Устройство для гидродинамического воздействия на массив

 

им.А.А.Скочинского (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОДИНАИИЧ ЕСКОГО

ВОЗДЕЙСТВИЯ НА МАССИВ

Изобретение относится к горному делу и может. быть использовано для осуществления воздействия гидравлической средой и гидравлическими ударными волнами на массив угля или пород с целью нарушения его сплошности, ослабления, снятия внутреннего напряжения, повышения эффективности дегазации и увлажнения, предотвращения внезапных выбросов и горных ударов.

Известно устройство для импульсного нагнетания воды в угольный пласт через скважины, включающее импульсатор с цилиндром и поршнем, ресивер и спусковой механизм.

В этом устройстве плавающий поршень импульсатора выполнен с калиброванным отверстием, через которое магистраль сообщена с гидрозатвором и с скважиной при статическом нагнетании воды. Импульсатор сообщен с гидрозатвором посредством патрубка. В процессе нагнетания вода из магистрали пос1у чет в ресивер и полость импульсатора, откуда через калиброванное отверстие, патрубок и гидрозатвор - в скважину. Вода, поступая в ресивер, сжимает в нем воздух, и когда срабатывает спусковой механизм, 5 энергией сжатого в ресивере воздуха в импульсатор выжимается дополнительное количество воды, повышая давление внутри импульсатора ft g. О Недостатком устройства является то, что давление в ресивере не превышает давления воды в магистрали.

Поскольку нет перепада давления (полость ресивера отверстием сообщена со скважиной), то и не будет импульса.

Эффективность импульсного воздействия на массив водой посредством такого устройства не может превышать эффективность статического напорного нагнетания.

Известно устройство для гидродинамического воздействия на массив жидкостью, включающее корпус генератора, 3 945"7 манжету гидрозатвора, насос, пульт управления и контроля.

В процессе статического напорного нагнетания воды в пласт периодически в генератор импульсов, сообщенный с шпуром через герметизатор, подается сжатый воздух, благодаря которому в гидрокамере генерируют высокочастотные импульсы j 2 j.

Недостатком известного устройства 1ф является слабое воздействие на массив вследствие того, что высокочастотные импульсы, генерируемые в гидрокамере генератора, будут гаситься в сужающемся канале гидрокамеры и в канале герметизатора.

Кроме того, применяемый в качестве генератора гидравлических импульсов пневматический ударный механизм бурильных машин является высокочас- > тотным (1500-2000 уд/мин) с малой энергией единичного удара 1,5-2,0 кгс.м, что не создает возможности прохождения упругих гидроволн по всей длине скважины, вследствие всхлопыва- ния волн, а значит и их гашения. Такое устройство не позволяет повысить эффективность воздействия ударных гидравлических волн путем генерации их в скважине.

Известными устройствами извоза малой энерговооруженности нельзя обеспечить высокую степень нарушения сплошности массива, снять внутренние напряжения и ослабить его в такой ме-; ре, чтобы обеспечить высокую эффек135 тивность дегазации и увлажнения, пред отвратить опасные динамические и газо-, динамические явления.

Цель изобретения - повышение эфто фективности воздействия ударных гидравлических волн за счет обеспечения формирования импульсов давления воды, I непосредственно в скважине.

43

Цель достигается тем, что в устройстве для гидродинамического воздействия .на массив, включающем корпус с полостями, в одной из которых размещен приводной механизм гидроудар; ника, а в другой - боек и плунжер гидроударника, канал для подвода жид- о кости в скважину с обратным клапаном, установленным на его выходе, и каналы, циркуляции рабочей жидкости, головная часть плунжера размещена за торцом корпуса, а между бойком и плунжером размещена рабочая жидкость, при этом корпус выполнен с утолщением, в котором расположены каналы циркуляции рабочей жидкости и каналы для подвода жидкости в скважину, причем полости в корпусе расположены эксцентрично с осью корпуса, а обратный клапан размещен между полостями.

На фиг.l приведена схема расположения установки гидродинамического воздействия на массив через скважину; фиг.2 — генератор гидравлических ударных волн, общий вид, фиг.3 - по.перечный разрез по плоскости А-А на фиг.2; на фиг.4 — продольный разрез но плоскости Б-Б на фиг.3; фиг.5продольный разрез по плоскости В-В на фиг.2; на фиг.6 - поперечный разрез по плоскости Г-Г на фиг.2.

Установка гидродинамического воздействия на массив состоит из низкочастотного генератора 1 гидравлических ударных волн, шарнирно укрепленного посредством опорной головки 2 на распорной колонке 3, маслостанции, насосной станции, пульта контроля и управления (не показаны). Генератор

1 устанавливается в скважине, преимущественно в пределах обсадной трубы 4.

Генератор 1 гидравлических ударных волн содержит цилиндрический корпус 5 (фиг.2-6), выполненный с двумя соосными эксцентрично расположенными с обеих сторон корпуса полостями, в задней из которых размещен приводной механизм гидроударника, а в передней - боек 6 гидроударника и плунжер

7, между которыми в полости 8 разгона бойка находится рабочай жидкость 9.

Приводной механизм гидроударника включает шток 10, соединенный с бойком 6, втулку 11, дифференциальную втулку 12, посаженную на шток 10 с возможностью возвратно-поступательного перемещения и взвода бойка 6 за кольцевой выступ 13 на штоке 10, а также механизм 14 автоматической остановки, взвода и спуска бойка.

Шток 10 с расточкой 15, отверстиями 16 для подачи жидкости при гидроспуске бойка и отверстиями lj для его взведения с помощью дифференциальной втулки 12, Шток 10 на свободном конце, примыкающем к механизму автоматической гидроостановки, взвода и спуска бойка имеет кольцевой выступ 13 с отверстиями 18, а на другом конце выполнен с проточкой 19, образующей вместе с корпусом 5 (в момент взведенного состояния бойка) полость

3 6

27, проникает через перфорационные отверстия 26 под гидроманжету 25 и, отжимая обратный клапан 28, через пространство между корпусом 5 генератора и .обсадной трубой 4 в скважину. В процессе нарастания давления профилактической жидкости гидроманжета 25 надежно герметизирует устье скважины.

После того, как давление профилактической жидкости достигнет заданного предела (определенного расчетами или экспериментально исходя из физико-механических, гидравлических и газодинамических характеристик пласта) приводится в действие генератор гидравлических ударных волн. Включается насосная маслостанция и рабочая жидкость (например, масло, эмульсия. и пр.) по каналу 34 поступает в полость 8, а по каналу 39 — одновременно в .приводной механизм гидроударника и пневмогидроаккумулятор 24 (на фиг.2 мембрана показана в момент разрядки).

Дифференциальная втулка 12 давлением рабочей жидкости, поступающей в полость 23 прямого хода бойка, отжимается вперед до упора и вытесняет рабочую жидкость из полости 21 обратного хода бойка через полость 20 и каналы 22 в сливную магистраль.

Передвигаясь, дифференциальная втулка 12 открывает отверстие 16 и. рабочая жидкость из полости 23, образованной внутренней поверхностью н под вижной втулки 11 и внешней штока 10, поступает через отверстие 16 в штоковую полость 15. Шток 10, благодаря воздействию давления рабочей жидкости, выжимается из полости 23 и вместе с бойком 6 движется вперед.

За счет давления жидкости, подаваемой насосом, и энергии, накопленной в пневмогидроаккумуляторе 24, боек гидроударника разгоняется до мак симальной скорости и через жидкостную подушку, образованную при перемещении брйком 6 размещенной в камере 8 рабочей жидкости 9, наносится динамический удар по плунжеру 7, который, в свою очередь, воздействует на столб профилактической жидкости, формируя в скважине гидравлическую ударную волну высокой энергии .

В процессе разгона бойка 6 излиш ки рабочей жидкости 9 через канал 35 сливаются в маслостанцию, а воздух выжимается через канал 36.

5 . 94547

20 для сообщения полости 21 обратного хода бойка с каналами 22 циркуляции рабочей жидкости. Шток 10 и неподвижная втулка 11 образуют полость

23 прямого хода бойка, сообщенную с пневмогидроаккумулятором 24, насосной и маслостанцией (не показаны).

На проточке корпуса 5 размещена гидроманжета 25, внутренняя полость которой отверстиями 26 сообщена с ка-1о налом. 27 для подачи в скважину профилактической жидкости. На выходе канала 27 установлен обратный клапан

28. Хвостовик 29 генератора выполнен с каналами, обеспечивающими подвод 15 и отвод рабочей жидкости, подачу профилактической жидкости и циркуляцию воздуха, а соединительный с колонкой

3 элемент хвостовика 29 выполнен в виде сферической опоры 30. Хвостовик ю

29 снабжен гайкой 31, трубой 32, кольцом 33, предназначенным для предварительного механического распора гидроманжеты 25.

Полость 8 сообщена с насосной т станцией (не показана) каналами 34 и 35, предназначенными соответствен, но для подачи и отвода рабочей жидкости 9 . Для циркуляции воздуха предусмотрен канал 36. зо

Плунжер размещен в передней полости корпуса 5 с возможностью автоматического возврата в исходное положение после удара за счет давления профилактической жидкости в скважине и за счет того, что плунжер ограничен в движении пазом 37, длина которого превышает линейный размер вкладыша 38 на величину хода.

Напорная и сливная магистрали от маслостанции подводятся к хвостовику . 29 генератора. Маслостанция сообщается каналами 34 и 35 с полостью 8, а каналами 22 и 39 с приводным механизмом гидроударника.

Работа установки гидродинамического воздействия на массив осуществляется следующим образом.

В проведенную и обсаженную трубой

4 скважину вводится генератор 1, который сферической опорой 30 хвостовика 29 закрепляется на опорной головке 2 распорной колонки 3 (фиг.1).

Поворотом гайки 31, перемещающей трубу 32 и кольцо 33, производят пред55 варительное уплотнение манжеты 25 в обсадной трубе 4, после чего начинают нагнетать профилактическую жидкость, которая, поступая по каналу

945473

После соударения бойка 6 и плунжера 7 рабочая жидкость иэ штоковой полости 15 через отверстия 17 поступает под большую по площади торцевую часть дифференциальной втулки 12 и, отжимая 5 ее, заполняет полость 21, образованную внутренней полостью корпуса 5 и внешней - штока 10. Дифференциальная втулка 12,упираясь второй (меньшей по площади) торцевой поверхностью - tO за кольцевой выступ 13 на штоке. 10, взводит боек 6. В это время рабочая жидкость вытесняется из полости 23 в пневмогидроаккумулятор 24, заряжая его. Когда отверстия 18 в кольцевом i5 выступе 13 штока 10 войдут в кольцо

14 механизма, движение бойка 6 прекращается.

Плунжер 7, размещенный в передней полости- корпуса 5, с помощью паза 37 и вкладыша 38,. после удара возвращается в первоначальное положение, и цикл повторяется.

Расход рабочей жидкости в приводном механизме гидроударника обуслов- р5 лен объемами полости 2 1 обратного хода бойка и полости, заключенной между проточкой 19 штока 1О и корпусом 5 генератора.

Расход рабочей жидкости 9 в полости 8 разгона бойка 6 определяется необходимостью ее охлаждения, для чего предусмотрены канал 34 для подачи и канал 35 для отвода жидкости 9.

Рабочая жидкость„вытекая иэ ме ханизма привода гидроударника и полости 8 разгона бойка, охлаждается в магистрали и маслостанции.

Предлагаемое устройство позволяет значительно повысить КПД и эффективность воздействия на горный массив за счет генерации-непосредственно в скважине гидравлических ударных волн высокой энергии единичного удара (по расчету до 300. ° .500 кгс.м) и заданной частоты (до 500 уд/мин).

Регулирование производительности и давления рабочей жидкости, осуществляемое насосом и пневмогидроаккумуля. тором, дает возможность генерировать гидравлические ударные волны необходимой амплитуды и длины волны, расширяя область применения разработанной установки.

Формула изобретения

Устройство для гидродинамического воздействия на массив, включающее корпус с полостями, в одной из которых размещен приводной механизм гидроудар" ника, а в другой боек и плунжер гидроударника, канал .для подвода жидкости в скважину с обратным клапаном, установленным на его выходе и каналы циркуляции рабочей жидкости, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности воздействия ударных гидравлических волн за счет обеспечения формирования импульсов давления воды непосредственно в скважине, головная часть плунжера размещена. эа торцом корпуса, а между бойком и плунжером размещена рабочая жидкость, при этом корпус выполнен с утолщением, в котором расположены .каналы циркуляции рабочей жидкости и канал для подвода жидкости в скважину, причем полости в корпусе расположены эксцентрично с осью корпуса, а обратный клапан размещен между полостями.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

H 296892, кл. E 21 F 5/02, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

М 219510, кл. E 21 F 5/02, 1966.

945473

A-A

ЮГ7 Г N

Фиг.4

Г-Г

Фиаб

Составитель И. Федяева

Редактор А.Шандор Техред Л.Пекарь КорРектоР А.дэятко в М

Заказ 5289/49 Тираж 470 ., Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и-открмтий

3 1303$, Москва, Ж"35, Раужская наб, д.4/5 т . Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4