СКВАЖИННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ГИДРОРАЗРЫВА ГОРНЫХ ПОРОД

Предполагаемое изобретение относится к горному делу, в частности, к управлению горным давлением принудительным обрушением горных пород и может быть использовано для герметизации зоны инициирующей щели в скважине при проведении флюидо- или гидроразрыва горных пород.
Известное устройство для гидроразрыва скважин, включающее упругие оболочки, закрепленные на полых стержнях с радиальными и осевыми каналами, соединенными между собой трубой, неподвижные наружные и внутренние уплотнительные обоймы. Устройство снабжено регулируемым редукционным клапаном, установленным между оболочками, а внутренние уплотнительные обоймы закреплены на стержнях посредством конических втулок [1].
Недостатком устройства является низкая пропускная способность редукционного клапана, обусловленная наличием в его конструкции запирающих элементов (шарик, пружина), которые препятствуют проходу рабочей жидкости в загерметизированное пространство с необходимой производительностью. В связи с этим снижается эффективность работы устройства. Кроме того, применение редукционного клапана ведет к усложнению конструкции герметизирующего устройства.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности признаков является устройство для осуществления гидроразрыва пород в скважине, принятое в качестве прототипа, включающее корпус, выполненный в виде стакана с отверстиями для прохода рабочей жидкости, герметизаторы с втулками, установленные с обеих сторон стакана, золотник, установленный в стакане и снабженный пружиной, прижимающей его ко дну, штуцер и наконечник [2].
Недостатком этого устройства является ненадежность работы уплотнительной пары, включающей в себя уплотнение, выполненное из эластичного материала и прижатого к нему с помощью пружины золотника, так как при значительных по величине знакопеременных усилиях прижатия золотника к уплотнению (при закрывании-открывании устройства) возникает, вероятность разрушения последнего.
Технической задачей предложенного решения является повышение надежности работы разрывного устройства за счет применения золотника, конструктивное исполнение которого обеспечивает эффективную герметичность устройства при достаточно высокой долговечности его работы.
Поставленная задача достигается тем, что в скважинном устройстве для осуществления гидроразрыва горных пород, включающем корпус, выполненный в виде стакана с отверстиями в стенке для прохода рабочей жидкости, герметизаторы с втулками, установленные с обеих сторон стакана, золотник, установленный в стакане и снабженный пружиной, прижимающей его ко дну, штуцер и наконечник, корпус снабжен центральной трубкой, имеющей у дна стакана шлицевые прорези, золотник плунжерного типа помещен в уплотнительную втулку и удерживающую ее распорную втулку, отверстия в стенке стакана ориентированы радиально, в уплотнительной втулке выполнены отверстия, соосные отверстиям в стенке стакана, а золотник, центральная трубка и уплотнительная втулка имеют уплотнения, обеспечивающие герметичность соединений.
Указанная совокупность признаков позволяет существенно повысить надежность работы устройства, так как использование золотника плунжерного типа обеспечивает качественную герметизацию при достаточно высокой долговечности работы устройства.
Сущность предложенного технического решения поясняется описанием конструкции скважинного устройства для осуществления гидроразрыва горных пород и чертежом, на котором представлен его продольный разрез.
Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород состоит из полого корпуса, выполненного в виде стакана 1 с отверстиями 2 для прохода рабочей жидкости, соединенного открытой частью с полой втулкой 3 посредством резьбы. В дне стакана 1 выполнено сквозное центральное отверстие. На концах корпуса (во втулке 3 и на дне стакана 1) герметично закреплены герметизаторы 4 и 5 (далее уплотнительные элементы 4 и 5), способные деформироваться под действием давления рабочей жидкости. Со стороны свободных торцов уплотнительные элементы 4, 5 герметично соединены с наконечником 6 и штуцером 7, соответственно. В полости корпуса у дна стакана закреплена посредством распорной втулки 8 уплотнительная втулка 9, в которой размещен золотник 10 плунжерного типа, в центральное отверстие которого входит пустотелый патрубок 11, установленный между дном стакана 1 и торцом углубления во втулке 3. В стенках уплотнительной втулки 9 имеются радиальные отверстия 12, оси которых совпадают с осями отверстий 2 в стенках стакана 1. Прижатие золотника 10 к торцу уплотнительной втулки 9 осуществляется пружиной 13, установленной между золотником 10 и дном втулки 3. На торце пустотелого патрубка 11 со стороны дна стакана 1 выполнены шлицевые прорези 14. Уплотнения 15 во втулке 3, 16 в золотнике 10 и 17 в уплотнительной втулке 9 обеспечивают герметичность всех соединений устройства. Поверхность отверстия уплотнительной втулки 9 притерта по наружному диаметру золотника 10, что также обеспечивает достаточную герметичность соединения.
При управлении горным давлением принудительным обрушением пород кровли скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород располагают в заранее пробуренной скважине с нарезанной инициирующей щелью. Через штуцер 7 подают рабочую жидкость под давлением - уплотнительные элементы 4 и 5, увеличиваясь в диаметре, прижимаются к стенкам скважины, герметизируют участок скважины, на котором расположена инициирующая щель. При превышении давления, на которое настроена пружина 13, золотник 10 начинает перемещаться в сторону втулки 3, открывая тем самым доступ рабочей жидкости к радиальным отверстиям 12 и 2 в стенках уплотнительной втулки 9 и стакана 1 - рабочая жидкость поступает в загерметизированное пространство скважины и производит разрыв горных пород. В результате осуществления гидроразрыва давление рабочей жидкости резко падает, золотник 10 под действием пружины 13 возвращается в исходное положение, а уплотнительные элементы 4 и 5 принимают исходную форму.
Использование золотника плунжерного типа обеспечивает качественную герметизацию подвижных соединений устройства, что существенно повышает надежность и долговечность работы всего разрывного устройства, то есть достижение поставленной технической задачи.
Источники информации
1. Устройство для гидроразрыва скважин / а.с. СССР №877006, E21C 39/00, опубл. 20.10.1981, бюл. №40 (аналог);
2. Устройство для гидроразрыва пород в скважине / патент №2367791 РФ, E21C 39/00, опубл. 20.09.2009 (прототип).