способ разупрочнения мерзлых пород

Формула изобретения

Способ разупрочнения мерзлых пород, заключающийся в бурении скважин до пересечения с продуктивным пластом мерзлой россыпи, оборудовании скважин термоизолированными трубами, образовании между смежными скважинами горизонтально ориентированной льдозаполненной трещины гидроразрыва, нагнетании и удалении жидкости, отличающийся тем, что после образования льдозаполненной трещины в пласт периодически нагнетают солевой концентрированный раствор, а к центральным металлическим трубам, помещенным в скважины, подают промышленное напряжение, при этом поддерживают заданную концентрацию раствора, а после окончания оттаивания продуктивного пласта в одну из скважин нагнетают воздух до вытеснения части раствора и образования воздушного промежутка в оттаявших породах под кровлей пласта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам искусственного оттаивания мерзлых пород в горном деле и строительстве и может быть использовано при подземной разработке мерзлых россыпных месторождений.

Известен способ гидравлического оттаивания горных пород, основанный на питании и дренировании через скважины фильтрационного потока воды. Фильтрацию начинают после образования начального проницаемого слоя на месте горизонтально ориентированной трещины гидроразрыва, соединяющей питающие и дренажные скважины в заданном интервале глубины (см. SU 730974 A, 30.04.80).

Недостатком известного способа является неравномерность оттаивания по длине фильтрационного потока из-за уменьшения его теплоотдачи по мере приближения к дренажной скважине, а технология подземной разработки мерзлых россыпных месторождений предусматривает равномерное по мощности разупрочнение продуктивного пласта. Кроме того, организация длительного дренирования фильтрационного потока требует значительных трудовых затрат, связанных с контролем за работой погружных насосов и обеспечением поддержания требуемого уровня.

Задачей изобретения является обеспечение избирательного равномерного оттаивания продуктивного пласта мерзлых россыпных месторождений и снижение трудозатрат на организацию дренирования фильтрационного потока.

Задача решается тем, что в предлагаемом способе, заключающемся в бурении скважин до пересечения с продуктивным пластом мерзлой россыпи, оборудовании скважин термоизолированными трубами, образовании между смежными скважинами горизонтально ориентированной льдозаполненной трещины гидроразрыва, нагнетании и удалении жидкости, после образования льдозаполненной трещины гидроразрыва между, как минимум, двумя скважинами нагнетают солевой раствор насыщенной концентрации до получения на выходе из другой скважины раствора, разубоженного до заданной концентрации, соответствующей незамерзанию раствора при начальной температуре мерзлых пород. Затем к центральным металлическим трубам, по которым нагнетают раствор, подводят промышленное напряжение и осуществляют электрооттаивание. После окончания оттаивания вновь повторяют операцию по закачиванию концентрированного раствора до получения на выходе из другой скважины раствора, разубоженного до концентрации, соответствующей его незамерзанию при начальной температуре мерзлых пород. Для исключения контакта раствора, заключенного в порах оттаянных рыхлых пород, с мерзлыми породами кровли продуктивного пласта на завершающем этапе через одну из скважин нагнетают воздух под давлением до прекращения истекания раствора из открытых центральных труб смежных одной или нескольких скважин.

Способ иллюстрируется чертежом, на котором изображен участок работ по линии, соединяющей две скважины, где 1 -скважины, 2 - металлические термоизолированные трубы, 3 -пакер, 4 - продуктивный пласт россыпи, 5 - льдозаполненная трещина гидроразрыва, 6 - границы начального проницаемого слоя.

На участке работ бурят нагнетательные скважины 1, вскрывающие мерзлый продуктивный пласт россыпи 4. Взаимное расположение скважин назначают из условий получения горизонтально ориентированной трещины гидроразрыва 5 и параметров подготавливаемого к выемке участка.

Скважины 1 обсаживают трубами. Затрубное пространство обсадных труб заливают на всю высоту охлажденной водой, которая замерзает, обеспечивая герметизацию обсадки. В обсаженные скважины помещают термоизолированные трубы 2, а герметизация призабойного пространства обеспечивается пакером 3, удерживающим трубу 2 в обсадной трубе при нагнетании жидкости в призабойную часть скважины под давлением, вызывающим гидроразрыв пород. Центральная нагнетательная труба 2 выполнена из металла, а нижняя ее часть имеет перфорацию для обеспечения поступления воды в призабойную часть скважины.

После производства гидроразрыва и достижения льдозаполненной трещины 5 соседней скважины взамен воды в пласт нагнетают концентрированный солевой раствор, оставляя открытой центральную трубу 2 смежной скважины. Проникновение в мерзлые породы солевого раствора вызывает оттаивание ледяного заполнения трещины и льда, содержащегося в порах рыхлых пород. В результате раствор снижает свою концентрацию - разубоживается. Контроль за заданным допустимым разубоживанием - не менее концентрации, соответствующей замерзанию раствора при отрицательной начальной температуре мерзлых пород, производится определением концентрации раствора на выходе из смежной скважины. Причем объем нагнетаемого раствора должен не больше чем вдвое превышать объем ледяного заполнения трещины гидроразрыва, с тем чтобы на ее месте создать разрыхленный слой 6, заполненный раствором.

Такой слой имеет повышенную электропроводность в мерзлом массиве, который практически является диэлектриком. При подключении к центральным металлическим трубам 2 промышленного напряжения через проницаемый слой 6 в продуктивном пласте проходит электрический ток, вызывая равномерное нагревание мерзлых пород. При этом отсутствует необходимость организации дренирования фильтрационного потока, процесс оттаивания происходит как бы в замкнутом пространстве.

По мере оттаивания происходит разубоживание раствора, поэтому периодически повторяют операцию по нагнетанию раствора насыщенной концентрации.

Подземная разработка разупрочненного продуктивного пласта требует устойчивости обнажений, что достигается только при сохранении прочномерзлой кровли вышележащих пород. Для соблюдения данного условия и исключения контакта раствора, заключенного в порах оттаянных рыхлых пород, с мерзлыми породами кровли продуктивного пласта на завершающем этапе через одну из скважин нагнетают воздух под давлением до прекращения истекания раствора из открытых центральных труб смежных одной или нескольких скважин.

Таким образом, благодаря электрооттаиванию пород вдоль горизонтально ориентированного слоя с поддержанием заданной концентрации раствора уменьшаются трудозатраты за счет исключения операции дренирования фильтрационного потока, а также обеспечивается равномерное избирательное разупрочнение продуктивного пласта, что позволяет применять на подземных очистных работах механизированную выемку взамен буровзрывной и в целом снизить себестоимость добычи.