Устройство для образования направленных трещин в скважинах

 

Изобретение относится к разрушению горных пород в скважинах для проведения гидровзрывов. Цель - расширение функциональных возможностей устройства за счет образования трещин в плоскости расположения дна скважины и повышение эффективности образования направленных трещин путем концентрации разрывных усилий в плоскости образования трещины. Для этого герметизатор устройства выполнен в виде соосных полому цилиндрическому корпусу (К) 1 кольцевого распорного элемента (Э) 2 с конусной наружной поверхностью и основанием, обращенным к торцу К 1 с каналом подвода рабочей жидкости (РЖ) и эластичного кольцевого трубчатого Э 7, установленного с возможностью надвигания на коническую поверхность Э 2. На К 1 продольно установлены раздвижные Э в виде цанг 3 с поперечными закалывающими клиньями 4 на наружных поверхностях. Конусами лепестков цанги 3 связаны с вершиной Э 2, ограничено перемещающегося продольно относительно К 1. У торца оппозитного торцовому каналу подвода РЖ полый К 1 выполнен с конусным заострением, прилегающими к внутренним поверхностям лепестков цанг 3. На торце К 1 со стороны клинового заострения расположено отверстие для выхода РЖ. На наружных поверхностях лепестков цанг 3 с перекрытием при их раздвижении продольных зазоров между ними установлены пластины 8, а трубчатый Э 7 охватывает их. На основании распорного Э 2 проложено эластичное кольцо 10. При работе К 1 перемещается вдоль распорного Э 2 к забою скважины за счет прижатия к ее стенкам трубчатого Э 7. При подаче РЖ в образованную трещину происходит гидроразрыв породы в плоскости, перпендикулярной скважине. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ())5 F. 21 С 37/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю 16 2 7 д

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ. КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П<НТ СССР

1 (21 ) 4451346/23-03 (22) 28.06,88 (46) 07.04.90. Бюл. № 13 (71) Институт горного дела C0 AH СССР (72) Н.Г.К, О,И.Чернов, И.В,Шабалин и Л.Н,Шепелев (53) 622,234.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 901522, кл. Е 21 С 37/02, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1 222837, кл, Е 21 С 37/06, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ НАПРАВЛЕННЫХ ТРЕЩИН В СКВАЖИНАХ (57) Изобретение относится к разрушению горных пород в скважинах для проведения гидровзрывов. Цель — расширение функциональных возможностей устр-ва за счет образования трещин в плоскости расположения дна скважины и повышение эффективности образования направленных трещин путем концентрации разрывных усилий в плоскости образования трещины, Для этого герметизатор устр-ва выполнен в виде соосных полому цилиндрическому корпусу (К) 1 кольцевого распорного

„.Я0„„1555483 А 1

2 элемента (Э) 2 с конусной наружной поверхностью и основанием, обращенным к торцу К 1 с каналом подвода рабочей жидкости (РЖ) и эластичного кольцевого трубчатого Э 7,установленного с возможностью надвигания на коническую поверхность Э 2 ° На К l продольно установлены раздвижные Э

8 виде цанг 3 с поперечными закальгвающими клиньями 4 на наружных поверхностях, Конусами лепестков цанги

3 связаны с вершиной Э 2, ограниченно перемещающегося продольно относительно К 1. У торца оппозитного торцовому каналу подвода РЖ польй К 1 выполнен с конусным заострением, прилегающими к внутренним поверхностям лепестков цанг 3,. На торце К 1 со стороны клинового- заострения расположено отверстие для выхода FR, На наружных поверхностях лепестков цанг 3 с перекрытием при их раздвижении продольных зазоров между ними установлены пластины 8, а трубчатый

3 7 охватывает их. На основании распорного Э 2 проложено эластич1555483

45 ное кольцо 10. При работе К 1 перемещается вдоль распорного Э 2 к забою скважины за счет прижатия к ее стенкам трубчатого Э 7. При подаче

Изобретение относится к области 10 разрушения горных пород в скважинах и может быть использовано для образования направленных трещин из скважин для проведения гидроразрывов, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройств ь за счет образования трещин з плоскости расположения дна скважины и повышения эффективности образования направленных трещин путем концентрации разрывных усилий в плоскости образования трещины.

На чертеже представлено устройство, продольный разрез, Устройство состоит из полого ци- 25 линдрического корпуса 1 с торцовым каналом подвода жидкости, на который насажен кольцевой распорный элемент в виде втулки 2, переходящий со стороны свободного торца в лепестки 30 цанги 3 с закалывающими клиньями 4 на свободных концах. В корпусе выполнены продольные прорези 5, через которые проходит стержень б, жестко связанный с втулкой 2, На втулку 2 насажен образующий с ней кольцевой герметизатор эластичный трубчатый элемент в виде эластичных колец 7, контактирующих с конусной наружной поверхностью втулки через пластины 40

8. Внешняя поверхность втулки 2 имеет форму конуса, расширяющегося (обращенного основанием) в сторону канала подвода жидкости, На корпусе

1 имеется кольцевой упорный бурт 9, Между буртом 9 и основанием конуса втулки 2 проложено эластичное кольцо 10.

Лепестки цанги связаны концами с веРшиной конуса втулки, а закалывающие клинья 4 расположены поперечно относительно оси корпуса, Эластичный трубчатый элемент установлен с возможностью надвигания на коническую поверхность кольцевого распорного элемента, Охваченные эластичным трубчатым элементом пластины 8 установлены на наружных пoBерхностях лепестков цанги с перекрытием проРЖ в образованную трещину происходит гидроразрыв породы в плоскости,перпендикулярной скважине, 2 ",.ï. ф-лы, 1 ил. дольных зазоров между ними. Кольцевой распорный элемент установлен с возможностью ограниченного продольного перемещения относительно корпуса.

Корпус у торца, оппозитного торцовому каналу подвода рабочей жидкости, выполнен с конусным заострением, прилегающим к внутренним поверхностям лепестков цанг, а выходное отверстие расположено на торце корпуса со стороны клинового заострения, Устройство работает следующим образомм, Устройство со стороны торцового канала подвода жидкости навинчивается на колонну труб высокого давления и с ее помощью, подается в скважину до упора в забой, Со стороны устья скважины колонна труб поджимается в направлении к забою, например (для условий шахт), гидростойкой от механизированной крепи, В результате корпус 1 перемещается вдоль внутренней поверхности втулки 2 в направлении к забою скважины и,раздвигая лепестки цанги 3, внедряет клинья 4 в горную породу с одновременной герметизацией скважины за счет прижатия к ее стенкам эластичных колец 7. Чтобы материал (резина), из которого слеланы эластичные кольца, не просвечивался между прорезями в цанге, к внутренней поверхности колец 7 прикреплены металлические пластины 8, которые перекрывают зазоры между лепестками цанги при ее раздвижении, С перемещением корпуса устройства бурт 9 поджимает эластичное кольцо 10 к втулке 2, предотвращая возможность жидкости просачиваться через зазор между корпусом 1 и втулкой, После поджатия устройства к забою скважины по колонне труб подают жидкость под давлением в трещину, образованную внедрением клиньев в горную породу, В результате поверхности этой трещины раздвигаются и начинается гидрораз1555483 рыв породы в плоскости, перпендикулярной к скважине. Когда зона гидроразрыва достигает требуемых размеров, прекращают подачу жидкости.После этого колонну труб освобождают от поджатия и перемещают в направлении от забоя. За счет сцепления втулки 2 с корпусом 1 посредством стержня 6 втулка 2 также перемещается от забоя скважины, из-за чего клинья 4 выходят из зацепления с горной породой, кольца 7 отжимаются от стенок скважины и устройство вместе с колонной труб беспрепятственно может быть извлечено из скважины, Кольца 7 под действием давления жидкости стремятся переместиться к основанию конуса, сильнее придавливаясь к горной породе и устраняя возможность просачи- 20 вания жидкости между стенками скважины и устройством .

Принцип работы устроиства основан на создании зародышевой трещины у забоя скважииь. путем внедрения в гор- 25 ную породу клиньев с последующей подачей в зародышевую трещину жидкости под давлением до образования гидроразрыва горных пород требуемых размеров, 30

Пример, Устройство испытано на шахте при расслоении труднообрушаемой кровли методами гидродинамической стратификации с целью ее разупрочнения, Устройство навинчивалось на колонну труб и подавалось в скважину, пробуренную в кровле вентиляционного штрека на глубину

5 м. К нижней части колонны труб при- 40 винчивался коллектор, скрепляющийся . с гидростОйкой от механизированной крепи .и имеющий штуцеры для подключения насосов. С помощью гидростойки устройство поддавливалось к за- 45 бою скважины на величину хода,предусмотренную конструкцией устройства, После этого от трех высоконапорных насосов общей производительностью

120 л/мин в колонну труб была подана жидкость, Гидроразрыв произошел при давлении жидкости 2,2 МПа, Через

15 мин после начала гидроразрыва в кровле образовалось расслоение радиусом более 25 м, Контроль за расслоением осуществлялся через специально пробуренные вдоль выработки шпуры. формула и з о б р е т е н и я

1, Устройство для образования направленных трещин в скважинах, включающее полый цилиндрический корпус с торцовым каналом подвода и отверстием для выхода рабочей жидкости, раздвижные элементы с поперечными закалывающю и клиньями на наружных поверхностях, продольно установленные на корпусе, герметизатор B виде соосных корпусу кольцевого распорного элемента с конусной наружной поверхностью и основанием, обращенным к торцу корпуса с каналом подвода рабочей жидкости, и эластичного трубчатого элемента, установленного с возможностью надвигания на коническую поверхность кольцевого распорного элемента, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональнь|х возможностей устройства за счет образования трещин в плоскости расположения дна скважины и повышения эффективности образования направленных трещин путем концентрации разрывных усилий в плоскости образования трещины, кольцевой распорный элемент установлен с возможностью ограниченного продольного перемещения относительно корпуса, раздвижные элементы выполнены в виде цанг, связанных концами лепестков с вершиной кольцевого распорного элемента, при этом корпус у торца, оппозитного торцовому каналу подвода рабочей жидкости, выполнен с конусным заострением, прилегающим к внутренним поверхностям лепестков цанг, а выходное отверстие расположено на торце корпуса со стороны клинового заострения, причем закапывающие клинья расположены на свободных концах лепестков цанги.

2, УстройсTHO HO II ° 1, о T JI H ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено пластинами, установленными на наружных поверхностях лепестков цанги с перекрытием продольных зазоров между ню и, а эластичный кольцевой элемент установлен с охватом пластин.

3, Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оно снабжено эластичнъ м кольцом на основании кольцевого распорного элемента, а корпус выполнен с кольцевым буртом со стороны основания кольцевого распорного элемента,