Скважинное устройство для образования направленных трещин

Авторы патента:


Скважинное устройство для образования направленных трещин
Скважинное устройство для образования направленных трещин
Скважинное устройство для образования направленных трещин

 


Владельцы патента RU 2558845:

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

Изобретение относится к горному делу и используется для отработки технологии добычи ценного кристаллического сырья и природного камня, разборки завалов и сооружений, дробления негабаритов, проведения физического моделирования процессов разрушения горных пород. Технический результат - снижение трудоемкости эксплуатации устройства. Устройство включает две коаксиально установленные трубы, связанные между собой посредством резьбового соединения, поршень, установленный во внутренней трубе, кольцевые упоры и герметизирующую втулку, размещенную между кольцевыми упорами. Кольцевые упоры выполнены на внешней трубе. Герметизирующая втулка выполнена в виде навитого на внешнюю трубу рукава из проницаемого для жидкости материала и заполненного порошком, который при взаимодействии с жидкостью образует отвердевающую смесь, сцепляющуюся с горной породой. Конец внешней трубы со стороны герметизирующей втулки выполнен в виде цанги, образующей концами лепестков один из указанных кольцевых упоров. Поршень выполнен в виде винта, связанного резьбовым соединением с накидной гайкой, навинченной на свободный конец внутренней трубы. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Техническое решение относится к горному делу и может быть использовано для отработки технологии добычи ценного кристаллического сырья и природного камня, разборки завалов и сооружений, дробления негабаритов, проведения физического моделирования процессов разрушения горных пород.

Известно скважинное устройство для образования направленных трещин (авт. св. СССР №1714123, кл. Е21С 37/04, опубл. в БИ №7, 1992), включающее две связанные между собой резьбой с возможностью продольного перемещения одна относительно другой коаксиальные трубы с кольцевыми упорами на односторонних торцах, последовательно установленные на конце внутренней трубы под кольцевым упором наружной трубы кольцевой герметизатор из эластичного материала и распорное кольцо из эластичного материала, систему нагнетания жидкости во внутреннюю трубу, узел вращения труб одна относительно другой. Распорное кольцо выполнено из связанных между собой с помощью пружины секторов с выточками на внутренних поверхностях, образующих конусный кольцевой паз. Кольцевой упор внутренней трубы выполнен в виде раструба, установленного в кольцевом пазу.

Это устройство предназначено для реализации способов с предварительным созданием инициирующих щелей, с которыми оно сцепляется для исключения выталкивания из скважины давлением нагнетаемой рабочей жидкости. Оно не способно работать в новых способах, в которых используют принципы, позволяющие осуществлять ориентированный разрыв горной породы без начальных щелей, прорезаемых механическим путем, что существенно ограничивает его возможности.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является скважинное устройство для образования направленных трещин (патент РФ №1806265, кл. Е21С 37/04, опубл. в БИ №12, 1993), включающее две коаксиально установленные трубы, связанные между собой посредством резьбового соединения, на торцах которых выполнены конические упоры с вершинами, обращенными одна к другой, узел вращения труб, поршень, установленный во внутренней трубе, и герметизирующую втулку, размещенную между коническими упорами. Герметизирующая втулка выполнена из монолитного материала, переходящего под действием внешней нагрузки в сыпучее состояние.

При использовании этого устройства необходимо разрушать втулку для герметизации скважины и иметь дополнительное оборудование для извлечения его из скважины после разрыва горной породы. Все это обуславливает относительно низкую эффективность работы устройства из-за сравнительно высокой трудоемкости его эксплуатации.

Решаемая техническая задача заключается в повышении эффективности работы устройства за счет снижения трудоемкости его эксплуатации.

Задача решается тем, что в скважинном устройстве для образования направленных трещин, включающем две коаксиально установленные трубы, связанные между собой посредством резьбового соединения, поршень, установленный во внутренней трубе, кольцевые упоры и герметизирующую втулку, размещенную между кольцевыми упорами, согласно техническому решению кольцевые упоры выполнены на внешней трубе, герметизирующая втулка выполнена в виде навитого на внешнюю трубу рукава из проницаемого для жидкости материала и заполненного порошком, который при взаимодействии с жидкостью образует отвердевающую смесь, сцепляющуюся с горной породой. Конец внешней трубы со стороны герметизирующей втулки выполнен в виде цанги, образующей концами лепестков один из указанных кольцевых упоров. Поршень выполнен в виде винта, связанного резьбовым соединением с накидной гайкой, навинченной на свободный конец внутренней трубы.

Выполнение кольцевых упоров на внешней трубе и герметизирующей втулки в виде навитого на внешнюю трубу рукава из проницаемого для жидкости материала, заполненного порошком, который при взаимодействии с жидкостью образует отвердевающую смесь, сцепляющуюся с горной породой, позволяет герметизировать скважину после подачи в нее устройства без дополнительных операций. Выполнение конца внешней трубы со стороны герметизирующей втулки в виде цанги, образующей концами лепестков один из указанных кольцевых упоров, обеспечивает удержание устройства от выталкивания его из скважины давлением рабочей жидкости, когда внутренняя труба входит в цангу, прижимая ее лепестки к внутренней поверхности герметизирующей втулки. При выкручивании внутренней трубы из внешней трубы лепестки цанги приобретают способность отжиматься внутрь герметизирующей втулки, обеспечивая возможность свободного извлечения устройства из скважины без трудоемких операций и дополнительного оборудования на разрушение и извлечение герметизирующей втулки. Использование при этом в качестве поршня винта обусловлено тем, что устройство предназначено для разрыва горной породы пластичными веществами, обладающими свойством герметика, не продавливающегося через винтовые пары при давлении, обеспечивающем разрыв горной породы любой прочности. Поэтому такое решение при сохранении требований к устройству снижает трудоемкость его изготовления за счет исключения операций по притирке поршня к внутренней поверхности внутренней трубы. Связь винта резьбовым соединением с накидной гайкой, навинченной на свободный конец внутренней трубы, обеспечивает постоянство длины резьбового соединения винта с устройством, не зависящее от величины вхождения винта во внутреннюю трубу. В результате обеспечивается разрыв горной породы без операций по разрушению герметизирующей втулки и извлечение устройства из скважины после разрыва горной породы - без дополнительного оборудования. Все это повышает эффективность устройства за счет снижения трудоемкости его эксплуатации.

Целесообразно другой из указанных кольцевых упоров выполнить двухступенчатым и на ступень с меньшим диаметром надеть кольцо в виде круга с круглым отверстием, смещенным относительно центра круга, при этом центр указанной ступени сместить относительно продольной оси устройства. Это без выполнения дополнительных операций исключает вращение внешней трубы в скважине при выкручивании из нее внутренней трубы, что повышает эффективность устройства за счет снижения трудоемкости его эксплуатации.

Целесообразно для заполнения рукава использовать порошок, который при взаимодействии с жидкостью образует отвердевающую смесь, расширяющуюся при отвердении. Это исключает продольное перемещение герметизирующей втулки относительно скважины не только из-за ее сцепления с горной породой путем приклеивания к ней, но и из-за распора в стенки скважины, что повышает надежность работы устройства, за счет чего снижается трудоемкости его эксплуатации.

Целесообразно между внешней трубой и герметизирующей втулкой поместить втулку из тонкого материала. Это предотвращает прилипание лепестков цанги к внутренней поверхности герметизирующей втулки, что снижает трудоемкость эксплуатации устройства, благодаря облегчению его извлечения из скважины после разрыва горной породы.

Целесообразно внутреннюю трубу на конце со стороны цанги выполнить сужающейся в сторону концов лепестков цанги. Это освобождает внутреннюю трубу от зажатия ее лепестками цанги уже на первом обороте ее выкручивания из внешней трубы. Поэтому дальнейшее выкручивание внутренней трубы из внешней трубы проходит при сравнительно малом трении и, следовательно, с меньшей трудоемкостью, что повышает эффективность работы устройства.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения скважинного устройства для образования направленных трещин и чертежами.

На фиг. 1 показан общий вид скважинного устройства для образования направленных трещин, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез Α-A на фиг. 1; на фиг. 3 - часть устройства, примыкающая к другому из указанных кольцевых упоров, в увеличенном размере.

Скважинное устройство для образования направленных трещин (фиг. 1, 2) включает две коаксиально установленные трубы: внешнюю трубу 1 (далее - труба 1) и внутреннюю трубу 2 (далее - труба 2). Трубы 1 и 2 связаны между собой посредством резьбового соединения 3. В трубе 2 установлен поршень в виде винта 4. Для вращения трубы 2 на ее конце со стороны винта 4 установлены рукоятки 5. На трубе 1 выполнены два кольцевых упора 6 и 7 (далее - упор 6 и упор 7). Между упорами 6 и 7 размешена герметизирующая втулка, выполненная в виде навитого на трубу 1 рукава 8 из проницаемого для жидкости материала, заполненного порошком, который при взаимодействии с жидкостью образует отвердевающую смесь, сцепляющуюся с горной породой. Конец трубы 1 со стороны герметизирующей втулки выполнен в виде цанги, образующей концами ее лепестков 9 один из указанных кольцевых упоров - упор 7. Винт 4 связан резьбовым соединением 10 с накидной гайкой 11, навинченной на свободный конец трубы 2, и снабжен рукояткой 12 для вращения. Другой из указанных кольцевых упоров - упор 6 выполнен двухступенчатым. На его ступень 13 с меньшим диаметром надето кольцо 14 в виде круга с круглым отверстием, смещенным относительно центра круга. Центр ступени 13 смещен относительно продольной оси устройства. Рукав 8 может быть заполнен порошком, который при взаимодействии с жидкостью образует отвердевающую смесь, расширяющуюся при отвердении. Между трубой 1 и герметизирующей втулкой помещена втулка (на фиг. не показана) из тонкого материала. Труба 2 на конце 15 со стороны цанги выполнена сужающейся в сторону концов лепестков 9 цанги. Для исключения схода кольца 14 со ступени 13 на трубу 1 надето упругое кольцо 16. Устройство заполнено пластичным веществом 17 (далее - вещество 17) и подано в скважину 18, в забое которой сформирована трещина 19.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Устройство заполняют веществом 17 и со стороны герметизирующей втулки опускают в сосуд с жидкостью, которой пропитывают рукав 8. Затем устройство подают в скважину 18 до упора в забой, в которой в плоскости предполагаемого разрыва горной породы предварительно создана инициирующая трещина (на фиг. не показана из-за малых ее размеров) известным способом. При взаимодействии жидкости и заполнившего рукав 8 порошка образуется смесь, которая отвердевает, расширяется, сцепляется с горной породой и, таким образом, без выполнения дополнительных операций надежно герметизирует скважину 18 и исключает возможность перемещения по ней герметизирующей втулки. После отвердения указанной смеси вращением винта 4 вытесняют вещество 17 из устройства в предварительно созданную в забое скважины 18 инициирующую трещину (концентратор напряжений малых размеров) с образованием трещины 19. Размеры трещины 19 оценивают по объему поданного в нее вещества 17. Отметим, что при одноразовой подаче устройства в скважину 18 заполнять его веществом 17 можно многократно (при необходимости подачи в трещину 19 вещества 17 в объеме, больше объема устройства). Образовав трещину 19 проектных размеров, сбрасывают давление в веществе 17 выкручиванием винта 4 из трубы 2. Затем выкручивают трубу 2 из трубы 1, от чего лепестки 9 цанги освобождаются от их принудительного прижатия к внутренней поверхности герметизирующей втулки и обеспечивают свободное извлечение устройства из скважины 18.

Для работы устройства необходимо герметизировать скважину 18 и удерживать устройство от его выталкивания из скважины 18 давлением нагнетаемого вещества 17. Обе эти функции может выполнять втулка из твердого материала, прочно сцепленная со стенками скважины 18. В предлагаемом устройстве такая втулка образуется при отвердении и расширении отвердевающей смеси жидкости и заполняющего рукав 8 порошка. Сцепление с горной породой такой втулки происходит за счет приклеивания и придавливания ее внешней поверхности к стенкам скважины 18. Для снижения влияния на работу устройства зазора между ним и стенками скважины 18, через который может поддавливаться указанная смесь в жидком состоянии, нужно, чтобы ее расширение происходило при отвердении. Это требование выполняется при использовании в качестве порошка невзрывчатого разрушающего средства (НРС). Отметим, что для исключения разрушения стенок скважины 18 НРС, его требуемое количество рассчитывают по известной методике или определяют экспериментально.

Усилие вращения трубы 2 передается трубе 1 из-за трения в их резьбовом соединении 3. Поэтому труба 1 может начать вращаться при выкручивании из нее трубы 1, когда лепестки 9 цанги отожмутся от внутренней поверхности герметизирующей втулки, но концы цанги еще не сойдутся настолько, чтобы свободно проходить через герметизирующую втулку. Чтобы этого не происходило, в устройстве предусмотрен узел (фиг. 3), исключающий вращение трубы 1 в скважине 18. Он включает двухступенчатый упор 6 и кольцо 14, надетое на ступень 13. При этом кольцо 14 можно считать кругом, а ступень 13 - его осью вращения, которая смещена относительно центра круга и оси устройства. Таким образом, образуется эксцентричная связь между кольцом 14 и упором 6. Величину смещения ступени 13 по отношению к оси устройства выбирают из условия исключения вращения в скважине 18 кольца 14 относительно упора 6 или жестко связанной с ним трубы 1. Отметим, что надежность работы указанного узла подтверждена неоднократно практически.

1. Скважинное устройство для образования направленных трещин, включающее две коаксиально установленные трубы, связанные между собой посредством резьбового соединения, поршень, установленный во внутренней трубе, кольцевые упоры и герметизирующую втулку, размещенную между кольцевыми упорами, отличающееся тем, что кольцевые упоры выполнены на внешней трубе, герметизирующая втулка выполнена в виде навитого на внешнюю трубу рукава из проницаемого для жидкости материала и заполненного порошком, который при взаимодействии с жидкостью образует отвердевающую смесь, сцепляющуюся с горной породой, причем конец внешней трубы со стороны герметизирующей втулки выполнен в виде цанги, образующей концами лепестков один из указанных кольцевых упоров, при этом поршень выполнен в виде винта, связанного резьбовым соединением с накидной гайкой, навинченной на свободный конец внутренней трубы.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что другой из указанных кольцевых упоров выполнен двухступенчатым и на ступень с меньшим диаметром надето кольцо в виде круга с круглым отверстием, смещенным относительно центра круга, при этом центр указанной ступени смещен относительно продольной оси устройства.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что для заполнения рукава использован порошок, который при взаимодействии с жидкостью образует отвердевающую смесь, расширяющуюся при отвердении.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между внешней трубой и герметизирующей втулкой помещена втулка из тонкого материала.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя труба на конце со стороны цанги выполнена сужающейся в сторону концов лепестков цанги.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для образования трещин в скважинах с целью разборки породных массивов на блоки нужных размеров и формы, добычи ценного кристаллического сырья и строительного камня, разрушения горной породы и твердых тел по заданной плоскости.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для образования трещин в скважинах с целью отделения блоков от массивов, добычи ценного кристаллического сырья и строительного камня.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для образования трещин в скважинах с целью отделения блоков от массивов, добычи ценного кристаллического сырья и строительного камня.

Изобретение относится к горному делу и строительству и может быть использовано для добычи блочного камня, разрушения негабарита, пассировки блоков, раскола бетонных фундаментов и т.д.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при добыче гранитных и мраморных блоков и для разрушения горных пород. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при взрывном разрушении скальных и полускальных пород на карьерах. .

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена для гидравлического разрыва пласта. Скважинный флюид включает жидкость-носитель на водной основе, гидрофобные волокна, суспендированные в нем, гидрофобный зернистый материал, также суспендированный в жидкости-носителе и газ для смачивания поверхности частиц и связывания их вместе в агломераты.
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при разработке многопластовой нефтяной залежи. Технический результат - повышение нефтеотдачи.

Изобретение относится к нефтегазовому оборудованию, в частности к оборудованию заканчивания скважин, и может быть применено при операциях многостадийного гидроразрыва пласта (МГРП).

Изобретение относится к составам для обработки скважин для применения в нефтедобывающей области. Состав для обработки скважины, содержащий реагент для обработки скважины, адсорбированный на водонерастворимом адсорбенте, где состав получают осаждением реагента для обработки скважины из жидкости, при этом реагент для обработки скважины адсорбируют на водонерастворимом адсорбенте, и где реагент для обработки скважины осаждают в присутствии металлической соли.

Изобретение относится к жидкостям для гидроразрыва подземных пластов при добыче нефти и газа. Способ применения жидкости для гидроразрыва при формировании разрывов подземных пластов, включающий замедление расщепления полимера в жидкости для гидроразрыва при температуре от 125 до 400°F, когда жидкость для гидроразрыва содержит разжижитель, путем комбинирования по меньшей мере одного акцептора радикалов с жидкостью для гидроразрыва.

Группа изобретений относится к способам подготовки и обработки для интенсификации притока скважины. Способ подготовки боковых стволов скважины включает бурение множества боковых стволов скважины из по существу вертикальной скважины.

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.

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 найти применение при разработке нефтяной залежи. Технический результат - увеличение нефтеотдачи залежи. По способу разработки залежи осуществляют закачку рабочего агента через нагнетательные скважины и отбор пластовой продукции через добывающие скважины. Разработку ведут с контролем объемов отбора пластовой продукции в добывающих скважинах и закачки рабочего агента через нагнетательные скважины с превышением объемов закачки над отборами. Предварительно при повышении обводненности добываемой продукции в нагнетательных скважинах проводят изоляцию зон поглощения. По достижении фронта вытеснения от нагнетательной скважины добывающей скважины в последней проводят гидроразрыв пласта с увеличением пластового давления на заданную величину и в условиях повышенного содержания нефти в околоскважинном пространстве, измененного вследствие изоляции зон поглощения. После гидроразрыва наблюдают обводненность добываемой продукции и при ее снижении - восстановлении до заданной величины продолжают разработку на установившихся режимах с прежними отборами пластовой продукции и закачки рабочего агента. 1 пр.
Наверх