способ строительства подземного хранилища в скальных грунтах

Формула изобретения

Способ строительства подземного хранилища в скальных грунтах, заключающийся в том, что бурят несколько скважин, размещают в них прострелочные заряды взрывчатых веществ, используют основные заряды и забойку, взрыванием основных зарядов образуют подземную полость, отличающийся тем, что вертикальные стволы скважин бурят любым из известных методов на глубину 3-5 км, выполняя часть из них встречно наклонными, сходящимися примерно к одной точке на глубине, и используют их как входные, подбирая при этом углы их наклона такими, чтобы исключить самопроизвольный взрыв, затем производят обсадку этих участков стволов трубами, в которые доставляют в качестве прострелочных и основных зарядов круглые заряды - шары из твердого взрывчатого вещества в оболочках, перемежающиеся с инициаторами взрыва, и радиоэлектронными устройствами для приема сигнала на подрыв, опуская их в трубы и одновременно подавая в трубы жидкие взрывчатые вещества, затем подают сигнал для взрыва, после чего контролируют с помощью сейсмодатчиков границы образовавшейся при взрыве на глубине 3-5 км подземной полости и бурят к ее началу и концу примерно из одной точки наклонные расходящиеся скважины для последующего ее использования.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области технологии создания подземных камер или хранилищ в земной коре и может использоваться в энергетике для хранения жидкого или газообразного топлива или для использования геотермальной энергии с закачиванием в хранилище воды.

Суть проблемы состоит в следующем.

Россия - огромная по территории страна, запасы ее полезных ископаемых также очень велики. Расстояния от населенных пунктов до освоенных месторождений полезных ископаемых большие. В частности, Урал - это регион со сложными климатическими условиями, где перепад температур составляет от минус 50°C до +40°C. Большие расстояния между населенными пунктами создают трудности в обеспечении их электроэнергией и газом. Постоянно ведется прокладка газовых магистралей, линий электропередач, строятся газовые котельные. В настоящее время в жилищно-коммунальном хозяйстве реконструируются старые мазутные и дизельные котельные. Несмотря на это, в сельской местности постоянно ощущается недостаток тепла, электроэнергия подается с перебоями. Тарифы естественных монополий и на услуги ЖКХ постоянно растут. На эксплуатацию инженерных сетей ежегодно выделяются огромные финансовые средства. Удаленность от энергетических ресурсов делает невозможным строительство малых и средних производств.

Для горнодобывающих предприятий, удаленных населенных пунктов, морских портов, воинских частей, для всего промышленного и полярного Урала нужно автономное снабжение электроэнергией и теплом. Наиболее перспективным в таких обстоятельствах представляется использование гео- и гелиотермических способов получения электроэнергии, использование геотермального тепла. Для последнего в условиях отсутствия естественных подземных полостей необходимо обеспечить строительство подземных камер.

Строительство подземных камер может быть осуществлено взрывным бурением либо атомными взрывами.

Так, известен способ взрывного бурения скважин, разработанный группой компаний «Семиречье» и описанный в на сайте www.semireche.ru, 2009 г.

Известное взрывное бурение заключается в непрерывной обработке забоя скважины небольшими зарядами взрывчатого вещества, вводимыми в поток промывочного агента (воздуха или жидкости) в виде ампул (ампульное или патронное взрывобурение) или непрерывной струи (струйное взрывное бурение). Заряды-ампулы имеют обтекаемую форму и безопасны в обращении, т.к. смешение взрывчатых веществ (ВВ) происходит непосредственно у забоя.

Заряды твердых ВВ требуют для взрыва больших скоростей удара (не менее 80 м/сек). При струйном взрывобурении взрывчатая смесь из горючего окислителя в виде плоского жидкого заряда образуется непосредственно на забое и инициируется эвтектической смесью калия и натрия, впрыскиваемой с определенной частотой. Взрывобурение скважин позволяет повысить производительность бурения в 2-5 раз. Недостатком известного способа является то, что он используется только для бурения вертикальных скважин до 1,5 км. Аналогичный способ взрывного бурения описан также в книге Угольникова В.К. «Физика разрушения горных пород при взрывании», г.Магнитогорск, 2005 г.

Известен способ строительства подземного хранилища в сжимаемых грунтах, описанный в одноименной заявке № 93008095, кл. E21D 13/00, E21F 17/16, B65G 5/00, P/10/02, з. 10.02.93, оп. 27.11.95 и выбранный в качестве прототипа.

Известный способ включает бурение вертикальных скважин, размещение в них прострелочных зарядов взрывчатых веществ (ВВ) и забойки из скрепляющих смесей, образование зарядных и компенсационных полостей путем взрывания зарядов ВВ, при этом бурение необходимого количества вертикальных скважин осуществляют на расстоянии не менее 120 радиусов прострелочного заряда ВВ2 и не более 2R _э, где R_э - радиус зоны эффективного использования энергии взрыва основного заряда ВВ3 на компенсационную полость, причем R_э=(0,65-0,7)× v/n, где V - проектная мощность подземного хранилища, n - количество сопряженных резервуаров в хранилище.

В вертикальных скважинах размещают прострелочные заряды ВВ2 и забойку из нефтелатексной смеси с коагулянтом, которую выполняют методом обратной эмульсии, вмещающей нефть, латекс, глину и агрессивную воду. Путем взрыва прострелочных зарядов образуют удлиненные зарядные полости с укрепленными стенками, в которых затем размещают основные заряды и забойку из нефтецементной тампонажной смеси с ускорителем схватывания. Высоту слоя нефтецементной смеси принимают равной 2Rэ.

Последовательным взрыванием основных зарядов в двух соседних скважинах образуют сопряженные резервуары подземного хранилища со стенками, закрепленными твердым водонепроницаемым покрытием. Аналогично осуществляют последовательное взрывание основных зарядов в остальных скважинах.

Способ позволяет существенно повысить эффективность взрывных работ и снизить трудоемкость строительства подземных хранилищ за счет использования компенсационных полостей, одновременно являющихся резервуарами хранилища, а также за счет формирования покрытий стенок непосредственно в процессе взрывных работ.

Недостатком известного технического решения является сложность его осуществления, обусловленная необходимостью бурения множества скважин, а также тот факт, что этот способ обычно используется для более мелкого бурения.

Задачей является упрощение технологии получения подземной полости на больших глубинах.

Поставленная задача решается тем, что в способе строительства подземного хранилища в скальных грунтах, заключающемся в том, что бурят несколько скважин, размещают в них прострелочные заряды взрывчатых веществ, используют основные заряды и забойку, взрыванием основных зарядов образуют подземную полость, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что вертикальные стволы скважины бурят любым из известных методов на глубину 3-5 км, выполняя часть из них встречно наклонными, сходящимися к одной точке на глубине, и используют их как входные, подбирая при этом углы их наклона такими, чтобы исключить самопроизвольный взрыв, затем производят обсадку этих участков стволов трубами, в которые доставляют в качестве прострелочных и основных зарядов круглые заряды - шары из твердого взрывчатого вещества в оболочках, перемежающиеся с инициаторами взрыва, и радиоэлектронными устройствами для приема сигнала на подрыв, опуская их в трубы и одновременно подавая в трубы жидкие взрывчатые вещества, затем подают сигнал для взрыва, после чего контролируют с помощью сейсмодатчиков границы образовавшейся при взрыве на глубине 3-5 км подземной полости и бурят к ее началу и концу примерно из одной точки наклонные расходящиеся скважины для последующего ее использования.

Выполнение части пробуренных любым из известных способов на глубину 3-5 км скважин наклонными с углами наклона, исключающими самопроизвольный взрыв и сходящимися к одной общей точке в совокупности с обсадкой полученных стволов трубами и подачей в них прострелочных и основных круглых зарядов из твердого взрывчатого вещества, подаваемых во входные скважины одновременно с жидким взрывчатым веществом вперемешку с инициаторами взрыва и управляемыми радиоэлектронными устройствами дает возможность получить наклонно-горизонтальную полость на глубине 3-5 км, последующий контроль с помощью сейсмодатчиков границ образовавшейся при взрыве на глубине 3-5 км подземной полости в совокупности с бурением к ее началу и концу примерно из одной точки на поверхности земли наклонных расходящихся к концам полости скважин обеспечивает возможность дальнейшего целенаправленного использования образовавшейся подземной полости. Технический результат - более простой способ получения подземной полости в скальных грунтах на большой глубине.

Заявляемый способ обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как что бурение вертикальные стволов скважин любым из известных методов на глубину 3-5 км, выполнение части из них встречно наклонными, сходящимися к одной точке на глубине, использование их как входных, подбор при бурении углов их наклона такими, чтобы исключить самопроизвольный взрыв, выполнение обсадки этих участков стволов трубами, подача в них в качестве прострелочных и основных круглых зарядов - шаров из твердого взрывчатого вещества в оболочках, перемежающихся с инициаторами взрыва, и радиоэлектронных устройств для приема сигнала на подрыв, опускание их в трубы с одновременной подачей в трубы жидких взрывчатых веществ, последующая подача сигнала для взрыва, контроль после взрыва с помощью сейсмодатчиков границы образовавшейся при взрыве на глубине 3-5 км подземной полости, бурение к ее началу и концу примерно из одной точки наклонных расходящихся к концам полости скважин для последующего использования образовавшейся полости, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Заявляемый способ может найти широкое применение в технологии создания подземных полостей - камер, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».

Изобретение иллюстрируется чертежом, где приведена схема бурения.

Заявляемый способ заключается в следующем. Бурят любым из известных способов несколько вертикальных скважин на глубину 3-5 км. Часть из этих скважин 1 и 2 выполняют наклонными, сходящимися на глубине 3-5 км примерно к одной точке и используют их как входные. При этом угол наклона этих скважин выбирают таким, чтобы исключить возможность самопроизвольного взрыва. Выполняют обсадку участков стволов этих скважин трубами 3, подают в них прострелочные и основные заряды 4, при этом в качестве прострелочных и основных зарядов используют круглые заряды 4 из твердого взрывчатого вещества в оболочках, перемежающиеся с инициаторами 5 взрыва, а также радиоэлектронные устройства 6 для приема сигнала на подрыв. Одновременно с ними в скважины подают жидкие взрывчатые вещества 7. Подают с помощью радиоэлектронного устройства 6 сигнал на подрыв. После взрыва определяют с помощью сейсмодатчиков 8 границы образовавшейся подземной полости и бурят примерно из одной точки к ее краям две наклонно расходящиеся вглубь скважины 9 и 10 для ее последующего целенаправленного использования.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Несколько входных наклонных скважин 1 и 2 бурят, в частности, роторным способом на глубину 3-5 км, подбирая при этом углы их наклона такими, чтобы исключить в дальнейшем самопроизвольный взрыв при доставке камуфлетного взрывчатого вещества. На участке осадочных пород производят обсадку этих участков стволов стальными трубами 3. Затем в устье скважин 1 и 2 опускают круглые заряды 4 из твердых взрывчатых веществ в оболочках, например, из резины или пластмассы, предохраняющие от самопроизвольного взрыва при действии температуры трения и внутрискважинных ударов при движении по наклонной. По форме это сосредоточенный заряд, по характеру действия - рассредоточенный заряд, а по характеру действия - камуфлетный.

Заряды 4 располагают равномерно перемежающимися с инициаторами 5 взрыва и принимающими сигнал радиоэлектронными устройствами 6. Для «мягкой» доставки твердых взрывчатых веществ, исключающей его самопроизвольный взрыв, в промежутке между «шарами» закачивают жидкие взрывчатые вещества 7, которые уменьшают ударные импульсы и температурные воздействия. Жидкие взрывчатые вещества 7 при инициировании взрыва заполняют полость заряда, тем самым усиливают мощность взрыва, увеличивают ударную волну для образования большой зоны разрушения, равной до 100 диаметров скважины. После образования при взрыве подземной полости 11 с помощью сейсмодатчиков 8 определяют расположение краев полости и с земной поверхности примерно из одной точки к краям полости бурят две наклонные расходящиеся вглубь скважины 9 и 10 для последующего использования этой полости 11.

Таким способом образуется наклонно-горизонтальная теплообменная трещинообразная поземная камера-хранилище между входными и выходными стволами скважин.

В сравнении с прототипом заявляемый способ строительства подземного хранилища в скальных грунтах является более простым.