Устройство для гидроразрыва пород в скважине
Владельцы патента RU 2367791:
Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для герметизации зоны инициирующей щели при проведении флюидо- или гидроразрыва. Обеспечивает повышение эффективности устройства за счет увеличения его пропускной способности и упрощения конструкции. Сущность изобретения: устройство включает полый корпус с отверстиями для рабочей жидкости, на концах которого закреплены упругие уплотнительные элементы, один из которых связан со штуцером, другой - с наконечником. Полый корпус выполнен в виде стакана, соединенного открытой частью с полой втулкой и имеющего в дне сквозное центральное отверстие. В полости корпуса установлен с возможностью перемещения в нем гидравлически неуравновешенный золотник, имеющий сквозное центральное отверстие. Одним торцом он прижат рабочей пружиной, установленной в стакане между полой втулкой и указанным золотником, к неподвижному уплотнению, размещенному на дне стакана, а противоположный его конец размещен в полости указанной втулки. 1 ил.
Техническое решение относится к горному делу и может быть использовано для герметизации зоны инициирующей щели при проведении флюидо- или гидроразрыва.
Известно устройство для гидроразрыва пород в скважине (патент РФ №2268359, Е21В 43/26, опубл. в БИ №2 за 2006 г.), состоящее из корпуса с каналом, установленных на нем упругих уплотнительных элементов, между которыми размещена поршневая пара с уплотнительными кольцами, и стопорящей гайки. Рабочая камера поршневой пары сообщена с каналом, а в ее цилиндре выполнено радиальное отверстие, которое выполнено с возможностью сообщения с рабочей камерой поршневой пары при пакеровании скважины упругими уплотнительными элементами и дополнительного сжатия упругих уплотнительных элементов при давлении гидроразрыва с самозапиранием изолированного участка скважины.
Недостатком данного устройства является то, что при его использовании в слабых породах нагрузка от упругих уплотнительных элементов, возникающая при самозапирании изолированного участка скважины, может привести к раздавливанию породы в месте контакта и нарушить герметичность указанного участка скважины при проведении гидроразрыва. Таким образом, область применения таких устройств существенно ограничена.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для гидроразрыва скважин (авт. св. СССР №877006, Е21С 39/00, опубл. в БИ №40 за 1981 г.), включающее упругие оболочки, закрепленные на полых стержнях с радиальными и осевыми каналами, соединенные между собой трубой, неподвижные наружные и внутренние уплотнительные обоймы. Устройство снабжено регулируемым редукционным клапаном, установленным между оболочками, а внутренние уплотнительные обоймы закреплены на стержнях неподвижно посредством конических втулок.
Недостатком этого устройства является низкая пропускная способность редукционного клапана, обусловленная наличием в его конструкции запирающих элементов (шарика, пружины), которые препятствуют проходу рабочей жидкости в загерметизированное пространство в необходимом объеме. В связи с этим снижается эффективность работы устройства. Кроме того, применение редукционного клапана ведет к усложнению конструкции герметизирующего устройства.
Технической задачей предлагаемого решения является повышение эффективности устройства за счет увеличения его пропускной способности и упрощения конструкции.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для гидроразрыва пород в скважине, включающем полый корпус с отверстиями для рабочей жидкости, на концах которого закреплены упругие уплотнительные элементы, один из которых связан со штуцером, другой - с наконечником, согласно техническому решению полый корпус выполнен в виде стакана, соединенного открытой частью с полой втулкой и имеющего в дне сквозное центральное отверстие. В полости корпуса установлен с возможностью перемещения в нем гидравлически неуравновешенный золотник, имеющий сквозное центральное отверстие, таким образом, что одним торцом он прижат рабочей пружиной, установленной в стакане, между полой втулкой и указанным золотником, к неподвижному уплотнению, размещенному на дне стакана, а противоположный его конец размещен в полости указанной втулки. Благодаря использованию гидравлически неуравновешенного золотника и указанной совокупности признаков повышается эффективность устройства для гидроразрыва пород в скважине, так как в указанном золотнике отсутствуют элементы, препятствующие проходу рабочей жидкости и снижающие его пропускную способность. При этом упрощается конструкция устройства по сравнению с прототипом.
Сущность технического решения поясняется описанием конструкции устройства для гидроразрыва пород в скважине и чертежом, на котором представлен его общий вид в продольном разрезе.
Устройство для гидроразрыва пород в скважине (далее - устройство) состоит из полого корпуса (поз. не обозначен), выполненного в виде стакана 1 с отверстиями 2 около дна для прохода рабочей жидкости, соединенного открытой частью с полой втулкой 3 (далее - втулка 3) посредством резьбы. В дне стакана 1 выполнено сквозное центральное отверстие (поз. не обозначено). На концах корпуса (во втулке 3 и дне стакана 1) герметично закреплены упругие уплотнительные элементы 4, 5 (далее - уплотнительные элементы 4, 5), способные деформироваться под действием давления рабочей жидкости. Со стороны свободных торцов уплотнительные элементы 4, 5 герметично соединены с наконечником 6 и штуцером 7 соответственно. В полости корпуса установлен с возможностью перемещения в нем гидравлически неуравновешенный золотник 8 (далее - золотник 8). Золотник 8 имеет сквозное центральное отверстие (поз. не обозначено) и установлен таким образом, что одним торцом он прижат к неподвижному уплотнению 9, размещенному на дне стакана 1, рабочей пружиной 10, установленной в стакане 1 между втулкой 3 и золотником 8, а противоположный его конец размещен в полости втулки 3. Уплотнение 11 обеспечивает герметичность поверхности контакта золотника 8 и втулки 3.
Устройство работает следующим образом. Через штуцер 7 в устройство подается рабочая жидкость под давлением, от действия которого уплотнительные элементы 4, 5, увеличиваясь в диаметре, прижимаются к стенкам скважины - происходит герметизация ее участка, на котором расположена инициирующая щель. При превышении давления, на которое настроена рабочая пружина 10, золотник 8 начинает вдвигаться во втулку 3, при этом открывается доступ к отверстиям 2, через которые рабочая жидкость поступает в загерметизированное пространство скважины. После проведения гидроразрыва давление рабочей жидкости сбрасывается и золотник 8 под действием рабочей пружины 10 возвращается в исходное положение, уплотнительные элементы 4, 5 принимают исходную форму.
В зависимости от прочности горных пород, в которых предполагается проведение гидроразрывов, настройка золотника 8 на необходимое для надежной герметизации давление производится за счет изменения жесткости рабочей пружины 10.
Устройство для гидроразрыва пород в скважине, включающее полый корпус с отверстиями для рабочей жидкости, на концах которого закреплены упругие уплотнительные элементы, один из которых связан со штуцером, другой - с наконечником, отличающееся тем, что полый корпус выполнен в виде стакана, соединенного открытой частью с полой втулкой и имеющего в дне сквозное центральное отверстие, при этом в полости корпуса установлен с возможностью перемещения в нем гидравлически неуравновешенный золотник, имеющий сквозное центральное отверстие, таким образом, что одним торцом он прижат рабочей пружиной, установленной в стакане между полой втулкой и указанным золотником, к неподвижному уплотнению, размещенному на дне стакана, а противоположный его конец размещен в полости указанной втулки.
