способ воздействия на вулканическую систему
Классы МПК: | G01V9/00 Разведка или обнаружение способами, не отнесенными к группам 1/00 G01V11/00 Разведка или обнаружение с использованием комбинированных способов, представляющих собой сочетание двух и более способов, отнесенных к группам 1/00 |
Автор(ы): | Спиридович Е.А., Груздев А.М., Марченко Г.М. |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский и проектный институт "Севернипигаз", Всероссийский нефтяной научно-исследовательский геологоразведочный институт |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-10-09 публикация патента:
10.12.1997 |
Использование: для предохранения на длительное время от разрушения взрывом пробки, перекрывающей вулканический канал, и предотвращения извержения вулкана. Сущность изобретения: с помощью комплекса геофизических исследований, используя параметрические скважины, устанавливают пространственное положение газонасыщенной под пробкой части вулканического канала, пробуривают специальные регулировочные скважины, забои которых по искусственной трещиноватости сообщают с газонасыщенной частью вулканического канала, производят регулируемый выпуск газа через скважины, сохраняют энергию и давление сжатого под пробкой газа на таком уровне, чтобы избежать разрушение вулканической пробки или кровли вулкана, сохранить на неограниченное время равновесное состояние в вулканическом канале и магматическом очаге. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Способ воздействия на вулканическую систему, включающий исследования вулкана геофизическими методами, бурение скважин, создание искусственной трещиноватости, регулирование вулканического процесса, отличающийся тем, что используя спокойное межэруптивное состояние вулкана в интервале времени, когда энергии и давления газа под вулканической пробкой еще далеко недостаточны для разрушения и выброса перекрывающих выводной канал образований, геофизические исследования проводят с использованием специально пробуриваемых в пределах вулканического конуса или по его периметру параметрических скважин сейсмическими методами, в том числе и межскважинными исследованиями, скважинной гравиометрией в комплексе с другими геофизическими исследованиями, проводимыми на поверхности и в параметрических скважинах, определяют положение газонаполненной под пробкой части вулканического канала, принимают решение о целесообразности воздействия на вулканическую систему, пробуривают не менее двух регулировочных скважин, сообщают забои регулировочных скважин с газонасыщенной зоной искусственной трещиноватости, либо добуривают уменьшенным диаметром до вскрытия газового местоскопления автономными снарядами или снарядами на шлангокабеле, спускают подземное и устанавливают устьевое оборудование, вызывают приток газа, оценивают давление, температуру, химический состав вулканического газа, проводят газодинамические исследования с противодавлением на устье и пробную эксплуатацию, уточняют энергию газа под пробкой и газогенерирующие способности вулканической системы, подбирают режим работы скважин, при котором суммарный дебит газа был бы примерно равен его поступлению из магматического расплава в полость под вулканическую пробку, проводят длительную эксплуатацию регулировочных скважин с оптимальным, корректируемым по результатам периодически повторяемых исследований режимом отбора вулканического газа, поддерживают постоянными на гарантированном безопасном докритическом уровне энергии и давления газа под вулканической пробкой, причем выпуск газа из вулканического канала по регулировочным скважинам ведут под постоянным наблюдением за деформацией земной поверхности в пределах вулканической постройки с помощью наклонометрии, точного нивелирования и других способов и по минимизации деформаций подтверждают равновесное состояние вулканической системы.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к способам воздействия на естественные процессы и явления и может быть использовано для предотвращения взрывного извержения вулкана центрального типа и попутного получения геотермальной энергии. Известен способ предотвращения динамических и газодинамических явлений в массиве горных пород, включающий бурение скважины в массиве горных пород, создание из скважины в массиве горных пород ориентированной разгрузочной полости для образования зоны разгрузки, герметизацию скважины и воздействие на физико-механические свойства массива горных пород [1] Недостатком данного способа является то, что они применяются для введения горных работ только при разработке угольных и соляных месторождений. Известен способ глушения открытых газовых и нефтяных фонтанов, включающий бурение направленных скважин, сообщение их стволов с помощью гидроразрыва с фонтанирующей скважиной, закачку воды и глинистого раствора через направленные скважины в аварийный ствол для повышения забойного давления и прекращения фонтанирования или временного отвода части газа на поверхность [2] Недостатком способа является то, что он применим, как крайнее средство для борьбы с наиболее тяжелыми авариями только на газовых и нефтяных месторождениях. Известен способ предупреждения извержения вулкана путем отбора тепла от периферийных очагов действующих вулканов, например Эльбруса и Авачинского, в количестве более 500 МВт, превышающем среднюю скорость накопления в них тепловой энергии [3] Отбор тепла предполагают производить путем создания искусственной трещиноватости в экзаконтактовой зоне магматических очагов действующих вулканов и извлечения энергии из нее с помощью закачки и вывода воды по скважинам. Недостатком способа является вероятность разрушения вулканической пробки или кровли вулкана за счет энергии и давления газов, выделяющихся при кристаллизации магматического расплава в результате интенсивного отбора тепла при сохранении постоянной температуры (ретроградное повышение давления). Кроме того, для полной компенсации тепловой энергии вулкана по этому предложению необходимо было бы на каждом объекте сооружение и длительное поддержание в рабочем состоянии примерно 50 скважин, при приемистости одной нагнетательной скважины 500 м3/сут и сложная система поверхностных коммуникаций. Вышеприведенный способ предупреждения извержения вулканов взят в качестве прототипа. Задачей изобретения является предупреждение от разрушения вулканической пробки или кровли вулкана за счет энергии скапливающегося под ней в вулканическом канале газа и последующего за резким открытием вулканической системы катастрофического взрывного извержения. Поставленная задача решается тем, что в способе воздействия на вулканическую систему, включающем исследование вулкана геофизическими методами, бурение скважин, создание искусственной трещиноватости, регулирование вулканического процесса, при этом используют спокойное межэруптивное состояние вулкана в интервале времени, когда энергии и давления газа под вулканической пробкой еще далеко недостаточно для разрушения и выброса перекрывающих выводной канал образований, геофизические исследования проводят с использованием специальных пробуриваемых в пределах вулканического или по его периметру параметрических скважин сейсмическими методами в том числе и межскважинными исследованиями, скважинной гравиметрией в комплексе с другими геофизическими исследованиями, приводимыми на поверхности и в параметрических скважинах, определяют положение газонасыщенной под пробкой части вулканического канала, принимают решение о целесообразности воздействия на вулканическую систему, пробуривают не менее двух регулировочных скважин, сообщают забои регулировочных скважин с газонасыщенной зоной искусственной трещиноватости либо добуривают уменьшенным диаметром до вскрытия газового местоскопления автономными снарядами или снарядами на шлангокабеле, спускают подземное и устанавливают устьевое оборудование, вызывают приток газа, оценивают давление, температуру, химический состав вулканического газа, проводят газодинамические исследования с противодавлением на устье и пробную эксплуатацию, уточняют энергию газа под пробкой и газогенерирующие способности вулканической системы, подбирают режим работы скважин, при котором суммарный дебит газа был бы примерно равен его поступлению из магматического расплава в полость под вулканическую пробку, проводят длительную эксплуатацию регулировочных скважин с оптимальным, корректируемым по результатам периодически повторяемых исследований режимов отбора вулканического газа, поддерживают постоянными на гарантированном безопасном докритическом уровне энергию и давление газа под вулканической пробкой, причем выпуск газа из вулканического канала по регулировочным скважинам ведут под постоянным наблюдением за деформацией земной поверхности в пределах вулканической постройки путем наклонометрии, точного нивелирования и других известных способов, по минимизации деформации подвергают равновесное состояние вулканической системы. Существенными отличиями заявленного технического решения являются следующие:проводят геофизические исследования с помощью специально пробуренных скважин сейсмическими методами, в том числе и межскважинными исследованиями, скважинной гравиометрией в комплексе с другими геофизическими исследованиями, проводимыми на поверхности и в параметрических скважинах;
определяют положение газонаполненной под пробкой части вулканического и принимают решение о целесообразности воздействия на вулканическую систему;
бурят не менее двух регулировочных скважин, сообщают забои регулировочных скважин с газонасыщенной зоной искусственной трещиноватостью либо добуривают уменьшенным диаметром до вскрытия газового местоскопления;
устанавливают подземное и наземное оборудование, вызывают приток газа, оценивают давление, температуру, химический состав вулканического газа, проводят газодинамические исследования с противодавлением на устье и пробную эксплуатацию, уточняют энергию газа под пробкой и газогенерирующие способности вулканической системы:
подбирают режим работы скважин, при котором суммарный дебит газа был бы примерно равен его поступлению из магматического расплава в полость под вулканическую пробку, проводят длительную эксплуатацию регулировочных скважин с оптимальным, корректированным по результатам периодически повторяемых исследований режимом отбора вулканического газа, поддерживают постоянными на гарантированном безопасном докритическом уровне энергию и давление газа под вулканической пробкой, причем выпуск газа из вулканического канала по регулировочным скважинам ведут под постоянным наблюдением за деформацией земной поверхности в пределах вулканической постройки, с помощью наклонометрии, точного нивелирования и других способов и по минимизации деформации подтверждают равновесное состояние вулканической системы. Приведенные существенные отличия неизвестны нам из патентной и научно-технической информации и в совокупности с известными позволяют решить задачу, поставленную изобретением, и позволяют сделать вывод, что изобретение является "Новым". Заявленный способ позволяет сделать заключение, что совокупность существенных признаков подпадает под критерий "Изобретательский уровень". Что касается промышленной применимости, то заявленный способ может быть осуществим, так как создано оборудование, позволяющее реализовать способ на действующих вулканических территориях. На фиг.1 показан профиль через вулкан центрального типа с предлагаемыми параметрическими и регулировочными скважинами; на фиг.2 схема выбора оптимального режима регулирования (выпуск вулканического газа). Способ включает следующие операции. Используя данные тефрологических исследований, наблюдения за вулканической деятельностью в исторические время, восстанавливает хронологию и периодичность вулканических извержений, дают прогноз вероятного времени и степени эксплозивности очередного извержения вулкана центрального типа при естественном течении процесса. Создают первое приближение геолого-геофизической модели вулкана, оценивают положение вулканического канала 1 (фиг.1), промежуточного /периферического/ магматического очага 2. Если имеется уверенность, что вулкан в межэруптивном состоянии (сольфатерной фазе развития) в стадии медленных упругих деформаций вулканической постройки 3, а значит в интервале времени, когда энергия газа 4, скопившегося в вулканическом канале под вулканической (жерловой) пробкой 5, еще явно недостаточна для совершения работы разрушения и выброса перекрывающих выводной канал образований /вулканической пробки 5 и /или/ кровли вулкана 6/, а давление заведомо меньше, чем необходимо было бы для преодоления прочности пород и литостатической нагрузки, то принимают решение о проведении детализационных геофизических работ. Критические значения массы и энергии накапливающегося в вулканическом канале 1 газа 4 предварительно оценивают по мощности взрыва, в первой стадии предшествующего взрывного извержения, вулканическую систему конкретного вулкана или его близких аналогов. Пробуривают в пределах вулканического конуса 3 или при малых размерах по его периметру серию параметрических скважин 7 с целью их последующего использования для межскважинных, скважинных геофизических исследований. Выбирают положение в плане и глубину каждой последующей скважины 7 в зависимости от постепенно уточняемого геофизическими работами местоположения газонаполненной под пробкой 5 части вулканического канала 1. Проводят геофизическое исследование вулкана сейсморазведочными, гравиметрическими, электроразведочными, акустическими и другими известными методами. Наблюдение (и возбуждение упругих колебаний), регистрацию параметров физических полей проводят как на поверхности (в мелких скважинах, шурфах 8), так и в параметрических скважинах 7 (в интервале от устья до забоя 8). Наиболее информативны межскважинные просвечивания на сейсмических частотах между параметрическими скважинами 7, нелинейное сейсмическое просвечивание, сейсмическая скважинная томография. Для реализации межскважинного просвечивания исходя из сущности метода располагают скважины 7 относительно газонаполненной части вулканического канала 1 так, чтобы точки возбуждения и точки приема сигнала находились на одной прямой пересекающих выше и ниже ее. Комплексом межскважинных, скважинных, поверхностных (полевых) геофизических наблюдений определяют положение газонаполненной полости 4 под вулканической пробкой 5, оценивают ее объем и линейные размеры. Газонаполненную 4, а ниже заполненную магмой 9 части вулканического канала 1 фиксируют "теневым способом" по степени поглощения продольных и поперечных упругих колебаний, а газонаполненную 4 и по дефициту масс. В случае уверенного обнаружения газонаполненной 4 части вулканического канала (конкретного вулкана), экологической, экономической целесообразности, технической и технологической возможности принимают решение о проведении регулировочных работ на вулкане с целью предупреждения катастрофического взрывного извержения, которое могло бы произойти вслед за разгерметизацией вулканического канала 1 после разрушения и выброса за счет энергии газа, аккумулирующегося под пробкой 5 матераиала пробки 5 и (или) кровли вулкана 6. Выбирают точки для заложения регулировочных скважин 10, намечают проектные траектории их стволов и координаты забоев 11, при которых будут спускаться эксплуатационные колонны. При этом учитывают пространственное положение газонаполненной 4 части вулканического канала 1, топографические и инженерно-геологические условия: крутизну склонов, несущую способность грунтов, размеры кратера 12, наличие или отсутствие кальдеры. Монтируют буровые установки, одновременно или последовательно пробуривают не менее двух (с расчетом дублирования, последующего подземного ремонта, исследования) регулировочных скважин 10. Сооружение скважине 10 ведут поэтапно, используют остановки в углублении для охлаждения прискважинной зоны длительной прокачкой теплоносителя и получения геотермальной энергии. Для снижения температуры регулировочных скважин 10 при необходимости применяют противоточную закачку теплоносителя, например воды с ингибитором углекислой коррозии, других (переохлажденных) жидкостей или газов. В период сооружения регулировочных скважин 10 дополнительно уточняют местоположение газонаполненной зоны вулканического канала 1, регулируют шум работающего долота и его частотные характеристики приборами, установленными в параметрических скважинах 7. Доводят забои 11 регулировочных скважин 10 до проектных точек приближением к границе газонаполненной полости 4 на расстояние менее радиуса гарантированного создания в последующем зоны искусственной трещиноватости 13 или получения сообщения 14 регулировочной скважины 10 с с газонаполненной частью 4 вулканического канала 1, применяя автономный буровой снаряд или снаряд на шланго-кабеле типа "Robot Drill". Оборудуют скважины 10 эксплуатационными колоннами и запорным противовыбросовым оборудованием. Получают сообщение регулировочных скважин 10 с газонаполненной частью выводного вулканического канала 11 под пробкой одним из указанных способов или их комбинаций. Искусственную трещиноватость 13 для сообщения забоя регулировочной скважины 11 с газонаполненной частью вулканического канала 4 создают, используя опыт работы по получению тепла из сухих высоконагретых пород. Минимальную проводимость трещиноватой зоны определяют по расчетному проектному максимальному дебиту регулировочных скважин 10 первые сотни тонн газа за сутки. В случае неудачной попытки создания трещиноватости 13 применяют повторное воздействие с изменением режима, возможно углубление скважин 10 и повторение операции при меньшем расстоянии до газонаполненной части 4 вулканического канала 1. Спускают в регулировочные скважины 10 фонтанные трубы, устанавливают запорное оборудование. Созданием депрессии вызывают приток газа, оценивают давление, температуру газа и его химический состав. Проводят газодинамическое исследование скважины 10 с противодавлением на устье, их пробную эксплуатацию, уточняют по методу материального баланса газогенерирующие способности вулканической системы, оценивают потенциальную энергию сжатого и нагретого газа 4. Подбирают такой режим работы скважин 10 при котором суммарный массовый дебит газа (Q1 фиг.2) будет примерно равен его поступлению из магматического расплава 9 (фиг.1) в полость под вулканическую пробку 4. Проводят длительную эксплуатацию регулировочных скважин 10 с оптимальным, корректируемым по результатам периодически повторяемых газодинамических исследований, режимом отбора вулканического газа, поддерживают постоянными, на заведомо безопасном, докритическом уровне энергию газа под вулканической пробкой 5 E = MRT/
![способ воздействия на вулканическую систему, патент № 2098850](/images/patents/374/2098120/956.gif)
избежать ущерба и потерь, приносимых взрывными извержениями вулкана, для окружающей территории. вовлечь районы, прилегающие к вулканам с относительно частыми извержениями, в безопасное от воздействия вулкана промышленное и сельскохозяйственное освоение. снизить ущерб от климатических глобальных аномалий: засух, экстремальных зимних холодов, летних заморозков и других явлений, связанных с изменениями прозрачности, теплообмена, нарушениями циркуляции Земной атмосферы, путем снижения ее загрязнения продуктами взрывных вулканических извержений.
Класс G01V9/00 Разведка или обнаружение способами, не отнесенными к группам 1/00
Класс G01V11/00 Разведка или обнаружение с использованием комбинированных способов, представляющих собой сочетание двух и более способов, отнесенных к группам 1/00