Определение параметров герметизатора скважин для гидроразрыва пород кровли угольного пласта

Abstract

Рассмотрена конструкция предложенного авторами герметизатора и выявлены его преимущества по сравнению с существующими в горном деле. Определена величина сжатия упругой втулки, при которой надежно герметизируется скважина. Определено требуемое усилие сжатия упругой втулки. Установлена зависимость давления гидроразрыва пород кровли от глубины ее залегания. Получено значение диаметра сжатой втулки с использованием коэффициента Пуассона. Приведен пример расчета давления жидкости, необходимого для собственно разрыва породы и давления жидкости, необходимого для преодоления горного давления. Проведен анализ непосредственной кровли угольных пластов Донецкого бассейна и получены результаты для определения требуемого напорного давления насосной установки при проведении работ по гидроразрыву пород на большой глубине (1000 м и более).

Розглянута конструкція запропонованого герметизатора та визначені його переваги по співвідношенню існуючих в гірничий справі. Визначені величини стиску гнучкої втулки, при якої надійно герметизується свердловина. Визначено необхідну силу тиску гнучкої втулки. Встановлено залежність тиску гідророзриву порід покрівлі від глибини ії залягання. Отримано значення діаметра стиснутої втулки з використанням коефіцієнта Пуассона. Приведений приклад розрахунку тиску рідини, необхідного для власного розриву гірських порід і тиску рідини, щоб здолати гірський тиск. Результати розрахунків приведені в таблиці. Аналіз попередньої покрівлі вугільних пластів Донецького вугільного басейну визначив, що вона складається завжди із різних алевролітів і пісковиків. Зроблено висновок, що для проведення робіт по гідророзриву порід покрівлі на великий глибині (1000 м і більше) необхідно використовувати нагнітальний пристрій, що виробляє тиск не менш 45 МПа.

Design of a sealing plug proposed by the authors and its advantages in comparison with existing ones are considered in the article. A value of flexible plug compression is determined at which a borehole is securely sealed. A rate of flexible plug compression needed for proper sealing of the borehole is specified. Dependence is set between hydraulic fracturing pressure in the rock roof and depth of the roof occurrence. Diameter of the sealing plug was calculated by the Poisson’s ratio. An example is given of how to calculate fluid pressure needed for the rocks hydraulic fracturing, and fluid pressure needed for resisting against rock pressure. Results of the calculations are summarized in the table. Analysis of the immediate roof in the coal seams of Donets Basin shows that the roof consists of various siltstones and sandstones. It is concluded that for the roof rocks hydraulic fracturing at great depths (1000 m or more) it is necessary to use a pump station with head pressure up to 45 MPa.