УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОИНТЕРВАЛЬНОГО ГИДРОРАЗРЫВА
DEVICE FOR INTERVAL HYDRAULIC FRACTURING

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке месторождений полезных ископаемых геотехнологическими методами.
Применение данного изобретения целесообразно, в первую очередь при разработке месторождений представленных различными типами пород, при нефте и газодобыче, интенсификация водоотдачи скважин питьевого водоснабжения, а также для повышения проницаемости массива пород, например, при захоронении в нем жидких радиоактивных и химических отходов.
Необходимость поинтервального гидроразрыва возникает при силективном вскрытии рудного тела представленного отдельными пропластками, линзами, гнездами и т.д. К таким месторождениям относятся, например, алмазоносные трубки Архангельской области, кимберлитовый материал которых представлен туфобрекчиями, автолитовыми брекчиями и ксенотуфобрекчиями.
Известно устройство для поинтервального гидроразрыва, включающее корпус с отверстиями, перекрытыми эластичными манжетами, перемычки, закрепленные внутри корпуса, делящие его на изолированные друг от друга секции, и патрубки индивидуальной секционной подачи («Пути интенсификации подземного выщелачивания». М., Энергоатомиздат, 1988, с. 60-61).
Указанное устройство позволяет индивидуально подавать раствор к каждому интервалу. Однако, данное устройство не позволяет обрабатывать участки большой мощности, а также одновременно обрабатывать участки со сходными свойствами, лежащие на значительном расстоянии друг от друга. Поскольку устройство не может быть выполнено значительной длины, то оно практически неприменимо для селективного вскрытия рудных тел.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности отработки месторождений полезных ископаемых.
Технический результат, достигаемый в результате использования изобретения, расширение технологических возможностей за счет обеспечения селективной обработки жидкостью с заданными свойствами и параметрами различных участков массива горных пород. Кроме того, изобретение позволяет одновременно обрабатывать жидкостью с одними и теми же свойствами, одинаковые участки горного массива, лежащие на значительном расстоянии друг от друга.
Технический результат достигается тем, что устройство для поинтервального гидроразрыва, включающее корпус с отверстиями, перекрытыми эластичными манжетами, перемычки, закрепленные внутри корпуса, делящие его на изолированные друг от друга секции, и патрубки индивидуальной секционной подачи, установленные в отверстиях перемычек, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде донного и промежуточных блоков, связанных между собой разъемными соединениями, патрубки индивидуальной секционной подачи снабжены выступами и, в промежуточных блоках, установлены с возможностью вращения вокруг своей оси, при этом в соответствующих секциях в их стенках выполнены отверстия, в перемычках выполнены пазы, в которых установлены эластичные уплотнители и размещены выступы патрубков индивидуальной секционной подачи, причем патрубки индивидуальной секционной подачи соответствующих секций отдельных блоков, связаны между собой разъемными соединениями, а эластичные манжеты выполнены двулепестковыми со ступенчатой формой контактирующих поверхностей лепестков.
Кроме того, устройство для поинтервального гидроразрыва снабжено заслонками, установленными у отверстий перекрытых эластичными манжетами.
В каждом блоке может быть размещена как одна, так и несколько секций.
Во избежание самопроизвольного рассоединения, патрубки индивидуальной секционной подачи снабжены лопастями, установленными в их полости, с наклоном противоположным наклону резьбы.
Кроме того, часть блоков выполнена с длиной, отличающейся от длины остальных блоков.
В указанную совокупность включены все признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для достижения указанного технического результата.
Изобретение поясняется чертежами:
на фиг. 1 изображен продольный разрез устройства, состоящего из отдельных блоков в каждом из которых выполнено несколько секций;
на фиг. 2 - продольный разрез устройства, состоящего из отдельных блоков в каждом из которых выполнена одна секция;
на фиг. 3 - эластичный манжет перекрывающий отверстие, в нерабочем положении;
на фиг. 4 - эластичный манжет перекрывающий отверстие, в рабочем положении;
на фиг. 5 - эластичный манжет перекрывающий отверстие, в нерабочем положении с закрытой заслонкой;
на фиг. 6 - сечение А - А;
на фиг. 7 - сечение Б - Б;
на фиг. 8 - выносной элемент 1;
на фиг. 9 вскрытие устройством трех пластов.
Устройство для поинтервального гидроразрыва состоит из донного 1, и промежуточных 2 блоков, связанных разъемными соединениями 3. Внутри блоков закреплены перемычки 4, делящие их на изолированные друг от друга секции 5. В стенках блоков, в секциях 5, выполнены отверстия 6 перекрытые двулепестковыми, со ступенчатой формой контактирующих поверхностей лепестков, эластичными манжетами 7. Отверстия 6 и эластичные манжеты 7 запираются задвижками 8.
Внутри блоков, в отверстиях перемычек 4 установлены, с возможностью вращения вокруг своей оси патрубки индивидуальной секционной подачи 9. Соответствующие патрубки индивидуальной секционной подачи 9 донного 1 и промежуточных блоков 2 связаны разъемными соединениями 10.
Патрубки индивидуальной секционной подачи 9 снабжены выступами 11, размещенными в пазах 12 перемычек 4. В пазах 12 также установлены эластичные уплотнители 13.
В полостях патрубков индивидуальной секционной подачи 9 могут быть установлены лопасти 14 с наклоном противоположным наклону резьбы разъемных соединений 10.
В каждом блоке 1 и 2 может быть размещено как по одной секции 5, так и несколько.
Кроме того, часть промежуточных 2 блоков выполняют длиной отличающейся от длины остальных блоков.
Устройство работает следующим образом.
Например, необходимо произвести гидроразрыв пластов 15, 16, 17, из которых пласты 15 и 17 представлены одинаковыми, а пласт 16, отличающимися от них по свойствам, породами.
В скважину опускают устройство для поинтервального гидроразрыва. Для этого сначала в устье скважины помещают донный блок 1, к патрубкам индивидуальной секционной подачи 9 которого, присоединяют патрубки индивидуальной секционной подачи 9 первого промежуточного блока 2. В патрубках индивидуальной секционной подачи 9, может быть выполнено только одно секционное выходное отверстие 18, или еще несколько дополнительных секционных выходных отверстий 19, в зависимости от того, во сколько секций будет подаваться конкретная жидкость. После чего посредством разъемного (например, резьбового соединения) 10 соединяют оба блока. Затем опускают соединенные блоки в скважину, на глубину равную длине блока и присоединяют к ним следующий промежуточный блок 2, аналогично выше вышеизложенному. Затем операции повторяются до достижения донным блоком 1 дна скважины. Если расстояние между пластами 15 и 17 (определяется по геологическим данным) не кратно длине отдельных блоков, то в получаемый при их соединении став вводят один или несколько дополнительных блоков длиной отличающейся от длины остальных блоков с расчетом, чтобы в пластах 15 и 17 находились отверстия соответствующих секций донного 1 и промежуточных блоков 2. В дополнительных блоках отверстия в корпусе и в патрубках индивидуальной секционной подачи 9 могут не выполняться. Их длина может быть, как большей, так и меньшей длины остальных блоков 1 и 2. Кроме того, дополнительные блоки вводятся в став, когда часть массива не подвергается гидроразрыву.
Перед монтажом става заслонками перекрывают отверстия 6 секций, через которые не будет подаваться жидкость гидроразрыва.
После монтажа всего става производят гидроразрыв пластов 15, 16 и 17 в заданной последовательности. Поскольку пласты 15 и 17 отличаются от пласта 16 по своим свойствам (плотность, минеральный состав) для более эффективного гидроразрыва в эти пласты по патрубкам индивидуальной секционной подачи 9 подают жидкость с наиболее подходящими характеристиками (вязкость, наполнитель и т.д.) под необходимым давлением и с необходимым расходом. В пласт 16 также подают наиболее эффективную с точки зрения гидроразрыва жидкость, которая может отличаться от жидкости подаваемой в пласты 15 и 17, как по своим свойствам, так и по давлению и расходу.
При подаче жидкости в секции, она воздействует на лепестки эластичных манжет 7, разжимает их и через отверстия 6 выходит из устройства. Лепестки эластичных манжет 7 за счет давления жидкости прижимаются к стенкам скважины, герметично изолируя пространство между ними от остальной скважины. При дальнейшей подаче жидкости происходит гидроразрыв массива в заданных интервалах. Затем, или одновременно, подают необходимую жидкость в секцию расположенную в пласте 16.
Для предотвращения самопроизвольного рассоединения патрубков индивидуальной секционной подачи 9, они снабжены лопастями 14, установленными в их полости. При подаче жидкости по патрубкам индивидуальной секционной подачи 9, она воздействует на лопасти 14, создавая вращательный момент «затягивающий» резьбовое соединение.
Предложенное устройство может применяться также, когда необходима послоевая отработка месторождения, предоставленного, как различными пластами, так и однородным массивом. Например, при скважинной гидродобыче с отработкой снизу вверх.
Кроме того, указанное устройство может применяться не только при гидроразрыве, но и при подземном выщелачивании и тампонаже окружающих пород, а также может совмещать все эти операции в одном цикле.
Например, в подстилающих отрабатываемых пласт породах через одни секции производят гидроразрыв, а затем нагнетают твердеющий состав, после чего из секций, расположенных выше указанных производят нагнетание выщелачивающего раствора и т.д. Вариантов применения устройства может быть множество.
Предложенное устройство позволяет значительно повысить эффективность геотехнологических методов разработки месторождений, за счет возможности учета свойств каждого отдельного участка массива, подбора наиболее подходящих для них жидкостей, наполнителей, режимов их подачи, а также варьирования различных операций (гидроразрыв, выщелачивание, тампонаж, затрубная цементация и т.п.). большим достоинством устройства является возможность селективного вскрытия рудного тела и добычи в заданном интервале, что значительно снижает непроизводительные затраты на добычу и транспортирование пустой горной породы.