1598005528-5a29f77d2a9bb899a883b13e75ca9e01 (811229), страница 32
Текст из файла (страница 32)
В легко разрушаемой породе типа аллювия процесс осадки может продолжаться до тех пор„ пока не достигнет поверхности с образованием кратера. В твердой породе осадка продолжается до образования устойчивого свода. Вся структура в целом называется трубообразной полостью, или трубой. Ниже приводятся оценки результатов ядерных взрывов в условиях, представляющих интерес для геотермальных разработок.
Размер волосви. Радиус полости г определяется по следующей формуле: (у)э г =с (3.1) Ра где йэ — мощность заряда; Р— конечное давление в полости в конце роста полости; С и а — константы. Это давление связано с давлением перекрывающих пород соотношением у о' (3.2) где К вЂ” константа, а Р, — начальное давление в полости.
Константы С и а определяются теоретическими расчетами для адиабатического расширения системы кремнезем — вода, а К определяется с помощью данных, полученных в ходе ядерных испытаний. Для г в метрах, йэ в килотоннах и Р в барах (10з Па) эти константы примерно слеп дующие: С = 46,6, а = 0,277 и К = 2,0,но до некоторой степени они зависят от изменения давления Р . В реальных экспериментах при измерении г и )У возникает некоторая ошибка. В табл. 3.2 результаты экспериментов в гранитной породе сравниваются с результатами расчетов по формуле (3 1) Неточность в 0,5 м, полученная при определении радиусов полости в случаях взрыва устройств ЯПайлдрайвер" и "Хардхэт", правдоподобна, я но та же самая неточность в случае взрыва устройства 'Шоул ', по всей вероятности, занижена, хотя неизвестно насколько.
Приведенные данные следует дополнить результатами 13 подземных ядерных экспериментов, проведенных Францией на полигоне Хоггар в пустыне Сахара. Эти эксперименты были проведены в однородной гранитной породе, которая, очевидно, тверже, суше и имеет меньшую естественную трещиноватость, нежели гранитная порода в США. Измеренные в опытах французов радиусы полости существенно меньше, чем в американских экспериментах, причем их отношение равно г 'амер = 1,73 Г фраич Таким образом, объем полостей в американских испытаниях в 5 раз больше объемов, полученных в опытах французов.
Это различие подтверждается численными расчетами, в которых радиусы полостей для 5-килотонного заряда (устройство "Хардхэт") были вычислены для гранитов с различным содержанием воды и различной естественной трещиноватостью. Порода э Радиус волосви, м Сухой монолитный гранит 12,7 Сухой трешиноватыи гранит 15,0 Насыщенный водои, трешиноватый гранит 20,з Оценки радиусов полостей и их объемов для двух глубин, представляющих интерес для геотермики, и для различных мощностей заря ядов представлены в табл. 3.3 и 3.4. Эти оценки основаны на расчетах упомянутого выше адиабатического расширения и характерны для гранитных пород с некоторым содержанием воды и естественной тре- Таблица З.З н !- $ о Ю о Ж Я о й о Радиусы полостей о! оо оо +! +1 с"э о о о !' оо + ! о оя $~ о +! о о о +! +! о! ф Ю Д Таблица ЗМ Объемы полостей [1 1 к! о$ +! +! Ф 'Ф пъ о +! !с !)! $- 6~Щ оа на лв сх зй о Радиус эоны трещинообраэования, м !т /г $'- й В я В о с х шшо Сухой монолитный гранит Сухой трещиноватый гранит Насыщенный водой трещиноввтый гранит 40 — 50 55 — 65 3,14 — 3,98 З,бт — 4,33 4.9 11 Звш ммс с он о йо я Ппсушерская программа использования ядерных взрывов 181 2,64 (Р = 68,8 МПа) 36,96 50,16 63.20 3,3 1Р = 86 МПа) 34,68 47,07 59,30 2,64 0,21 15 0,5266 1,0569 3,3 0,1748 0,4369 0,8734 ншноватостыо.
Как было показано выше, в случае более сухой и менее трещиноватой породы обьемы полостей возможно будут меньшими. Размеры зоны прещннаабразаеаннл. Число трещин, образованных в породе, окружающей заряд, уменьшается в радиальном направлении с увеличением расстояния от г!шоцш1тра взрыва. Расчеты методами горной механики распространения волны напряжений, выполненные по программе БОС, дают следующие значения размеров зон трещинообразования для взрыва мощностью 5 кт в гранитной породе при глубине размещения заряда 266 м (устройство 'гйардхэт"). 162 Глава 3 Плоушерская программа использования ядерных взрывов 16$ В этих расчетах размер зоны трещинообразования (Ы ) определяется как расстояние от гипоцентра взрыва до зоны, где йрекращается трещинообразование, вызванное разрушением породы под действием сжатия.
В третьей колонке приведенной выше таблицы размер зоны трешинообразования представлен в функции радиуса полости. Исследование кернов из скважин, пробуренных в окрестности места взрыва, позволяет определить размеры зоны трещинообразования. Определенный этим методом размер эоны трещннообразования во французских экспериментах составляет 3,7 т , тогда как в случае взрыва устройства чХардхзтч получены размеры зоны трещинообразованин е 2т . Однако последняя величина определена взятием ь проб малого размера из крупного керна, что не позволяет установить истинную картину проницаемости.
Даже в трубообраэной полости, в которой заведомо установлена высокая проницаемость, анализ взятых Фя тй 1я 6 й 10 16 Лу 16 рлделэвяее расияояее еж гиамннря Ариев,н Ф и г. З.Э. Проницаемость гранитной породы а месте взрыва устройства "Хардхзт", определенная по образцам керна (1). Π— образцы кдснв, нжшеяяшь» иэ трубообрвэной полости с обломками породы; а образцы керна, извлеченные зв пределами трубообрвэной полости; Ь образцы керна, извлеченные до взрыва. Примечание. Данные, полученные для трех образцов карпов, извлеченных из тру(~»орванов полости с глубины 13,6 — 16 м ниже гипоцен тра взрыва, здесь не представлйны. к = (7 — 16) ° 10 дерен.
образцов обнаруживает низкую проницаемость. Проницаемость, определенная лабораторными исследованиями из кернов, извлеченных в районе взрыва устройства лХардхэт", представлена на фиг. 3.3. Проницаемость, измеренная в месте взрыва устройства "Хардхэт", определялась по серии нагнетательных скважин„ пробуренных в стенках штрека, который был проложен через трубообразную полость.
Проницаемость, определенная этим методом (фиг. 3.4), существенно выше определенной с помощью кернов. Измерения показали увеличение проницаемости на расстоянии, превышающем Зт, Эти значения по всей видимости искусственно завышены из-за того, что штрек был проложен в радиальном напрацлении до расстояния в Зт перед взрывом. Следовательно, эа этой точкой существовала свободная поверхность, и проницаемость вдоль штрека могла увеличиться из-за скалывания стенок штрека.
Так или иначе, измерения указывают на существование области повышенной проницаемости на расстоянии по крайней мере Зт, от гипоцентра взрыва. Информация о растрескивании была также получена путем клиперных измерений. Клипер представляет собой приемный кабель, жест- ко зацементированный в вертикальной скважине, пробуренной параллельно скважине для размещения заряда. Вызванная взрывом волна деформации сначала достигает нижнего конца кабеля и постепенно как бы "откусывает" нижнюю его часть.
Длина кабеля непрерывно измеряется по отражению микроволн. Кабель, оставшийся после взрыва, характеризует размер области трещинообразования, а расстояния между обрывами кабеля служат мерой плотности трещин. Результаты таких измерений в ряде испытаний показали, что картина растрескивания зависит от слоистости и цлоскостей ослабления в породе.
Зона повышенной проницаемости в газоносном сланце, в котором был осуществлен взрыв устройства лРэзбугги", оценивалась на основе опытной эксплуатации трубообразной полости (фиг. 3.5). Размер зоны повышенной проницаемости составляет 3,7 т Суммируя изложенное, можно сказать, что трещинообразование зависит от содержания воды, от системы ранее существовавших трещин и от плоскостей ослабления в породе.
Проницаемость породы типа той, в которой были осуществлены взрывы устройств чХардхэтч и чПайлдрайвер", увеличиваетсн в радиальном направлении от гипоцентра взрыва и распространяется на расстояние не более 4 т , где она достигает исходного значения. Проницаемость вблизи края трубообраэной полости имеет порядок 1 дарси.
Протяженность области 164 Глава 3 тд' 1дэ $1Э ш ф 19' н ф ш' та э д лт эр м 1эз этэ тээ дю Рауиьвнж длпнивне ая шлвтвндвл Лушдл, м Ф н г. 3.4. Проницаемость гранитной породы в месте взрыва устройцтйа "Хардхм", определенная с помощью серии нагнетвтепьных скважин Н й Результаты измерения 1964 г.: Ь вертикальная скважина; О горизонтальная скважина. Результаты измерений 1965 г.: А вертикальная скважина; ° горизонтальная скважина. 1 — гипоцентр взрыва; 3 — нвгнетательные скважины; 3 — конец штрека, проложенного до взрыва; 4 — граница трупосбрвзнод лопасти; 5 — шахта для доступа к скважинам.
трещиноватости снижаетсн для сухого гранита, имеющего небольшое количество первоначальных трещин. Расчеты также показывают, что размеры зоны трещинообразования могут уменьшиться для глубоко размещенных зарядов, подобных рассмотренным здесь. Такая сово- Плоушврсквл программа использования ядерных взрывов 186 ' Фи г. Э.б. Примерная оценка увеличения проницвешорти в зоне взрыва ядерного устройства жпззбугги" Нй купность факторов может привести к тому, что размер зоны трещинообразования будет меньше 2,5 т Хараяжерасжаяв шрйбооброэной яолосэш. Трубообразная полость образуется в результате обвала породы в полость, образованную взрывом, и последующего распределения обьема этой полости в окружающую породу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
