Устройство для гидроимпульсного воздействия на горный массив Советский патент 1992 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых для гидрообработки выбросоопасных пластов.

Цель изобретения - повышение эффективности гидрообработки путем Тидроимпульсного воздействия потоком рабочей жидкости на забой и стенки скважины.

На фиг. 1 приведено устройство, общий вид; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 узел I на фиг. I; на фиг. 4 - схема виброформирующего элемента; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 1;

на фиг. 7 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 8 схема расчета прочности стенок виброисточника.

Устройство состоит из виброформирующего элемента 1 и гидрозатвора 2. внутри которого расположены два трубопровода для отработанного рабочего агента 3 и подачи нового 4, Гидррзатвор 2 состоит из упругорасширяющего рукава 5 с внутренней металлической оплеткой б, обжатого с двух сторон передовой 7 и задней 8 втулками и крышками 9. В заднюю втулку 8 гидрозатвора 2 ввинчивается переходньгй узел с обратным клапаном 10 и проточками в его теле для трубопроводов 3.4, подходящих непосредственно к виброисточнику 11 виброформирующегоэлемента1.

Виброформирующий элемент t состоит из виброисточника 11, установленного в.корпусе 12. Виброисточник 11 удерживается в корпусе 12 виброформирующего элемента 1 с помощью упругоэластичной манжеты 13 и упругих связей 14. В торцовой части виброисточника 11 устанавливается съемный тупйковый отражатель 15. Последний закрепляется с помощью выступа 16, расположенного в торцовой части виброисточника. Выступ 16 плотно входит в специальную, полость, расположенную в отражателе 16. С противоположной части отражатели расположена тупиковая сферическая полость 17 с радиусом сферы R. В торце корпуса 12 виброформирующего элемента предусмотрено уменьшение сечения корпуса 18 с диаметром, соответствующим диаметру сферы (2R) отражателя. На отражателе 15 гидравлических волн (фиг. 3) предусмотрены проточки (каналы) 19 для прохода виброактивированной жидкости через зону отражателя 15 и сопло в забой скважины.

Необходимость наличия отражателя в торце виброформирующего элемента обусловлена необходимостью повышения КПД работы гидропульсационного потока по воздействию на забой не только за счет действия прямых волн виброактивированной жидкости, но и наложения на поток отраженных волн, сфокусированных в отражателе 15, волн, ранее рассеянных от поверхности забоя, боков и различных неровностей обрабать1ваемой скважины. В теле упругоэластичнрй манжеты 13 пр едусмотрены ряд (например, восемь) отверстий 20 (фиг. 4). Манжета 13 предусмотрена для фиксации виброисточника 11 в теле виброформирующего элемента. Упругие связи 14, например, в виде четырёх резиновых подвесок предусмотрены в основном для исключения возможности соударения при вибрации корпуса виброисточника 11с корпусом 12 виброформирующего элемента.

Вопросы установки и запрессовки трубопроводов 3. 4 в теле втулки являются весьма важными, поскольку давление жидкости, поступающей по герметизатору 2, достигает величин 25-30 МПа. Запрессовка трубопровода в теле втулки показан на фиг. 5. В теле втулки 7 выполнено отверстие С двумя диа

0 метрами - меньшим отверстий 2 Т (превышающих диаметр трубопровода 4 для возможности его введения в это отверстие) и большим отверстий 22. В отверстия 21 и 22 устанавливается упорная манжета 23, С

5 внутренней стенки втулки 7 в отверстие 22 вводится вторая упорная манжета 24. Между манжетами 23 и 24 установлены промежуточные манжеты 25. Затем осуществляется заделка стыков между телами втулки 7 трубопровода 4, например, запайкой 26.

Исследования и анализ работы гидроэатворов при нагнетании жидкости в пласт показали, что длина гидрозатвора может

5 укорачиваться на 10-15 см, а в некоторых случаях до 25-30 см, т.е. в принципе может Г1роизойти укорачивание при работе (а затем соответственно удлинение) до 10% длины гидрозатвора. Последнее может

0 привести к сгибу, а затем к разгерметизации трубопроводов, проложенных в теле гидрозатвора. Конфигурацию трубопроводов принимают в виДе змеевика-спирали с запасом хода до 0,1 длины гидрозатвора либо прямолинейной, но с упаковкой телескопических манжетных муфт. Первое предложение более простое, но при существующих внутренних диаметрах гидрозатвора и необходимых диаметрах трубопроводов не всегда возможно их разместить в виде змеевика, так, например, внутренний диаметр гидрозатвора фирмы Таурас равен 20-24 мм, а диаметр трубопроводов, например, для пневмовибратора не менее 8-10 мм.

5 Телескопическая Муфта состоит из двух участков каждого трубопровода 27 и 28. Эти участки трубопровода 29 за счет утонения диаметра на одном из них свободно входят друг в друга. ЬГа конце участка трубопровода

0 28 установлен патрубок 30, в теле которого имеются специальные канавки для укладки а них специального уплотнительного кольца 31. Для герметизации участков трубопровода от проникновения в них жидкости из гид5 розатаора предусмотрен подвижный 32 и неподвижные 33, 34 фланцы с уплотнитель., ными кольцами 35-37. В теле подвижного 32 и неподвижного 34 фланцев имеются полуканайки, в которые устанавливают уплотнение 35. Между патрубком 30 и утоненным участком трубопровода 29 устанавливаэтся сальниковое уплотнение 38. Уплотнения 31, 35.36 и 37 служат для создания герметичности между фланцами и патрубком 30 при его 5 перемещении вдоль фланцев 32, 34 по оси трубопровода. А уплотнение 38 служит для плотности контакта при сдвижении участков трубопровода 27. 28. Патрубок 30 предусмотрен и выполнен с точным 10 выполнением всех размеров при высоком классе об|работки материала. Фланец 33 монолитно (цельно) соединен с патрубком 30, а фланец 34 - с участком трубопровода 27, 28. Стягивание и плотное, зажатие непод- 15 вижного и подвижного фланцев 32, 34 с уп лотнением 35 производится с помощью хомута 39. Смена уплотнений осуществляется путем снятия хомута 39 и затем снятия подвижного фланца 32, после чего произво- 20 дят удаление изношенных уплотнений и их замену. На фиг, 7 телескопическая манжетная муфта показана в сжатом состоянии. Запас хода муфты равен I, определяемой выраже- 25 нием 1 0,1 Uep,

где Lrep - длина герметизатора, м.

РазнЬсть диаметров корпуса вйброформирующего элемента 1 и виброисточника 11 выбирается из следующих соображений. Зазор между стенками корпусов (D-d)- 0,5 быть больше максимальной амплитуды колебания виброисточника (А). Возможны случайные отклонен-ия колебания корпуса виброисточника (особенно, при случайном вхождении всей системы с учетом массива в зарезонансный режим), котцрые реально могут достигнуть величины 1,5-2,5. Тогда величина зазора между стенками корпуса виброисточника и внутренними стенками .корпуса .виброформирующего элемента не должна быть меньше величины

6.I

(D-d) (3-5)А

(2).

Прочность стенок трубопроводов 3 и 4, а также стеной виброисточника 11 должна превышать усилие сжатия давящей жидкости. Для расчета стенок используют расчетную схему, представленную на фиг. 8. nyctb в скважиНе расположен корпус 12 виброформирующего элемента, внутри котЬрого расположен виброисточник 11. В дальнейшем будем именовать стенки корпуса 12 наружного и стенки корпуса внутреннего виброисточника (трубопровода) 11. Изнутри

(5)

где п - предел прочности материала Сведя выражения (3) и (5)

PI г - Р2 г

,73

(6)

ri-r

Введя в зависимость (6) значения и обозначения для виброформирующего элемента или трубопровода (фиг. 8), получают выражение

PI Рж1; Р2 Ртр.; п d/2 : Г2 (d+2(J)

-Р

4

(d + 2 а)

4

(7)

или

0,42 п на стенки корпуса виброиеточника 11 действует давление текучего агента Ртр. Снаружи на стенки виброисточника 11. давит давление жидкости в герметизаторе Рж. Поскольку давление в скважине пр14блиэительно равно давлению в герметизаторе, считают, что на стенки корпуса 12 снаружи давит, как и изнутри, равное давление РЖ. Радиальные напряжения а , возникающие в стенках внутреннего корпуса виброисточника 11, будут составлять PI -Г - Р2 г где п и Г2 - соответственно внутренний и наружный радиус трубопровода; Pi и Р2 - внутреннее и наружное давление на стенки трубопровода. Допустимые напряжения в стенках корпуса не должны превышать величины (3) а с учетом необходимого запаса прочности п

Таким образом, для определения устойчивости стенок виброисточнйка и трубопроводов необходимо решение уравнения {8} относительно толщины стенок (б) , прочности материала (с7р) и необходимого запаса Jn), а также параметров устройства (РЖ. Ртр. d).

Допустимое давление жидкости нагнетания РЖ будет равно

Р d 0,(d+26)2 (d+26)2. Выполняют примерный проверочный

расчет возможного давления нагнетания жидкости (РЖ) для следующих параметров устройства: d 0,03 м; (5 0,005 м: Ртр 10 Па;

п .

Подставляя указанные значения параметров устройства в выражение (9), получают допустимое значение подачи жидкости в герметизатор (Рж). Оно равно РЖ МПа (400 атм).

Устройство работает следующим образом..

Текущий агент, например, сжатый воздух, из пневмомагистрали под давлением (0.6 МПа) поступает по трубопроводу 4 к виброисточнику 11, который в результате включается в работу. Отработанный воздух по трубопроводу 3 отводится От виброисточника 11 и сбрасывается в атмосферу. Устройство устанавливается в скважину на необходимую глубину. К втулке герметизатора подается по трубам жидкость от насосной установки, например УНИ, которая -поступает, проходя обратный клапан 10, в корпус 12 виброформирующего элемента 1, проходи отверстие в теле манжеты 13 и каналы 19 в теле отражателя в забой скважины. Образуется подпор и повышается давление жидкости в забое и теле герметизатора.За счет расширения упругорасширяющего рукава 5 гидрозатвор 2 распирается в скважину. При работе виброисточника 11 поток жидкости виброактивируется, в результате этого воздействие гидропульсационного потока на горный массив осуществляется более эффективно за счет воздействия гидроволк со скелетом горного массива. Волны взаимодействия с забоем и стенками скважины отражаются и частично направляются, в том числе и в направлении.

противоположном движению потока жидкости из устройства. При попадании этих волн в сопло устройства они попадают на тупико8ь й отражатель 15, где фокусируются в тупиковой сферической полости it, отражаются и направляются в забой скважины, накладываясь на основной поток жидкости. Отраженная волна повышает виброактивность потока жидкости, амплитуду

его колебаний и тем самым повышает эффективность нагнетания жидкости в скважине.

Формулаизобре тения

(9)

1.Устройство для гидроимпульсного воздействия на горный массив, включающее гидрозатвор с клапаном, подпружиненным штоком и дросселем, выполненным в виде труб различного диаметра, концентрически расположенных одна в другой, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности гидроорработки путем гид-, роимпульсного воздействия потоком рабочей жидкости на забой и стенки скважины, устройство снабжено автономным источником пульсаций, установленным е торцовой части гидрозатвора и состоящим из виброформирующего элемента с виброисточником внутри него, в торцовой части виброформирующего элемента установлена съемная эластичная манжета выпуклой формы в виде тупикового отражателя гидравлических волн, следующих от забоя скважины, прииэтом виброисточник укреплен в вибро.формирующем элементе с помощью не менее двух гибких связей различной жесткости, а тупиковый отражатель выполнен диаметром, превышающим диаметр выходного отверстия виброформирующего элемента, и укреплен на торце виброисточника, примем через внутреннюю полость тела гидрозатвора пропущены два трубопровода для подачи рабочего и отвода отработанного виброисточником агентов,

2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что длина трубопроводов для подачи рабочего и отвода отработанного агентов принята не менее чем 0,1 превышающей длину .гидрозатвора, а конфигурация их выполнена в виде змеевика-спирали,

3.Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем. что трубопроводы для подачи рабочего и отвода отработанного агентов выполнены прямолинейными с телескопическими манжетными муфтами, имеющими рабочий запас хода не менее 0,1 длины гидрозатвора.

4.Устройство поп. 1,отличающеес я тем. Что указанные трубопроводы размещены в гидрозатворе в круговых каналах

различных диаметров в передовой втулке гидрозатвора и укреплены при помощи упорных манжет, а зазоры между трубопроводом и втулкой заделаны, при этом трубопровод подачи рабочего агента снабжен специальным переходником для подключения к сети, питающей виброисточник, а другой трубопровод имеет свободный выход.

5.Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем. что трубопроводы и корпус виброисточника выполнены из материала, прочность на сжатие которого превышает величину 30 МПа.

6.Устройство по пп. 1-5, отличающееся тем, что виброисточник установлен в корпусе виброформирующего элемента на М упраКленая it тдо-ш сжотоео. г/7 /.Л.

резиноэластичной манжете с отверстиями для протока жидкости и на упругих связях в виде резиновых подвесок, при этом величина зазора между виброисточником и стенками корпуса виброформирующего элемента не должна быть менее величины

(D-d)(3-5)vA,

где D - внутренний диаметр корпуса виброформирующего элемента;

d - диаметр виброисточника;

А - максимальная амплитуда колебаний виброисточника. ( « Ю / /. V / J1 пп J5 / / // /

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых для гидрообработки выбросоопасных пластов. Цель изобретения - повышение эффективности гидрообработки путем гидроимпульсного воздействия .потоком рабочей жидкости на забой и стенки скважины. Устройство содержит гидрозатвор, клапан с подпружиненным штоком и дросселем, выполненным в виде труб различного диаметра, концентрически расположенных одна в другой. Вторцовой части гидрозатвора установлен автономный источник пульсаций, состоящий из вибрирующего элемента (ВЭ) с виб- роисточнйком (ВИ) внутри него. В торцовой части ВЭ смонтирована съемная эластичная манжета выпуклой формы в виде тупикового отражателя гидравлических волн. ВИ укреплен в ВЭ с помощью гибких связей и подключен изолированно от потока рабочей жидкости. Для этого через внутреннюю полость гидрозатвора пропущены два трубопровода (ТП) для подачи рабочего и отвода отработанного ВИ агента, ТП выполнен прямолинейным или в виде змеевика-спирали. Прочность на сжатие материалов, из которых выполнены ТП и ВИ, Должна превышать 30 МПа, а допустимое давление жидкости, подаваемой в герм'етизатор; составляет величинуРж= [

fz/ 7

27

Фие.3

В

/72

//У/// 7/ /// /////77///7///

/ ////// 7 / /у / /у /////// /у /

4

«,

1у /

7/7/

Ц /

//г4

Фг/г5