УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОРАЗРЫВА СКВАЖИН

Техническое решение относится к горному делу, а именно к приборам горной геофизики, и может быть использовано для разупрочнения горного массива методом направленного флюидо - или гидроразрыва.
Известен двухсторонний герметизатор (см. Клишин В.И. «Адаптация механизированных крепей к условиям динамического нагружения».-изд.«Наука», Новосибирск, 2002, c.l45-148.), предназначенный для герметизации узких зон скважин в районе подготовленных щелей и обеспечения последующего высоконапорного нагнетания в эту зону жидкости с целью гидроразрыва пород кровли. Двухсторонний герметизатор состоит из двух герметизирующих узлов, каждый из которых включает пакет резиновых колец и нажимную втулку, надетые на общую трубу с возможностью свободного проскальзывания.
Недостатком данного герметизатора является то, что он может быть использован для направленного разрыва кровли только у забоя скважины, так как деформация пакета резиновых колец происходит под воздействием сжимающего усилия от штанги с обязательным упором в забой. Таким образом, в случае необходимости гидроразрыва горного массива слоями через определенный шаг необходимо производить предварительное бурение скважин на заданную глубину в зависимости от места запланированного
разрыва горного массива. Это усложняет технологический процесс его послойного разупрочнения.
Наиболее близкой по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для гидроразрыва скважин (см. а.с. СССР №877006, Е21С 39/00, опубл. в БИ №40, 1981.), включающее упругие оболочки, закрепленные на полых стержнях с радиальными и осевыми каналами, соединенными между собой трубой, неподвижные наружные и внутренние уплотнительные обоймы, снабженное регулируемым редукционным клапаном, установленным между оболочками, а внутренние уплотнительные обоймы закреплены на стержнях неподвижно посредством уплотнительных втулок.
К недостаткам этого устройства следует отнести сложность его точной установки в районе предварительно прорезанной инициирующей щели, которая обеспечила бы расположение щели строго между упругими оболочками, так как только в этом случае возможна надежная герметизация пространства, в которое впоследствии подается под давлением вода для разрыва горного массива в направлении, заданном инициирующей щелью.
Технической задачей предлагаемого решения является упрощение технологического процесса разупрочнения горного массива при надежной герметизации пространства, в которое впоследствии подается под давлением вода для разрыва горного массива, за счет образования инициирующей щели строго между упругими оболочками.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для гидроразрыва скважин, включающем упругие оболочки, закрепленные на стержнях с радиальными и осевыми каналами, и регулируемый редукционный клапан, установленный между оболочками, согласно техническому решению между упругими оболочками размещен щелеобразующий инструмент, при этом указанный редукционный клапан размещен в его корпусе.
Такое конструктивное решение предлагаемого устройства обеспечивает образование инициирующей щели строго между упругими оболочками и позволяет производить операции по прорезке инициирующей щели, герметизацию пространства в районе инициирующей щели и разрыв горного массива с помощью одной буровой штанги, установленной на необходимом уровне. Это в значительной мере упрощает технологию проведения работ по разупрочнению горного массива при надежной герметизации пространства в районе инициирующей щели на любом заданном уровне.
Сущность технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами (фиг.1, 2, 3), где на фиг.1 изображен общий вид устройства для гидроразрыва скважин с частичными вырывами, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.
Устройство для гидроразрыва скважин состоит из стержней 1 и 2 с радиальными 3 и осевыми 4 каналами подвода воды и редукционными клапанами 5. Стержни 1 и 2 связаны между собой корпусом щелеобразующего инструмента 6 с помощью резьбы и на них закреплены упругие оболочки 7 с помощью уплотнительных обойм 8. В корпусе щелеобразующего инструмента 6 установлен регулируемый редукционный клапан 9, настроенный на давление воды, превышающее настройку редукционных клапанов 5.
Устройство для гидроразрыва скважин работает следующим образом. Оно закрепляется на буровой штанге замковой резьбой 10 и вводится в ранее пробуренную скважину на необходимую для разупрочнения горного массива глубину. От бурового станка подается команда на вращение буровой штанги и соответственно устройства для гидроразрыва скважин с одновременной нарезкой инициирующей щели (далее - щели) при помощи ножей 11 щелеобразующего инструмента 6 строго между упругими оболочками 7. После нарезки щели в горном массиве от станка по буровой штанге к устройству подается под давлением вода, которая, преодолевая сопротивление редукционных клапанов 5, настроенных на необходимое
давление, проникает под упругие оболочки 7. Упругие оболочки 7, расширяясь, плотно прилегают к стенкам скважины и изолируют пространство в районе нарезанной щели. При дальнейшем повышении давлении воды, открывается регулируемый редукционный клапан 9, установленный в корпусе щелеобразующего инструмента 6, и вода проникает в пространство, изолированное от внешней среды упругими оболочками 7, заполняет его и при дальнейшем повышении давления до величины, необходимой для разрушения горного массива, разрывает его, образуя трещину в направлении щели, прорезанной ранее ножами 11 щелеобразующего инструмента 6. После разрыва горного массива давление воды падает, ножи 11 щелеобразующего инструмента 6 убираются, упругие оболочки 7 сжимаются, и при помощи бурового станка буровая штанга и устройство для гидроразрыва скважин перемещается по скважине на новый уровень для образования нового гидроразрыва горного массива. Таким образом в одной скважине можно получить несколько гидроразрывов, каждый на заданном уровне.