УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА (ВАРИАНТЫ)
DEVICE FOR FORMATION HYDRAULIC FRACTURING (VERSIONS)

Изобретение относится преимущественно к нефтегазодобывающей промышленности и области водоснабжения для повышения проницаемости нефтегазоносных и водоносных пластов.
Известно устройство для гидроразрыва пласта, содержащее корпус с крышкой со штоком и отражатель, образующие камеру сгорания, в которой размещены пороховой заряд с воспламенителем и уплотнительный элемент (см. авт. св. СССР №1029673, кл. Е21В 43/26, 1982 г.).
Недостатками этого устройства являются малая надежность в работе и необходимость соблюдения строгих мер безопасности для исключения травматизма обслуживающего персонала.
Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является устройство для гидроразрыва пласта, содержащее корпус с радиальными каналами, в которых закреплены втулки с коническим соплом (см. патент ФРГ №2402757, кл. Е21В 43/25, 1978 г.).
К недостаткам этого устройства следует отнести низкую эффективность, что связано с невозможностью изменения расстояния между торцами сопел от обрабатываемого пласта.
В связи с изложенным техническим результатом изобретения является повышение эффективности работ при добыче нефти, газа и воды.
Указанный технический результат по первому варианту достигается тем, что в устройстве для гидроразрыва пласта, содержащем корпус с радиальными каналами, в которых закреплены втулки с коническим соплом, согласно изобретению втулки выполнены на внутренней поверхности с кольцевой расточкой, а сопла - на наружной поверхности с кольцевой проточкой, образующими совместно кольцевую полость, в которой с возможностью взаимодействия с втулкой и соплом размещена пружина сжатия, обеспечивающая радиальное перемещение сопла.
По второму варианту указанный технический результат достигается тем, что устройство для гидроразрыва пласта, содержащее корпус с радиальными каналами, в которых закреплены втулки с коническим соплом, согласно изобретению снабжено размещенной в полости корпуса втулкой с конической наружной поверхностью, выполненной с радиальными каналами, совмещенными в рабочем положении с полостью сопел, и подпружиненной в осевом направлении, при этом сопла выполнены с наклонным торцом, контактирующим с конической поверхностью втулки, а сопла установлены с возможностью радиального перемещения и подпружинены в радиальном направлении.
Достижению указанного технического результата способствует также и то, что втулка, размещенная в полости корпуса, выполнена с седлом под бросовый клапан, при этом седло клапана выполнено с наклонными пазами, соединяющими в рабочем положении надклапанную полость с подклапанной полостью.
Изобретение поясняется чертежами, на которых на фиг.1 и 2 изображен общий вид устройства соответственно по первому и второму вариантам.
Предложенное устройство для гидроразрыва пласта по первому варианту содержит корпус 1 (см. фиг.1) с радиальными каналами 2, в каждом из которых закреплена втулка 3 с коническим соплом 4. Сопло 4 зафиксировано от перемещения в сторону оси корпуса 1 в полости втулки 3 любым известным способом, например пружинным разрезным кольцом 5. Втулки 3 выполнены со ступенчатой внутренней поверхностью, а сопла 4 - с наружной ступенчатой поверхностью, образующими совместно кольцевую полость 6, в которой с возможностью взаимодействия с втулкой 3 и соплом 4 размещена пружина сжатия 8, обеспечивающая радиальное перемещение сопла 4. Для герметизации сопла 4 предусмотрено уплотнительное кольцо 7, установленное в канавке на его наружной поверхности и контактирующее с внутренней поверхностью втулки 3.
Устройство для гидроразрыва пласта по второму варианту содержит корпус 1 с радиальными каналами 2, в каждом из которых закреплена втулка 3 с коническим соплом 4. Устройство снабжено размещенной в полости корпуса 1 подпружиненной в осевом направлении втулкой 10 с конической наружной поверхностью 11, ответной конической поверхности 12 торца сопла 4 со стороны оси корпуса 1. Втулка 10 выполнена с радиальными каналами 13, совмещенными в рабочем положении с полостью сопел 4. Втулка 10 опирается на пружину 14 и выполнена с седлом 15 под бросовый клапан 16, при этом седло 15 клапана 16 выполнено с наклонными пазами 9, соединяющими в рабочем положении надклапанную полость с подклапанной полостью. Как и в первом варианте, между наружной поверхностью сопла 4 и внутренней поверхностью втулки 3 размещена пружина сжатия 8 для радиального перемещения сопла 4 в полости втулки 3.
Принцип работы устройства заключается в следующем. После спуска устройства в скважину в заданном интервале начинают прокачивать жидкость разрыва, которая, проходя через конические сопла 4, приобретает значительную скорость и оказывает динамическое воздействие на продуктивный пласт, образуя в нем трещины. Эффективность образования трещин зависит от скоростного напора струи, которая в свою очередь зависит от расстояния между торцом сопла 4 и пластом. Чем меньше это расстояние, тем эффективнее работа устройства. С этой целью в предложенном устройстве сопла 4 установлены с возможностью радиального перемещения, обеспечивающего приближение сопла 4 к продуктивному пласту. При увеличении объема прокачиваемой жидкости разрыва перепад давления на выходе из сопла увеличивается и сопло 4 начинает выдвигаться из втулки 3 за диаметр корпуса 1. После прекращения подачи жидкости разрыва сопла 4 под действием усилия пружины 8 возвращаются в исходное положение и не препятствуют подъему устройства на поверхность.
В устройстве по второму варианту радиальное перемещение сопел 4 осуществляется путем воздействия на их наклонный торец 12 наклонной поверхностью осевой втулки 10. Перемещение последней обеспечивается сбросом обратного клапана 16, перекрывающего большую часть проходного сечения осевого канала втулки 10. При этом жидкость разрыва подается через наклонные пазы 9, выполненные на поверхности седла 15, и далее через совмещенные радиальные каналы 13 втулки 10 и сопла 4. В этом случае после прекращения подачи жидкости разрыва втулка 10 под действием пружины 14 поднимается вверх и выдвинутые в радиальном направлении сопла 4 под действием пружин 8 возвращаются в исходное положение. После этого устройство при необходимости может быть свободно поднято на поверхность.
Применение предложенного устройства позволяет значительно повысить эффективность работ при добыче нефти, газа и воды.