Скважинное устройство для гидроразрыва горных пород

 

СКВАЖИННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОРАЗРЫВА ГОРНЫХ ПОРОД, включающее несущий ствол с подводящим штуцером и каналами для подвода жидкости под давлением, последовательно установленные на стволе и сообщенные с каналами для подвода жидкости герметизирующие эластичные пакеры, систему подачи жидкости под давлением в пространство между пакерами, отличающееся тем, что, с целью повыщения эффективности гидроразрыва за счет одновременного воздействия на горную породу радиальной и осевой нагрузок, оно снабжено кольцевым отражателем потока жидкости в плоскость, перпендикулярную оси ствола, установленным на стволе между пакерами с возможностью продольного перемещения, а пакеры по наружной поверхности армированы твердосплавными пластинами с насечкой, ориентированной поперечно оси ствола, и установлены на стволе с возможностью продольного раздвигания при подаче жидкости под давлением. (Л

СОНИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3422417/22-03 (22) 14.04.82 (46) 15.01.85. Бюл. № 2 (72) Г. Г. Литвинский и С. Г. Коробкин (71) Коммунарский горно-металлургический институт (53) 622.245.7 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 825962, кл. Е 21 С 41/04, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР № 855189, кл. Е 21 В 43/26, 1979 (прототип). (54) (57) СКВАЖИННОЕ УСТРОИСТВО

ДЛЯ ГИДРОРАЗРЫВА ГОРНЫХ ПОРОД, включающее несущий ствол с подводящим штуцером и каналами для подвода жидкости под давлением, последовательно установлен,„Я0 1134712 А

4CSg Е 21 С 37/10, Е 21 В 43/26 ные на стволе и сообщенные с каналами для подвода жидкости герметизирующие эластичные пакеры, систему подачи жидкости под давлением в пространство между пакерами, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности гидроразрыва за счет одновременного воздействия на горную породу радиальной и осевой нагрузок, оно снабжено кольцевым отражателем потока жидкости в плоскость, перпендикулярную оси ствола, установленным на стволе между пакерами с возможностью продольного перемещения, а пакеры по наружной поверхности армированы твердосплавными пластинами с насечкой, ориентированной поперечно оси ствола, и установлены на стволе с возможностью продольного раздвигания I при подаче жидкости под давлением.

11

Изобретение относится к горному делу, а именно к разрушению горных пород гидроразрывом, и может быть использовано во всех отраслях горной промышленности при создании искусственной трещиноватости массива, разрушении породных блоков, управлении труднообрушаемой кровлей, измерении напряжений и прочности горных пород, Известно устройство для гидроразрыва пород, включающее жестко соединенные между собой герметизаторы, при этом герметизаторы и пространство между ними сообщены с гидромагистралью высокого давления (1) .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является скважинное устройство для гидроразрыва горных пород, включающее несущий ствол с подводящим штуцером и каналами для подвода жидкости под давлением, последовательно установленные»а стволе и сообщенные с каналами для подвода жидкости герметизирующие эластичные пакеры, систему подачи жидкости под давлением в пространство между пакерами (2).

Недостатком известных устройств является низкая эффективность гидроразрыва пород, поскольку образование трещин определяется только радиальной нагрузкой на стенки скважины на значительном интервале ее длины.

Цель изобретения — повышение эффективности гидроразрыва за счет одновременного воздействия на горную породу радиальной и осевой нагрузок.

Для достижения указанной цели скважин ное устройство для гидроразрыва горных пород, включающее несущий ствол с подводящим штуцером и каналами для подвода жидкости под давлением, последовательно установленные на стволе и сообщенные с каналами для подвода жидкости герметизирующие эластичные пакеры, систему подачи жидкости под давлением в пространстве между пакерами, снабжено кольцевым отражателем потока жидкости в плоскость, перпендикулярную оси ствола, установленным на стволе между пакерами с возможностью продольного перемещения, а пакеры по наружной поверхности армированы твердосплавными пластинами с насечкой, ориентированной поперечно оси ствола, и установлены на стволе с возможностью продольного раздвигания при подаче жидкости под давлением.

На фиг. 1 изображено устройство для гидроразрыва горных пород при его установке в скважину; на фиг. 2 — то же, в момент гидроразрыва пород при подаче жидкости между корпусом устройства и эластичной оболочкой.

Устройство содержит несущий ствол 1 с каналами 2 для подвода жидкости и под34712

10 !

45 ю

2 водящим штуцером (не показан), герметизирующий эластичный пакер 3 с камерой 4 распора, надетый на ствол 1 и упирающийся в уплотнитель 5, поджатый гайкой 6. На стволе закреплен зонтичный герметизируюший эластичный пакер 7 так, что его свободный торец при отсутствии давления прилегает к пакеру 3. Между пакерами 3 и 7 установлен кольцевой отражатель 8 потока жидкости. Наружные поверхности пакеров 3 и 7 армированы твердосплавными пластиками 9 с поперечной насечкой.

Устройство работает следующим образом.

Устройство вводят в скважину и по центральному каналу 2 ствола нагнетают жидкость, которая, попадая в камеру 4 распора, заставляет пакер 3 плотно прижаться к стенкам скважины 10. Одновременно жидкость, попадая из центрального канала 2 под эластичную оболочку пакера 7, отодвигает ее и, поднимаясь по зазору между оболочкой пакера 7 и стенкой скважины, вытесняет оттуда воздух и изливается из скважины 3. Давление жидкости повышают вплоть до полной герметизации пакером 7 участка 11 гидроразрыва. При этом изливание жидкости из скважины прекращается. Далее нагнетают жидкость в полость между стволом и пакером 7, а при повышении давления до максимума в жидкости создают пульсации давления, образуя в ней пакет ударных волн с частотой, близкой к резонансной частоте колебаний всей жидкости в гидросистеме.

Гидроразрыв горных пород производят на узком кольцевом участке 11 в форме поперечной толщины, куда устремляют импульсы гидроударов, усиливаемые кольцевым отражателем 8, который направляет пульсации на участок 11 и, перемещаясь вдоль ствола, сжимает пакер 3, повышая в нем давление и эффективность герметизации. Растягивающие усилия гидроразрыва надежно фиксируют прижатием к стенкам скважины продольных пластин 9 с насечкой.

Рост трещины гидроразрыва не сдерживается зажатием ее берегов на участке 11, поскольку благодаря упругости пакера 7 происходит ее перемещение вверх от пакера 3 и жидкость свободно входит в полость трещины. После гидроразрыва давление падает, жидкость прекращают нагнетать, что способствует возвращению пакеров под действием сил упругости в исходное состояние. Устройство перемещают по скважине на новый участок гидроразрыва.

Предлагаемое устройство позволяет производить многократный гидроразрыв горных пород по скважине при минимальных трудозатратах, давлении и расходе жидкости.

Устройство отличается надеж ностью и эффективностью в работе. Наличие распорной

1134712 гайки 6, поджимающей уплотнитель 5, позволяет легко осуществить разборку и ремонт устройства. Простота конструкции снижает расходы на изготовление устройства. Наличие жесткой связи пакеров со стенкой скважины, что обеспечивается продольными армирующими пластинами с насечкой, повышает концентрацию напряжений в породах и снижает давление гидроразрыва. Компактность устройства в исходном состоянии облегчает его перемеще5 ние в скважине и извлечение.

1134712

Составитель О. Попов

Редактор И. Рыбченко Техред И. Верес Корректор О. Луговая

Заказ 10052 30 Тираж 482 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4