УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОРАЗРЫВА СКВАЖИН

Техническое решение относится к горному делу, а именно к приборам горной геофизики, и может быть использовано при разупрочнении массивов горных пород и угля, в частности, для герметизации зоны инициирующей щели при гидроразрыве.
Известно устройство для гидроразрыва скважин (а.с. СССР №877006, Е21С 39/00, опубл. в БИ №40, 1981), включающее упругие оболочки, закрепленные на полых стержнях с радиальными и осевыми каналами, соединенные между собой трубой, неподвижные наружные и внутренние уплотнительные обоймы и регулируемый редукционный клапан, установленный между оболочками. Внутренние уплотнительные обоймы закреплены на стержнях неподвижно посредством конических втулок.
Недостатками данного устройства является то, что при снятии давления после гидроразрыва скважины в упругих оболочках остаются остаточные деформации. Кроме этого, внутри этих оболочек остается часть жидкости, поэтому после нескольких операций по гидроразрыву упругие оболочки не могут принять прежние размеры, что препятствует извлечению устройства из скважины. К тому же, для исключения возможности гидроразрыва вдоль скважины необходимо, чтобы расстояние между упругими оболочками не превышало диаметра концентрической щели, что в данном устройстве не предусмотрено.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для гидроразрыва пород в скважине (патент РФ №2268359, Е21В 43/26, опубл. в БИ №2, 2006), состоящее из корпуса с каналом, установленных на нем упругих уплотнительных элементов, между которыми размещена поршневая пара с уплотнительными кольцами и стопорящей гайки. Рабочая камера поршневой пары сообщена с каналом, а в ее цилиндре выполнено радиальное отверстие с возможностью сообщения с рабочей камерой поршневой пары при пакеровании скважины упругими уплотнительными элементами и дополнительного сжатия этих элементов при давлении гидроразрыва с самозапиранием изолированного участка скважины.
Недостатком данного устройства является отсутствие принудительного возврата упругих уплотнительных элементов в исходное положение, поэтому после отключения давления жидкости упругие уплотнительные элементы не могут быстро выдавить жидкость из камеры поршневой пары и вернуться в прежнее положение, что будет препятствовать извлечению устройства из скважины. Для возвращения в исходное положение упругих уплотнительных элементов за счет собственных упругих деформаций требуется определенное время, что снижает производительность и эффективность работ по гидррразрыву.
Технической задачей предлагаемого решения является повышение производительности и эффективности работы устройства за счет управления сжатием и разгрузкой упругих оболочек при качественной герметизации изолированного участка скважины.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для гидроразрыва скважин, включающее корпус с осевым отверстием и размещенными на нем упругими оболочками и гидравлические толкатели, согласно техническому решению снабжено редукционным клапаном, расположенным между упругими оболочками в центре корпуса, при этом к торцам упругих оболочек со стороны редукционного клапана прикреплены скользящие по
корпусу втулки, а гидравлические толкатели снабжены пружинами возврата упругих оболочек в исходное положение и прикреплены к противоположным торцам упругих оболочек.
Наличие редукционного клапана, установленного указанным образом и прикрепленных к торцам упругих оболочек со стороны редукционного клапана скользящих по корпусу втулок обеспечивает качественную герметизацию участка скважины с инициирующей щелью, позволяющую создавать в изолируемом участке скважины давление жидкости, необходимое для гидроразрыва. Качественная герметизация участка скважины достигается за счет дополнительного сжатия упругих оболочек перемещающимися по корпусу втулками под воздействием давления воды, поступившей через редукционный клапан в пространство скважины, изолированное упругими оболочками.
Прикрепление гидравлических толкателей к противоположным торцам упругих оболочек и наличие в них пружин возврата упругих оболочек в исходное положение обеспечивает управляемую герметизацию и гарантированную разгерметизацию изолированного участка скважины, т.е. быстрое возвращение упругих оболочек в прежнее положение.
Указанная совокупность признаков значительно повышает эффективность работы устройства и его производительность.
Целесообразно чтобы указанные втулки со стороны редукционного клапана были выполнены с торцов со скосами. Такое исполнение обеспечивает повышенную герметизацию изолированного участка скважины со стороны инициирующей щели, что также повышает эффективность работы устройства.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения устройства для гидроразрыва скважины и чертежом, на котором представлен его общий вид в продольном разрезе.
Устройство для гидроразрыва скважин (далее-устройство) состоит из корпуса 1 с наконечником 2. В центре корпуса 1 установлен редукционный
клапан 3, по обе стороны которого установлены скользящие по корпусу 1 втулки 4 и 5, которые прикреплены к торцам упругих оболочек 6 и 7 соответственно. К противоположным торцам упругих оболочек 6 и 7 присоединены гидравлические толкатели 8 и 9 с пружинами 10, 11 возврата упругих оболочек 6, 7 в исходное положение. Скользящие по корпусу 1 втулки 7 и 8 со стороны редукционного клапана 3 выполнены с торцов со скосами 12 и 13.
Подача жидкости в устройство осуществляется через став труб (на чертеже не показан) и хвостовик 14 по осевому отверстию 15 в корпусе 1. Выход жидкости в концентрическую инициирующую щель осуществляется через редукционный клапан 3 в отверстие 16. Подача жидкости к гидравлическим толкателям 8 и 9 осуществляется по радиальным отверстиям 17 и 18.
Устройство работает следующим образом. Перед началом работы осуществляется сборка (см. чертеж) и установка устройства в скважине, при этом редукционный клапан 3 должен находиться в центре инициирующей щели.
Затем через осевое отверстие 15 подается жидкость в гидравлические толкатели 8, 9 по радиальным отверстиям 17 и 18 в корпусе 1. Гидравлические толкатели 8 и 9, преодолевая сопротивление пружин 10 и 11 возврата, сжимают упругие оболочки 6 и 7, которые, расширяясь в радиальном направлении, соприкасаются со стенками скважины и герметизируют ее. При достижении давления срабатывания редукционного клапана 3, он открывается и жидкость под давлением поступает в изолированную полость участка скважины с инициирующей щелью. При повышении давления в изолированном участке скважины до давления гидроразрыва, при котором происходит разрыв скважины по инициирующей щели, жидкость, воздействуя на скользящие по корпусу 1 втулки 4 и 5 через скосы 12 и 13 с их торцов, дополнительно сжимает через них упругие оболочки 6 и 7, надежно герметизируя изолированный участок скважины.
После гидроразрыва скважины давление в ставе труб сбрасывается, упругие оболочки 6 и 7 возвращаются в исходное положение с помощью пружин 10 и 11 возврата упругих оболочек 6 и 7 в исходное положение, и устройство готово к перемещению по скважине для следующего гидроразрыва или извлечению из скважины.