Скважинное устройство для гидроразрыва горных пород Советский патент 1985 года по МПК E21C37/10 E21B43/26 

со Изобретение относится к горному делу, а именно к разрушению горных пород гидроразрывом, и может быть использовано во всех отраслях горной промышленности при создании искусственной треш,иноватости 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 гор.ных пород, включающее несущий ствол с подводящим щтуцером 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 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 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 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 I с каналами 2 для подвода жидкости и подводяш,им штуцером (не показан), герметизируюш,ий эластичный пакер 3 с камерой 4 распора, надетый на ствол 1 и упирающийся Б уплотнитель 5, поджатый гайкой 6. На стволе закреплен зонтичный герметизирующий 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 гидросисГидроразрыв 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 Г1, поскольку благодаря упругости пакера 7 происходит ее перемещение вверх от пакера 3 и жидкость свободно входит в пат ость 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 надежностью и эффективностью в работе. Наличие распорной

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 перемещение в скважине и извлечение.

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

Фиг.1