Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород

Изобретение относится к горному делу. Технический результат – повышение эффективности осуществления гидроразрыва горных пород. Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород содержит корпус, выполненный в виде цилиндра с проходной полостью и радиальным отверстием для прохода рабочей жидкости, герметизаторы с наконечниками, установленные с обеих сторон корпуса соосно с ним, и запорный механизм с пружиной, установленный внутри цилиндрической полости. Проходная полость в корпусе на входе рабочей жидкости имеет больший диаметр, чем на выходе. В стенке корпуса соосно с радиальным отверстием выполнена дополнительная цилиндрическая полость. Запорный механизм выполнен в виде обратного клапана с пружиной и установлен в дополнительной цилиндрической полости. Снаружи дополнительная цилиндрическая полость закрыта стопорной заглушкой с центральным отверстием. Радиальное отверстие выполнено из дополнительной цилиндрической полости в проходную полость большего диаметра. 3 ил.

 

Изобретение относится к горному делу, в частности, к управлению горным давлением принудительным обрушением горных пород и может быть использовано при проведении гидроразрыва горных пород.

Известно устройство для гидроразрыва горных пород в скважине, содержащее корпус с каналом, установленные на нем упругие уплотнительные элементы, между которыми размещена поршневая пара с уплотнительными кольцами, и стопорящую гайку. Рабочая камера поршневой пары сообщена с каналом, а в ее цилиндре выполнено радиальное отверстие с возможностью сообщения с рабочей камерой поршневой пары при пакеровании скважины упругими уплотнительными элементами и дополнительного сжатия этих элементов при давлении гидроразрыва с самозапиранием изолированного участка скважины [Устройство для гидроразрыва пород в скважине. Пат. 2268359 Российской Федерации, опубл. 20.01.2006, бюл. № 2] (аналог). Недостатком устройства является то, что и поршневая пара и упругие уплотнительные элементы размещены на корпусе, имеющем значительную длину, что, в свою очередь, требует не только прямолинейности скважины, но и выдержанности ее стенок. При бурении скважин, например, в угольном массиве это условие не всегда соблюдается из-за наличия в пласте твердых включений и высокой степени трещиноватости угля.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности признаков является скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород, принятое в качестве прототипа, содержащее корпус, выполненный в виде цилиндра с радиальными отверстиями в стенке для прохода рабочей жидкости, герметизаторы с наконечниками, установленные с обеих сторон корпуса, поршень, установленный в цилиндре и снабженный пружиной, прижимающей его ко дну, и штуцер, ориентированные по одной оси [Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород. Пат. 2730091 Российской Федерации, опубл. 17.08.2020, бюл. № 23] (прототип).

Недостатком прототипа является значительная длина корпуса, что связано, в частности, с использованием запорного устройства золотникового типа, требующего пространства для перемещения вдоль оси устройства. Это увеличивает расстояние между двумя герметизаторами (пакерами). Известно, что характер трещинообразования при осуществлении гидроразрыва горных пород определяется соотношением длины L изолированной полости между пакерами к диаметру скважины d. При L < 2d образуется единичная поперечная трещина, при 2d < L < 4d - множественные трещины различного типа, при L > 4d - единичная продольная трещина [El Rabaa W. Experimental study of hydraulic fracture geometry initiated from horizontal wells, SPE Annual Technical Conf. and Exhibition, Soc. of Petroleum Engineers, 1989]. Наибольший эффект от гидроразрыва достигается именно при формировании глубоких единичных поперечных трещин.

Этот недостаток снижает эффективность осуществления гидроразрыва горных пород.

Цель изобретения - повышение эффективности осуществления гидроразрыва горных пород за счет сокращения длины корпуса путем замены поршня на обратный клапан и ориентации пружины по нормали к оси устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для осуществления гидроразрыва горных пород, содержащем корпус, выполненный в виде цилиндра с проходной полостью и радиальным отверстием для прохода рабочей жидкости, герметизаторы с наконечниками, установленные с обеих сторон корпуса соосно с ним, и запорный механизм с пружиной, установленный внутри цилиндрической полости, в соответствии с техническим решением проходная полость в корпусе на входе рабочей жидкости имеет больший диаметр, чем на выходе, в стенке корпуса, соосно с радиальным отверстием, выполнена дополнительная цилиндрическая полость, запорный механизм выполнен в виде обратного клапана с пружиной и установлен в дополнительной цилиндрической полости, снаружи дополнительная цилиндрическая полость закрыта стопорной заглушкой с центральным отверстием, а радиальное отверстие выполнено из дополнительной цилиндрической полости в проходную полость большего диаметра.

Сущность технического решения поясняется схемами. На фиг. 1 показан корпус устройства в разрезе; на фиг. 2 - сечение корпуса по А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - экспериментальный образец корпуса (фото).

Скважинное устройство состоит из корпуса 1, герметизаторов 2 и 3 с наконечниками 4 и 5 соответственно. В корпусе 1 во всю его длину выполнена проходная цилиндрическая полость 6, имеющая две части. Часть этой полости со стороны входа рабочей жидкости имеет в три-четыре раза больший диаметр, чем часть этой же полости со стороны выхода. В стенке корпуса 1 в радиальном направлении выполнены соосно радиальное отверстие 7 и радиальная же дополнительная цилиндрическая полость 8. При этом радиальное отверстие 7 сообщает радиальную дополнительную цилиндрическую полость 8 с проходной цилиндрической полостью 6 в зоне ее большего сечения. В радиальной дополнительной цилиндрической полости 8 установлен обратный клапан, состоящий из шарика 9, центрирующей шайбы 10 и пружины 11. Шарик установлен по оси радиального отверстия 7 и поджат к нему посредством шайбы 10 и пружины 11 стопорной заглушкой 12, в которой выполнено сквозное центральное отверстие 13.

Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород размещают в скважине в следующем порядке (от забоя скважины): герметизатор 3, корпус 1, герметизатор 2. Через герметизатор 2 подают рабочую жидкость высокого давления в проходную цилиндрическую полость 6, в ту ее часть, которая имеет больший диаметр поперечного сечения. Поскольку обратный клапан в составе шарика 9, шайбы 10 и пружины 11 закрыт, а оставшаяся часть проходной цилиндрической полости 6 имеет меньшую площадь поперечного сечения, то в первую очередь расширяется герметизатор 2, жестко фиксируя в скважине положение корпуса 1; затем за счет заполнения рабочей жидкостью фиксируется герметизатор 3, уплотняя стенки скважины.

При дальнейшем повышении давления рабочая жидкость преодолевает сопротивление обратного клапана и поступает через радиальное отверстие 7 в дополнительную цилиндрическую полость 8, а из нее через центральное отверстие 13 в стопорной заглушке вырывается наружу. За счет этого происходит разрушение массива горной породы до образования щели, ориентированной поперек оси скважины.

Стопорная заглушка позволяет регулировать время срабатывания обратного клапана в зависимости от крепости горной породы.

Таким образом, за счет большой разницы в площади поперечного сечения проходной цилиндрической камеры на входе в корпус и на его выходе герметизаторы фиксируются в скважине последовательно, сначала герметизатор 2 - со стороны входа рабочей жидкости в корпус, фиксируя при этом корпус в зоне осуществления гидроразрыва, потом - герметизатор 3 - со стороны выхода; после проведения гидроразрыва сначала разгружается герметизатор 2, формируя зазор между стенкой скважины и оболочкой герметизатора и подготавливая корпус к извлечению (штыб из щели и оставшаяся буровая мелочь через зазор уносятся из скважины), затем герметизатор 3; а за счет использования обратного клапана с пружиной, ориентированной перпендикулярно к оси устройства, расстояние между двумя герметизаторами может быть сокращено до двукратного по сравнению с диаметром скважины, что повышает эффективность осуществления гидроразрыва горных пород, т.е. обеспечивает достижение поставленной цели.

Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород, содержащее корпус, выполненный в виде цилиндра с проходной полостью и радиальным отверстием для прохода рабочей жидкости, герметизаторы с наконечниками, установленные с обеих сторон корпуса соосно с ним, и запорный механизм с пружиной, установленный внутри цилиндрической полости, отличающееся тем, что проходная полость в корпусе на входе рабочей жидкости имеет больший диаметр, чем на выходе, в стенке корпуса соосно с радиальным отверстием выполнена дополнительная цилиндрическая полость, запорный механизм выполнен в виде обратного клапана с пружиной и установлен в дополнительной цилиндрической полости, снаружи дополнительная цилиндрическая полость закрыта стопорной заглушкой с центральным отверстием, а радиальное отверстие выполнено из дополнительной цилиндрической полости в проходную полость большего диаметра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для образования трещин в скважинах с целью дегазации угольных и соляных пластов, отделения блоков от массивов, добычи ценного кристаллического сырья и строительного камня, обрушения кровли. Техническим результатом является повышение эффективности образования направленных трещин в скважинах за счёт одновременного воздействия на породный массив гидравлическим давлением, распором стенок скважины и усилием вдавливания клиньев вне зависимости от глубины внедрения последних в горную породу.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к подземной разработке месторождений, и может быть использовано для устранения зависания кровли у границ выемочного участка. Способ включает бурение скважин в породы кровли выработки, их герметизацию и нагнетание в них жидкости в режиме гидравлического разрыва.

Группа изобретений относится к бурению и разуплотнению породы на основе пены высокого давления. Устройство включает механический аппарат для бурения, разуплотнения и долбления породы, систему выработки и подачи пены высокого давления и аппарат для заделки отверстий.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано на угольных шахтах. Производят гидроразрыв целиков, оставленных в выработанном пространстве надрабатывающего пласта путем нагнетания в них технической пластовой воды при давлении, достаточном для гидравлического разрыва целика.

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для формирования в породных массивах систем взаимосвязанных сплошных трещин нужных размеров и форм, обеспечивающих создание в породном массиве непротекающих емкостей, повышающих эффективность скважинно-щелевых технологий добычи полезных ископаемых, например выщелачивания меди или урана.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при добыче алмазов высокой ценности с обеспечением безопасности и кристаллосбережения щадящей выемкой участков с повышенным содержанием алмазов высокой ценности, в том числе ювелирных алмазов. Бурят скважину малого диаметра в зоне с повышенным содержанием алмазов высокой ценности, с выделением участков руды с аномально высоким содержанием алмазов высокой ценности.

Изобретение относится к способу проходки горных выработок и ведения очистных работ. Техническим результатом является уменьшение объема буровых работ, снижение количества используемого взрывчатого вещества.

Изобретение относится к области горной промышленности, в частности к взрывной отбойке горных пород и руд. Способ разрушения горных пород и руд гидровзрывом включает бурение скважин, формирование зарядов ВВ, размещение в скважине зарядов ВВ в оболочке, заполнение водой зазора, инициирование и взрывание зарядов.

Гидравлическое устройство ударного действия предназначено для ударного разрушения горных пород и искусственных материалов. Содержит корпус, в котором установлены центрирующие и уплотнительные втулки, гильза и поршень-боек, образующие в корпусе камеры рабочего и холостого ходов, а также гидроаккумуляторы высокого и низкого давления.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для отбойки блоков от массива, проходки дорог в гористой местности, добычи строительного камня и кристаллического сырья. Устройство включает рабочий орган в виде поршня, размещенный в шпуре, заполненном пластичным веществом, и средство приложения к рабочему органу периодической ударной нагрузки, выполненное в виде штанги.

Изобретение относится к способу, применяемому для наземного сейсмическогомониторинга гидравлического разрыва пласта углеводородов. В процессе мониторингового режима съемки осуществляется непрерывная регистрация сейсмического волнового поля от нескольких часов до нескольких суток, что позволяет оценить изменение уровня микросейсмической эмиссии.
Наверх