Способ образования протяженного развития направленных трещин в массиве горных пород и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности, а также при добыче полезных ископаемых методом выщелачивания, при дегазации во взрывоопасных зонах и отделении блоков ценных стройматериалов от массива горных пород. Сущность способа: в скважину, имеющую полость концентратора напряжений при условии ее герметизации нагнетают флюид в импульсном режиме до гидроразрыва, при этом частоту импульсов увеличивают при увеличении сопротивления разрушаемого материала. Устройство для реализации способа включает трубчатый корпус, в котором размещена раздвижная камера, связанная с эластичными тарелками, размещенными в полости концентратора напряжений и установленными с возможностью образования между ними щели для выхода флюида из полости, образованной между корпусом и тарелками, которая связана с полостью раздвижной камеры посредством клапана, выполненного в виде разрезной воронки, установленной с возможностью перемещения на разжимном конусе. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности, а также при добыче полезных ископаемых методом выщелачивания, при дегазации во взрывоопасных зонах и отделении блоков ценных строительных материалов от массива горных пород.

Известен способ гидроразрыва, включающий бурение скважины в массиве горных пород, прорезание концентратора напряжений, герметизацию скважины при помощи пакера и нагнетание жидкости до гидроразрыва [1].

Данный способ имеет ряд технологических недостатков, связанных с большим количеством и энергоемкостью операций, где герметизация скважины при помощи пакера предусматривает дополнительное давление на стенки скважины от действия пакера, а в зону предполагаемого разрыва попадает и часть длины скважины. Таким образом, жидкость, действующая под давлением, может получить разрыв в случайном направлении. В случае желаемого разрыва развитие трещины будет опережать действие влияния на нее жидкости, а возникшая зависимость неблагоприятно сказывается на качестве самого разрыва, т.е. его ориентации.

Известно также устройство для разрушения скальных пород, включающее корпус в виде полого стержня с отверстиями в стенках, присоединенное к нему нагнетательное приспособление с пневмогидравлическим аккумулятором, выполненным в виде эластичного баллона, заполненного сжатым воздухом и помещенным в масляную ванну нагнетательного приспособления [2].

Недостатком этого устройства является его неспособность производить дальнейшее нагнетание жидкости в полученную трещину, а также обеспечить подачу серии импульсов.

Целью изобретения является повышение эффективности воздействия на горный массив за счет направленной ориентации гидроразрыва.

Цель достигается тем, что согласно предлагаемому способу, включающему бурение скважины, прорезание концентратора напряжений, герметизацию зоны разрыва и нагнетание флюида в полость концентратора напряжений до гидроразрыва, нагнетание флюида осуществляют в импульсном режиме, при этом частоту импульсов увеличивают при увеличении сопротивления разрушаемого материала.

Цель достигается тем, что устройство, включающее трубчатый корпус с радиальными щелями, соединенное с источником нагнетания флюида, и клапан, снабжено подвижными втулками, установленными в нижней части корпуса, тарелками из эластичного материала, шарнирно соединенными с подвижными втулками и установленными с возможностью образования щели для выхода флюида, и раздвижной камерой, соединенной с подвижными втулками и размещенной между ними, при этом клапан установлен с возможностью сообщения внутренней полости камеры и полости между тарелками и выполнен в виде разрезной воронки, установленной с возможностью перемещения на разжимном конусе.

Способ заключается в том, что бурят скважину, прорезают концентратор напряжений, герметизируют зону разрыва и нагнетают флюид в полость концентратора напряжений в импульсном режиме, при этом частоту импульсов увеличивают при увеличении сопротивления разрушаемого материала.

На фиг. 1 изображено устройство для реализации способа; на фиг. 2 - конструктивное выполнение клапана.

Изображенное на фиг. 1 устройство включает трубчатый корпус 1 с радиальными щелями, соединенный с источником нагнетания флюида, клапан 2, который выполнен в виде разрезной воронки, установленной с возможностью перемещения на разжимном конусе 3. Размещенная в корпусе 1 раздвижная камера 4 связана с подвижными втулками 5, установленными в нижней части корпуса 1 и посредством рычагов 6, шарнирно связанными с тарелками 7 из эластичного материала. Тарелки 7 установлены с возможностью образования между ними щели для выхода флюида из полости 8 образований между тарелками 7 и корпусом 1. Клапан 2 установлен с возможностью сообщения внутренней полости 4 камеры и полости 8 между тарелками 7.

Работа в соответствии с предлагаемым способом и устройством осуществляется следующим образом.

В готовую скважину 9 устанавливают устройство таким образом, чтобы тарелки 7 вошли в заранее прорезанную полость 10 концентратора напряжений. После чего производят нагнетание флюида через канал в камеру 4, которая расширяясь действует через подвижные втулки 5 при помощи рычагов 6 на тарелки 7. Таким образом, раздвижка тарелок 7 происходит до полной герметизации полости 10. После необходимой герметизации полости 10 давление в раздвижной камере 4 начинает расти до предела, после которого срабатывает клапан 2. Процесс заполнения полости 10 осуществляется работой клапана 2, который под действием избыточного давления флюида в камере 4 раскрывается в момент надвижения на разжимной конус 3. Дальнейшее заполнение полости 10 флюидом продолжается до предела критического давления в ней. В момент гидроразрыва давление в полости 10 резко падает, частота работы клапана 2 уменьшается до полного заполнения полученного объема флюидом в результате образования трещины. После заполнения полученного объема флюидом вновь начинает расти давление, при котором частота работы клапана 2 увеличивается до момента преодоления сопротивления разрушаемого материала, образуя новый скачок направленного развития полученной трещины.

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ ПРОТЯЖЕННОГО РАЗВИТИЯ НАПРАВЛЕННЫХ ТРЕЩИН В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ образования протяженного развития направленных трещин в массиве горных пород, включающий бурение скважины, прорезание концентратора напряжений, герметизацию зоны разрыва и нагнетание флюида в полость концентратора напряжений до гидроразрыва, отличающийся тем, что нагнетание флюида осуществляют в импульсном режиме, при этом частоту импульсов увеличивают при увеличении сопротивления разрушаемого материала.

2. Устройство для образования протяженного развития направленных трещин в массиве горных пород, включающее трубчатый корпус с радиальными щелями, соединенный с источником нагнетания флюида, и клапан, отличающееся тем, что оно снабжено подвижными втулками, установленными в нижней части корпуса, тарелками из эластичного материала, шарнирно соединенными с подвижными втулками и установленными с возможностью образования для выхода флюида, и раздвижной камерой, соединенной с подвижными втулками и размещенной между ними, при этом клапан установлен с возможностью сообщения внутренней полости камеры и полости между тарелками и выполнен в виде разрезной воронки, установленной с возможностью перемещения на разжимном конусе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2