необходимое дл этого врем составл ет несколько часовThe decompaction process is controlled by the injectivity of wells to absorb the liquid when it is pumped into the well. If at the beginning the injectivity is usually 0-5 m / h with a discharge pressure of 3-5 MPa for monolithic rocks, it gradually increases during wave action and reaches 7-8 m / h or more, depending on the technological requirements. The time required for this is several hours.

Количество движени участка жидкост ного волновода в скважине, охваченного волной в зоне рудного тела, поворачиваетс вдоль разуплотн емого пласта путем акустического согласовани жидкостного волновода с массивом Дл этого используют конические согласователи из металла ити осуществл ют специальную разделку скважины , обеспечивающие акустическое согласование волноводов и повгрот количества движени волны в направлении разуплотн емого пластаThe amount of movement of the liquid waveguide section in the well, covered by the wave in the ore body zone, is rotated along the decompacted formation by acoustic matching of the liquid waveguide with the mass. For this, conical matching of metal ity is used to perform special matching of the waveguide and the movement amount waves in the direction of the decompressed formation

Claims

Claim 1 Method of increasing the permeability of rocks at the place of occurrence includes opening the mineral fossil well and delivering fluid to the well and the impact of shock waves with them moving through the fluid waveguide in the well and then turning the wave from the reflector into the formation different in that the purpose of increasing the permeability of rock rocks while reducing energy consumption by providing dilatant deformation and loosening of the massif in the mode of uneven chagru Before impacting the impact of a column of liquid 9, the wells are subjected to static pressure, which exceeds the pore pressure in the rock formation by more than 1.5 times, and the amplitude in the shock wave is chosen to be equal to or high compressive stress for flow by dilatanty strain in the reservoir, because this wavelength set commensurate with

reservoir capacity but not less than the specified length of the pipeline formed in the array

I-t-a-l

the reservoir capacity of the mineral I I wash / TA

bath l

wavelength wolf speed wavelength. - the increase in the length of the crack in the course of one wave passage, the number of passages of the monks in order to provide the calculated crack length, the cross section of the liquid waveguide in the direction to the face of the wave radiation being changed in accordance with

Well G W t / L-i E m m / Ezh0 ZAO

where rzho ajo nachapnye (at the approach to the bottom of the well), respectively, the density

LIQUIDS AND WAVE SPEED IN LIQUID,

Razh Rzh, respectively, the liquid flow rate of the velocity of ashes in the liquid and the current value of the cross section of the liquid appli cation at the wavelength,

RM, am FM, respectively, the density of the array, the wave velocity in it, the cross section / part of the mass of the wave covered by the wave 3 of each section at the wavelength from the well bottom

2 Ustrois) in order to increase the permeability of rocks at the place of bedding, including a acoustic reflector of a conic shape with a tip in the upper part, connected to a generator of force waves with a wave conienter and away from the hotel of waves on RSG. The horse communicated with the waveguide is characterized by the fact that, in order to increase the permeability of rocks while reducing Energy costs by providing dilatant deformation and expansion of the array in the mode of uneven loading in the macrovolumes, the wave concentrator and the wave reflector are made in the form of truncated cones, hermetically connected between their large bases, and equipped with a hydraulic hammer, passed through the smaller base of the wave concentrator with the possibility of a fei of reciprocating motion and with the valve and the striker and the sleeve high pressure water thus formed waves reflector section with a decreasing exponentially section waveguide emitter formed with a cross section of a decreasing function

UO

-. lfjiLi L-1 a F AID auo

where D | 0, auo is, respectively, the density of the material of the radiator, the wave velocity in the material of the radiator in zero section,

PU, au, FU - respectively, the same parameters of the radiator in the current cross sections of the radiator;

RJ, as much, RJ - respectively, the density of the waveguide fluid, the wave velocity in the liquid waveguide and the reduced section of the fluid waveguide along the length of the radiator, and the acoustic reflector has a height not less than the wavelength

Fig 2

YU