способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах
Классы МПК: | E21B33/13 способы или устройства для цементирования щелей или подбурочных скважин, трещин или тп E02D19/16 введением или наложением уплотняющих веществ E02D19/18 с использованием водонепроницаемых перемычек |
Автор(ы): | Пережилов Алексей Егорович[RU], Ждамиров Виктор Михайлович[RU], Пережилов Дмитрий Алексеевич[RU], Лушникова Оксана Юрьевна[RU], Кожа Йозеф[CS], Авдеев Андрей Федорович[RU], Лушников Лев Львович[RU], Шифрина Альфия Саматовна[RU] |
Патентообладатель(и): | Пережилов Алексей Егорович (RU), Ждамиров Виктор Михайлович (RU), Пережилов Дмитрий Алексеевич (RU), Лушникова Оксана Юрьевна (RU), Кожа Йозеф (CS), Авдеев Андрей Федорович (RU), Лушников Лев Львович (RU), Шифрина Альфия Саматовна (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-11-22 публикация патента:
10.04.1997 |
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано, в частности, для ограничения притока воды из водоносных горизонтов на рабочий горизонт карьера и создания нормальных условий разработки полезного ископаемого. Способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах предусматривает бурение наклонно-направленных скважин с участками "горизонтальных" стволов в толще водоносного горизонта, нагнетание тампонажного раствора в массив обводненных горных пород через стенки скважин до получения сплошной завесы по всей мощности водоносного горизонта по периметру карьера. В процессе выполнения тампонажных работ ведут контроль за смыканием отдельных затампонированных участков в единую целую тампонажную завесу, позволяющую отвести водоприток за контуры горной выработки. Завесу формируют заходками, при этом образование последующей заходки осуществляют после отверждения предыдущей. 13 з.п. ф-лы.
Формула изобретения
1. Способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах, включающий бурение скважин с поверхности земли, обсадку их трубами, нагнетание тампонажного раствора в массив обводненных горных пород через стенки скважины, непрерывную регистрацию давления на устье скважины и расхода тампонажного раствора, отличающийся тем, что в толще водоносного горизонта бурят участки горизонтальных стволов наклонно-направленных скважин простого или сложного, например синусоидального, профиля, формируют тампонажную завесу заходками, при этом образование тампонажной завесы последующей заходки осуществляют после отверждения тампонажного раствора предыдущей заходки, а тампонажные работы выполняют поэтапно. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первоначально формируют тампонажные завесы через скважины с четными номерами, а затем через скважины с нечетными номерами или наоборот. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что из общего ствола наклонно-направленной скважины бурят по меньшей мере ее две ветви участков горизонтальных стволов, при этом формирование тампонажной завесы осуществляют через одну из ветвей на начальном этапе тампонажных работ, через другую ветвь на промежуточном этапе этих работ, а тампонажную завесу в толще водоносного горизонта, охваченной общим стволом наклонно-направленной скважины, на конечном этапе тампонажных работ. 4. Способ по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что участки горизонтальных стволов наклонно-направленных скважин простого профиля бурят при мощности водоносного горизонта не более 15 м, а при превышении указанной величины мощности бурят из общего ствола наклонно-направленной скважины по меньшей мере ее две ветви участков горизонтальных стволов по одному и тому же азимуту. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что водоносный горизонт делят условно на подгоризонты, на каждом из которых бурят участок горизонтального ствола наклонно-направленной скважины, при этом тампонажные завесы формируют вначале на четных подгоризонтах, а затем на нечетных или наоборот. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование тампонажной завесы выполняют заходками либо от участка набора угла наклона пробуренной на всю длину скважины к ее забою, либо от забоя к участку набора угла наклона пробуренной на всю длину скважины. 7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что формирование тампонажной завесы заходками от участка набора угла наклона скважины к забою осуществляют по мере продвигания забоя скважины, при этом между заходками оставляют промежутки, тампонаж которых производят от забоя к участку набора угла наклона скважины после бурения ее на всю длину. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в толще водоносного горизонта мощностью более 15 м бурят участки горизонтальных стволов наклонно-направленных скважин сложного профиля. 9. Способ по пп. 3 и 8, отличающийся тем, что в толще водоносного горизонта мощностью более 15 м бурят из общего ствола наклонно-направленной скважины по меньшей мере две ветви участков горизонтальных стволов сложного профиля по одному и тому же азимуту со сдвигом фаз по амплитуде вплоть до 90o. 10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе тампонажных работ определяют поглотительную способность скважин, контроль за качеством формирования тампонажной завесы осуществляют по величине коэффициентов поглотительной способности отдельных затомпонированных участков скважин, а смыкание отдельных участков тампонажной завесы устанавливают по условию превышения значений коэффициентов поглотительной способности участков скважин, затампонированных на начальном и промежуточном этапах тампонажных работ под значением коэффициентов поглотительной способности участков скважин, затампонированных на конечном этапе тампонажных работkmij> k
![способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах, патент № 2076923](/images/patents/396/2076107/957.gif)
![способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах, патент № 2076923](/images/patents/396/2076923/2076923-4t.gif)
где Kij коэффициент поглотительной способности, м3/МПа
![способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах, патент № 2076923](/images/patents/396/2076001/183.gif)
qij расход j-й порции тампонажного раствора, нагнетаемого в i-й участок скважины, м3/с;
Pij давление на устье i-го участка скважины при нагнетании j-й порции тампонажного раствора, МПа;
tij время нагнетания j-й порции тампонажного раствора в i-й участок скважины, с;
m номера скважин, тампонируемых на начальном и промежуточном этапах тампонажных работ;
![способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах, патент № 2076923](/images/patents/396/2076107/957.gif)
![способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах, патент № 2076923](/images/patents/396/2076923/2076923-5t.gif)
где Gm,
![способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах, патент № 2076923](/images/patents/396/2076202/951.gif)
![способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах, патент № 2076923](/images/patents/396/2076107/957.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано, в частности, для ограничения притока воды из водоносного горизонта на рабочий горизонт карьера и создания нормальных условий разработки полезного ископаемого. Известен способ изоляции трещиноватых горных пород водоносных горизонтов вокруг строящихся стволов шахт, предусматривающий бурение скважин с поверхности земли и тампонирование проницаемого горизонта и водоносных горизонтов снизу вверх тампонирующим раствором под давлением (1). Однако данный способ не может быть применен на открытых горных работах как с точки зрения огромных экономических затрат, так и технической неосуществимости из-за непрерывной подвижки бортов карьеров в процессе эксплуатации месторождения. Известен также способ изоляции притока пластовых вод в эксплуатационных скважинах, включающий задавливание в водоносный пласт питательной среды, а после необходимых изменений питательной среды в водоносном пласте задавливание туда же мочевиноформальдегидной смолы, объем которой рассчитывают исходя из мощности пласта и необходимого радиуса водоизолирующего экрана. При этом контроль за временем отверждения смолы производят по изменению проницаемости скважины (2). Недостатком данного способа является то, что он применим только тогда, когда воды водоносного пласта неподвижны, в противном случае питательная среда, которая определенное время должна бродить, легко уносится потоками воды, а смола без продуктов разложения питательной среды не переходит в твердое состояние, следовательно, не создает водоизолирующего экрана. Из уровня техники известен также способ создания изолирующего экрана, основанный на принципе замораживания горных пород. Для осуществления способа бурят вертикальные скважины с поверхности земли, скважины обсаживают соосными требами, по которым циркулирует хладагент. Циркуляция хладагента осуществляется насосами, которые соединены с обсадными трубами (замораживающими колонками) системой труб (3). Однако данный способ применим только для замораживания сравнительно небольших объемов массива горных пород и сравнительно непродолжительное время, иначе он становится просто экономически невыгоден. Наиболее близким к заявленному техническому решению по сущности и достигаемому результату при применении является способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах, включающий бурение скважин с поверхности земли, обсадку их трубами, нагнетание тампонажного раствора в массив обводненных горных пород через стенки скважины, непрерывную регистрацию давления на устье скважины и расхода тампонажного раствора (4). Недостатками способа является то, что он предусматривает применение вертикальных скважин и создание тампонажной завесы только вокруг этой скважины. В данном случае не рассматриваются вопросы контроля за качеством формирования тампонажной завесы из отдельных участков путем их смыкания. Кроме того, способ просто неприменим из технико-экономической точки зрения для ограничения притока подземных вод на нижние горизонты глубоких карьеров и разрезов. Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка экономически доступного и технически осуществимого способа формирования тампонажной завесы. Техническим результатом такого способа должно быть уменьшение вероятности попадания подземных вод на нижние горизонты карьеров или разрезов, в том числе глубокого заложения. Поставленная задача решается тем, что в известном (4) техническом решении, принятом в качестве прототипа, в толще водоносного горизонта бурят участки "горизонтальных" стволов наклонно-направленных скважин простого (прямого) или сложного (с периодически изменяющимся углом наклона относительно общего направления бурения) профиля, формируют тампонажную завесу заходками, при этом образование тампонажной завесы последующей заходки осуществляют после отверждения тампонажного раствора предыдущей заходки. Кроме того, тампонажные работы ведут поэтапно: одни участки ствола тампонируют на начальном этапе тампонажных работ, другие на промежуточном, третьи на конечном этапе работ. Если пробурены несколько отстоящих друг от друга скважин, то формирование тампонажной завесы осуществляют в первую очередь через скважины, пропуская смежные, а во вторую очередь через пропущенные скважины. Из общего ствола наклонно-направленной скважины может быть пробурена одна или несколько ветвей участков "горизонтальных" стволов, причем как в одном азимутальном направлении, так и в противоположном ему, притом это относится к стволам и простого, и сложного профиля. Встречные ветви смежных стволов скважины как бы полностью перекрывают участок водоносного горизонта между этими скважинами и обеспечивают смыкание тампонажной завесы. Формирование тампонажной завесы в данном случае ведут поэтапно. На начальном этапе, если, например, по данному азимуту предусмотрена только одна ветвь участка "горизонтального" ствола, то на этом этапе тампонажные работы производят через какую-нибудь одну ветвь, а на промежуточном этапе через другую. А вот тампонажные работы в толще водоносного горизонта, охваченного общим стволом наклонно-направленной скважины, всегда выполняют на конечном этапе тампонажных работ. Если водоносный горизонт условно разделен по мощности на несколько подгоризонтов, то каждый подгоризонт снабжают участком "горизонтального" ствола, пробуренного из общего ствола наклонно-направленной скважины. В этом случае тампонажные работы на начальном этапе ведут через скважины четных подгоризонтов, а на промежуточном через скважины нечетных подгоризонтов или наоборот, а толщу водоносного горизонта, охваченную общим стволом наклонно-направленной скважины, опять-таки затампонируют на конечном этапе тампонажных работ. Деление водоносного горизонта на подгоризонты осуществляют, если его мощность не менее 15 м. Тампонажные работы могут вестись как в прямом направлении, т.е. от участка набора угла наклона скважины к ее забою, так и в обратном направлении, т.е. от забоя к участку набора угла наклона скважины. В обратном направлении формирование тампонажной завесы осуществляют заходками, причем последующая заходка, где ведутся тампонажные работы, контактирует с предыдущей заходкой. А вот при прямом направлении последовательность работ несколько другая. Во-первых, тампонажные работы выполняют по мере продвигания забоя, во-вторых, между предыдущей и последующей заходками составляют незатампонированную заходку. Незатампонированные заходки тампонируют в обратном направлении, после того как скважина пробурена на всю длину. Если водоносные горизонты залегают близко к поверхности земли, то бурят Х-образные наклонно-направленные скважины с участками "горизонтальных" стволов в толще водоносного горизонта, при этом траекторию осей этих скважин определяют из условий необходимости размещения точки пересечения их проекции на вертикальную плоскость в толще водоносного горизонта. Данный способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах предусматривает изменение трещиноватости отдельных зон водоносного горизонта при необходимости путем использования в этих зонах энергии взрыва зарядов взрывчатых веществ. При выполнении тампонажных работ согласно изобретению контролируют качество формирования тампонажной завесы, для чего определяют поглотительную способность скважин. Смыкание отдельных участков тампонажной завесы контролируют, если контроль за качеством показывает, что значения коэффициентов поглотительной способности участков скважин, затампонированных на начальном и промежуточном этапах тампонажных работ выше значений коэффициентов поглотительной способности участков скважин, затампонированных на конечном этапе тампонажных работ:![способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах, патент № 2076923](/images/patents/396/2076923/2076923t.gif)
где kij коэффициент поглотительной способности, м3/МПа
![способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах, патент № 2076923](/images/patents/396/2076001/183.gif)
qij расход j-й порции тампонажного раствора, нагнетаемого в i-й участок скважины, м3/с;
Pij давление на устье j-го участка скважины при нагнетании i-й порции тампонажного раствора, МПа;
tij время нагнетания j-й порции тампонажного раствора в i-й участок скважины, с;
m номера скважин, тампонируемых на начальном и промежуточном этапах тампонажных работ;
![способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах, патент № 2076923](/images/patents/396/2076107/957.gif)
![способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах, патент № 2076923](/images/patents/396/2076923/2076923-2t.gif)
![способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах, патент № 2076923](/images/patents/396/2076923/2076923-3t.gif)
где Gm,
![способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах, патент № 2076923](/images/patents/396/2076202/951.gif)
![способ формирования тампонажной завесы в обводненных горных породах, патент № 2076923](/images/patents/396/2076107/957.gif)
Класс E21B33/13 способы или устройства для цементирования щелей или подбурочных скважин, трещин или тп
Класс E02D19/16 введением или наложением уплотняющих веществ
Класс E02D19/18 с использованием водонепроницаемых перемычек