Устройство для гидроразрыва горных пород



Устройство для гидроразрыва горных пород
Устройство для гидроразрыва горных пород

 


Владельцы патента RU 2553659:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для гидроразрыва горной породы. Устройство состоит 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 корпуса, а в ее цилиндре выполнено радиальное отверстие 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. Упругие уплотнительные элементы выполнены из мягкого материала и армированы жесткими элементами с различными упругими свойствами с возможностью равномерного радиального расширения этих уплотнительных элементов по всей их длине. Технический результат заключается в повышении герметизирующей способности устройства и упругих свойств упругих уплотнительных элементов. 2 ил.

 

Техническое решение относится к горному делу и может быть использовано для герметизации участка скважины при проведении из нее поинтервального гидроразрыва участка массива горной породы.

Известен пакерный уплотнительный элемент (патент RU №2107151, E21B 33/12, опубл. 20.03.1998 г.), содержащий кольцо трапецеидального сечения из эластичного материала, установленное на стволе пакера с возможностью взаимодействия его боковых сторон с упорами пакера, при этом уплотнительный элемент армирован распорным упругим элементом и ограничительными элементами, повторяющими углы наклона его боковых сторон и выполненными в виде металлических пластин в форме усеченных секторов, дуга окружности которых описана радиусом, меньшим радиуса внутренней стенки уплотняемой трубы на величину критического зазора для данного вида эластичного материала, обеспечивающим его работоспособность при заданном давлении, при этом боковые стороны уплотнительного элемента имеют угол наклона, не равный углу наклона упоров пакера в транспортном положении, а металлические пластины с каждой боковой стороны установлены между собой с перекрытием площади поперечного сечения уплотнительного элемента и соединены периферийной частью со срединной частью распорного упругого элемента жесткими связями с шарнирными соединениями.

Недостатками этого технического решения являются жесткие связи, соединяющие срединную часть распорного упругого элемента с ограничительными элементами, а распорный упругий элемент имеет однородные свойства по длине. Эти признаки при сжатии уплотнительного элемента приводят к его неравномерному радиальному расширению, что снижает качество герметизации и может привести к разрушению горной породы.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для гидроразрыва пород в скважине (патент РФ №2268359, E21B 43/26, опубл. 20.01.2006 г.), состоящее из корпуса с каналом, установленных на нем упругих уплотнительных элементов, между которыми размещена поршневая пара с уплотнительными кольцами, и стопорящей гайки, при этом 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 упругих уплотнительных элементов при давлении гидроразрыва с самозапиранием изолированного участка скважины.

Недостатком этого устройства является то, что упругие уплотнительные элементы не обладают необходимыми характеристиками для их широкого применения. При подаче рабочей жидкости в рабочую камеру поршневой пары при проведении гидроразрыва участка массива горных пород упругие уплотнительные элементы, выполненные, например, из мягкого материала типа резины, деформируются, заполняя неровности и трещины в стенках скважины, а после сброса давления не восстанавливают первоначальную форму из-за превышения сил трения над упругими свойствами материала упругих уплотнительных элементов. Это не дает возможности их повторного применения. При использовании упругих уплотнительных элементов из более твердых материалов, к примеру из полиуретана, в процессе герметизации скважины, пробуренной в мягких горных породах, происходит вдавливание упругих уплотняющих элементов в стенки скважины, что разрушает внутреннюю поверхность скважины и делает невозможным дальнейшее проведение гидроразрыва. В процессе герметизации скважины, пробуренной в прочных горных породах, требуемая герметичность в большинстве случаев не достигается из-за неровностей в виде выступов и сколов, остающихся на поверхности стенок скважины от бурового инструмента. Таким образом, применение таких устройств с упругими уплотнительными элементами повышенной упругости для гидроразрыва горных пород в скважине также не эффективно.

Технической задачей предлагаемого решения является повышение эффективности устройства для гидроразрыва горных пород за счет повышения его герметизирующей способности и упругих свойств упругих уплотнительных элементов.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для гидроразрыва горных пород, состоящем из корпуса с каналом, установленных на нем упругих уплотнительных элементов, между которыми размещена поршневая пара с уплотнительными кольцами, и стопорящей гайки, при этом рабочая камера поршневой пары сообщена с каналом корпуса, а в ее цилиндре выполнено радиальное отверстие 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, согласно техническому решению упругие уплотнительные элементы выполнены из мягкого материала и армированы жесткими элементами с различными упругими свойствами с возможностью равномерного радиального расширения этих уплотнительных элементов по всей их длине. Армирование упругих уплотнительных элементов из мягкого материала жесткими элементами с различными упругими свойствами распределяет нагрузку от сжатия по их длине и обеспечивает равномерное радиальное расширение, что повышает их герметизирующую способность. Наличие жестких армирующих элементов также повышает упругие свойства упругих уплотнительных элементов, что позволяет восстанавливать первоначальную форму после снятия внешней нагрузки и дает возможность многократного использования устройства без замены упругих уплотнительных элементов, повышая его эффективность.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения устройства для гидроразрыва горных пород и чертежами фиг. 1, 2. На фиг. 1 изображен продольный разрез устройства для гидроразрыва горных пород в исходном состоянии, на фиг. 2 - то же, в рабочем состоянии.

Устройство для гидроразрыва горных пород состоит из корпуса 1 (фиг. 1, 2), в котором выполнен канал 2 и внутренняя резьба 3 для присоединения к магистрали. На корпусе 1 установлены упругие уплотнительные элементы 4, выполненные из мягкого материала и армированные жесткими элементами с различными упругими свойствами для восстановления их первоначальной формы после снятия внешнего усилия, например, стальными винтовыми пружинами 5 (далее - пружины 5) и стальной винтовой пружиной 6 (далее - пружина 6) с более упругими свойствами, чем пружины 5, шайбы 7, установленные на стыке пружин 5 и 6 с различными свойствами, поршень 8 и цилиндр 9, образующие между упругими уплотнительными элементами 4 поршневую пару, причем в цилиндре 9 выполнено радиальное отверстие 10. Стопорящая гайка 11 фиксирует в исходном положении упругие уплотнительные элементы 4 с пружинами 5, 6, шайбы 7 и поршневую пару. Поршень 8 и цилиндр 9 поршневой пары образуют рабочую камеру 12, сообщенную с каналом 2. Уплотнительные кольца 13 обеспечивают герметичность поршневой пары по ее рабочим поверхностям. Радиальное отверстие 10 выполнено с возможностью сообщения с рабочей камерой 12 поршневой пары при пакеровании скважины упругими уплотнительными элементами 4 и дополнительного сжатия упругих уплотнительных элементов 4 при давлении гидроразрыва с самозапиранием изолированного участка скважины. Упругие уплотнительные элементы 4 армированы жесткими элементами с различными упругими свойствами с возможностью равномерного радиального расширения этих уплотнительных элементов по всех их длине.

Устройство работает следующим образом. Перед началом работы осуществляется сборка (фиг. 1) и установка устройства в скважине. Затем через канал 2 в корпусе 1 подается рабочая жидкость в рабочую камеру 12 поршневой пары, которая под действием давления рабочей жидкости начинает раздвигаться и, перемещаясь по корпусу 1, начинает сжимать упругие уплотнительные элементы 4. На первом этапе упругие уплотнительные элементы 4 сжимаются на участке пружин 5 за счет их низкой жесткости, затем при увеличении давления происходит сжатие на участках с пружиной 6. Таким образом, за счет армирующих элементов с разной жесткостью происходит поэтапное сжатие упругих уплотнительных элементов 4, что обеспечивает их равномерное по всей длине упругих уплотнительных элементов 4 расширение в радиальном направлении, что повышает качество герметизации. В процессе герметизации участка скважины наступает момент, когда радиальное отверстие 10, выполненное в цилиндре 9 поршневой пары, выходит за границу поршня 8 (фиг. 2). С этого момента рабочая жидкость начинает поступать в изолированный упругими уплотнительными элементами 4, армированными пружинами 5 и 6, участок скважины. При повышении давления в изолированном участке скважины до давления, при котором происходит гидроразрыв стенки скважины, рабочая жидкость, воздействуя на упругие уплотнительные элементы 4, выполненные из мягкого материала, дополнительно сжимает их, надежно герметизируя изолированный участок скважины. После прекращения подачи рабочей жидкости, благодаря упругим свойствам пружин 5 и 6, упругие уплотнительные элементы 4, выполненные из мягкого материала, восстанавливают свою первоначальную форму.

Устройство для гидроразрыва горных пород, состоящее из корпуса с каналом, установленных на нем упругих уплотнительных элементов, между которыми размещена поршневая пара с уплотнительными кольцами, и стопорящей гайки, при этом рабочая камера поршневой пары сообщена с каналом корпуса, а в ее цилиндре выполнено радиальное отверстие 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, отличающееся тем, что упругие уплотнительные элементы выполнены из мягкого материала и армированы жесткими элементами с различными упругими свойствами с возможностью равномерного радиального расширения этих уплотнительных элементов по всей их длине.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для интенсификации работы скважины. Способ включает тестовую закачку жидкости разрыва и пачки жидкости разрыва с проппантом, корректирование проекта разрыва и проведение основного процесса разрыва.
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено при интенсификации работы скважины. Способ включает отсыпку забоя, тестовую закачку жидкости разрыва и пачки жидкости разрыва с проппантом, корректирование проекта разрыва и проведение основного процесса разрыва.
Изобретение относится к нефтяной промышленности. Технический результат - увеличение нефтеотдачи залежи.
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено для разработки нефтяной залежи. Способ включает отбор нефти через добывающие скважины, закачку рабочего агента через нагнетательные скважины, проведение гидроразрыва пласта в нагнетательных и добывающих скважинах.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть применено для гидравлического разрыва низкопроницаемого пласта, содержащего прослой глины с водоносным пропластком.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть применен для разработки низкопроницаемого нефтяного пласта горизонтальными скважинами с проведением многократного гидроразрыва пласта.

Группа изобретений относится к способу и устройству интенсификации добычи нефти. Способ включает спуск в скважину механического устройства, создающего раздвигающее усилие с помощью поперечно раздвигающихся в одной продольной плоскости плашек на стенки необсаженной скважины для создания трещины.

Группа изобретений относится к вторичным методам извлечения углеводородов из подземных пластов и, в частности, к методам гидроразрыва пласта без расклинивающего агента, а также к селективной закачке в отдельные подземные пласты.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть применено для разработки нефтяных залежей. Способ включает разбуривание залежи вертикальными, наклонно-направленными и/или горизонтальными скважинами, при этом коллектор пласта состоит, по меньшей мере, из двух продуктивных пластов или является слоистым, отбор продукции пластов добывающими скважинами, проведение геохимического анализа добываемой нефти, проектирование и осуществление гидравлического разрыва пласта.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть применено для гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе скважины. Способ включает бурение горизонтального ствола скважины в нефтенасыщенной части продуктивного пласта с цементированием кольцевого пространства между обсадной колонной и горной породой продуктивного пласта горизонтального ствола скважины, перфорацию обсадной колонны в горизонтальном стволе скважины, азимутально сориентированную интервалами с помощью гидромеханического щелевого перфоратора, спущенного в скважину на колонне труб за одну спуско-подъемную операцию, спуск колонны труб с пакером в скважину, посадку пакера, закачку по колонне труб жидкости разрыва и формирование трещин гидравлического разрыва пласта в горизонтальном стволе скважины.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть применено для добычи пластового флюида электроприводным насосом. Двухпакерная насосная установка включает колонну труб меньшего диаметра, размещенную концентрично или эксцентрично в колонне труб большего диаметра.

Изобретение относится к способам герметизации эксплуатационной колонны. Перед герметизацией эксплуатационной колонны временно блокируют пласт самораспадающимся после проверки герметичности нижнего пакера гелем, затем на устье скважины снизу вверх собирают следующую компоновку: нижний пакер, труба, длина которой больше протяженности интервалов нарушения, верхний пакер, левый переводник, разделительный клапан.

Изобретение относится к области испытания пластов, несущих углеводороды. .

Изобретение относится к области добычи углеводородов и может быть использовано для одновременно раздельной или поочередной закачки рабочей среды в один или несколько пластов.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для испытания пластов в скважинах, в том числе и с открытыми стволами. .

Изобретение относится к пакерующим устройствам для разобщения ствола скважин при проведении различных технологических операций. .

Изобретение относится к инструменту и способу для нагнетания пропитывающих жидкостей, к примеру таких, какими являются средство для цементирования нефтеносных песчаных пластов либо химический агент для воздействия на пласт с целью повышения его нефтеотдачи, а также жидкость для промывания скважин подачей ее туда в избыточном количестве, внутрь геологической формации, окружающей подземную буровую скважину.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к средствам сохранения коллекторских свойств пласта. .

Изобретение относится к отраслям промышленности, ведущим бурение на нефть, газ и воду. .

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам герметизации эксплуатационной колонны. Технический результат заключается в повышении надежности и эффективности герметизации эксплуатационной колонны, достижении минимального сокращения проходного сечения эксплуатационной колонны с возможностью проведения по мере необходимости технологических операций при ремонте скважины и исследовании пласта. Способ герметизации эксплуатационной колонны включает проведение геофизических исследований в скважине по определению интервала негерметичности эксплуатационной колонны, спуск в эксплуатационную колонну скважины верхнего и нижнего пакеров, соединенных между собой трубой на посадочном инструменте, посадку верхнего и нижнего пакеров в скважине выше и ниже интервала негерметичности, извлечение посадочного инструмента из скважины. После определения интервала негерметичности эксплуатационной колонны выше и ниже интервала негерметичности эксплуатационной колонны проведением геофизических исследований определяют верхний и нижний интервалы вырезания эксплуатационной колонны и длину каждого интервала, с устья скважины в эксплуатационную колонну спускают бурильную колонну, оснащенную снизу гидравлическим забойным двигателем и вырезающим устройством, осуществляют резку эксплуатационной колонны сверху вниз сначала в верхнем интервале вырезания эксплуатационной колонны, а затем в нижнем интервале вырезания эксплуатационной колонны, поднимают колонну бурильных труб с гидравлическим забойным двигателем и вырезающим устройством на устье скважины, вновь спускают в эксплуатационную колонну скважины колонну бурильных труб с раздвижным расширителем на конце, вращают колонну бурильных труб с устья скважины и последовательно сверху вниз производят очистку от остатков разрушенного цементного камня сначала верхнего, а затем нижнего интервалов вырезания эксплуатационной колонны, после чего извлекают колонну бурильных труб с раздвижным расширителем из эксплуатационной колонны скважины, на устье скважины снизу вверх собирают компоновку: механический якорь, нижний водонабухающий пакер длиной, равной длине нижнего интервала вырезания эксплуатационной колонны, трубу длиной, равной расстоянию между интервалами вырезания, верхний водонабухающий пакер длиной, равной длине верхнего интервала вырезания эксплуатационной колонны, центратор, левый переводник, спускают компоновку на посадочном инструменте в эксплуатационную колонну скважины так, чтобы верхний и нижний водонабухающие пакеры размещались напротив верхнего и нижнего интервалов вырезания эксплуатационной колонны, производят посадку механического якоря и разгружают компоновку на механический якорь, после чего вращают посадочный инструмент и отсоединяют посадочный инструмент от компоновки, извлекают посадочный инструмент из эксплуатационной колонны скважины, при этом компоновка остается в заданном интервале эксплуатационной колонны скважины, осуществляют технологическую выдержку для набухания и пакеровки верхнего и нижнего водонабухающих пакеров в скважине. 4 ил.
Наверх