RU2138631C1

RU2138631C1 - Device for creation of directed fissures

Info

Publication number: RU2138631C1
Application number: RU96105870A
Authority: RU
Inventors: Г.Я. Полевщиков; П.Н. Мельников
Original assignee: Полевщиков Геннадий Яковлевич; Мельников Павел Николаевич
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 1999-09-27

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: device can be used for example in control of hard-to-cave roof, preserving underground openings, degassing of rock mass, etc. Device has hydraulic cylinder with hollow rod which carries hermetically sealing members separated by caprone washers, thrust bush, faceted bush with turning wedges, and spring located between thrust bush and faceted bush. At delivering liquid under pressure into hydraulic cylinder, taking place is compression and counter-direction movement of hermetic sealing members. When bushes draw together, wedges bite into walls of bore-hole and create zones of concentrated stresses and mechanical fissures. With that, hermetic sealing members seal-off bore-hole and zone of concentrated stresses. After extending of wedges to working position, liquid under pressure is delivered from hollow rod into space between bushes and into created fissures. In result, directed hydraulic fracturing occurs. Application of aforesaid embodiment of device allows for increasing operational efficiency, cutting scale of hand labour, enhancing reliability of producing directed fissures. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано, например, при управлении труднообрушаемой кровлей, сохранении горных выработок, дегазации горного массива и т.д. The invention relates to mining and can be used, for example, when managing a hard-to-collapse roof, preserving mine workings, degassing a rock mass, etc.

Известно устройство для образования направленных трещин, содержащее выдвижные резцы с приводом для прорезания зародышевых щелей, по которым затем производят направленный гидроразрыв (1). Основным недостатком известного устройства является то, что после создания зародышевой щели необходимо произвести замену его на устройство для гидроразрыва, что трудно осуществимо, учитывая большую длину скважины. A device for the formation of directional cracks containing retractable cutters with a drive for cutting germinal cracks, which then produce directional hydraulic fracturing (1). The main disadvantage of the known device is that after the creation of the germinal gap, it is necessary to replace it with a device for hydraulic fracturing, which is difficult to implement, given the large length of the well.

Известно устройство для образования направленных трещин в скважинах, содержащее корпус, нажимное кольцо, герметизирующие элементы, узел продольного перемещения нажимного кольца, узел создания давления жидкости в корпусе и тарельчатую пружину с радиальными прорезями на периферии. Принцип действия устройства заключается в герметизации и сдавливании с обеих сторон тарельчатой пружины. За счет вдавливания ее краев в горную породу образуется зародышевая трещина. Разрыв горной породы происходит при подаче в зону концентрации напряжений жидкости под давлением. A device is known for the formation of directed cracks in wells, comprising a housing, a pressure ring, sealing elements, a longitudinal movement unit of the pressure ring, a fluid pressure generating unit in the housing, and a disk spring with radial slots at the periphery. The principle of operation of the device is to seal and squeeze a Belleville spring on both sides. Due to the pressing of its edges into the rock, an embryonic crack is formed. Rupture of the rock occurs when a fluid under pressure is applied to the concentration zone of pressure.

Недостатками известного устройства являются:
из-за незначительного увеличения радиального размера тарельчатой пружины при сдавливании зародышевая щель может не образоваться, что затрудняет получение направленного гидроразрыва;
высокие затраты ручного труда, т.к. почти все операции по образованию трещин выполняют вручную.The disadvantages of the known device are:
due to a slight increase in the radial size of the Belleville spring during compression, the germinal gap may not form, which makes it difficult to obtain directional hydraulic fracturing;
high costs of manual labor, as almost all cracking operations are performed manually.

Предложено устройство для образования направленных трещин, содержащее гидроцилиндр со штоком, герметизирующие элементы, втулку и пружину. Сущность изобретения заключается в том, что устройство снабжено муфтой, шайбами и дополнительными втулками, при этом герметизирующие элементы, шайбы и втулки расположены на штоке между корпусом гидроцилиндра и муфтой, одна втулка снабжена клиньями, выполненными с возможностью поворота перпендикулярно оси устройства при взаимодействии с другой втулкой посредством расположенной между ними пружины, причем шток выполнен полым и имеет отверстия для подачи жидкости в полость образования трещин после перемещения втулки, обеспечивающего поворот клиньев. A device for the formation of directional cracks is proposed, containing a hydraulic cylinder with a rod, sealing elements, a sleeve and a spring. The essence of the invention lies in the fact that the device is equipped with a sleeve, washers and additional bushings, while the sealing elements, washers and bushings are located on the rod between the hydraulic cylinder body and the sleeve, one sleeve is provided with wedges made to rotate perpendicular to the axis of the device when interacting with another sleeve by means of a spring located between them, and the rod is hollow and has openings for supplying fluid to the cracking cavity after moving the sleeve, providing Orot wedges.

Конструктивное исполнение устройства позволит создать значительные усилия при осуществлении механического воздействия клиньев на стенки скважины и при создании направленных трещин гидроразрыва без затрат ручного труда. The design of the device will allow you to create significant effort in the implementation of the mechanical action of the wedges on the walls of the well and when creating directed fractures without the cost of manual labor.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид устройства для образования направленных трещин; на фиг.2 - сечение I-I на фиг. 1. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of a device for the formation of directional cracks; FIG. 2 is a section I-I in FIG. 1.

Устройство содержит гидроцилиндр 1, втулку 2, поршень с полым штоком 3, на котором устанавливают герметизирующие втулки 4 с капроновыми шайбами 5, упорную втулку б, граненную втулку 7 с цилиндрическими опорными поверхностями, на которых установлены клинья 8. Клинья имеют возможность поворота перпендикулярно оси устройства, связаны между собой и закреплены на втулке 7 с помощью осей 9. Между втулками 6 и 7 расположена пружина 10. Для уменьшения трения и обеспечения герметизации во втулку 7 запрессована фторопластовая втулка 11, перекрывающая отверстия 12, расположенные на полом штоке 3. Герметизаторы 13 надевают на втулки 6 и 7 для герметизации участка, в котором создается давление, приводящее к гидроразрыву. Кроме того, на штоке 3 установлены шайба 14 и переходная муфта 15 с уплотнительным кольцом 16, которым можно дать предварительный натяг пружине 10 и отрегулировать положение клиньев 8. На гидроцилиндре 1 в поршневой полости располагается воздушник 17 для выхода воздуха при движении поршня. The device comprises a hydraulic cylinder 1, a sleeve 2, a piston with a hollow rod 3, on which a sealing sleeve 4 with nylon washers 5 is installed, a thrust sleeve b, a faceted sleeve 7 with cylindrical supporting surfaces on which wedges are installed 8. The wedges can rotate perpendicular to the axis of the device , are interconnected and fixed on the sleeve 7 by means of the axes 9. A spring 10 is located between the bushings 6 and 7. To reduce friction and provide sealing, a fluoroplastic sleeve 11 is pressed into the sleeve 7, overlapping the hole 12, located on the hollow stem 3. Sealers 13 are put on the bushings 6 and 7 to seal the area in which pressure is created, leading to hydraulic fracturing. In addition, a washer 14 and an adapter sleeve 15 with a sealing ring 16 are installed on the stem 3, which can be preloaded by the spring 10 and adjust the position of the wedges 8. On the hydraulic cylinder 1, an air vent 17 is located in the piston cavity for air to escape when the piston moves.

Работа устройства осуществляется следующим образом. The operation of the device is as follows.

Устройство размещают в скважине на заданной глубине с помощью доставочного приспособления, подсоединяемого к гайке 18 (не показано). Рукава для подачи жидкости под давлением присоединяют к переходной муфте 15. После установки устройства в скважине в штоковую полость гидроцилиндра 1 по полому штоку 3 подают жидкость под давлением до 15 МПа, при этом шток начинает перемещаться влево, а гидроцилиндр 1 с втулкой 2 - вправо. Таким образом на пружину 10 действуют сжимающие усилия одновременно с двух сторон: с одной стороны через муфту 15, шайбу 14, герметизирующие втулки 4, капроновые шайбы 5, герметизатор 13, граненную втулку 7; с другой стороны - через втулку 2, капроновые шайбы 5, герметизирующие втулки 4, герметизатор 13 и втулку 6. Под воздействием этих сил герметизирующие втулки 4 сжимаются и герметизируют участок скважины по длине штока, а герметизаторы 13 герметизируют зону гидроразрыва. Капроновые шайбы 5 уменьшают трение скольжения герметизирующих элементов - герметизирующих втулок 4 и герметизаторов 13. The device is placed in the well at a predetermined depth using a delivery device connected to a nut 18 (not shown). Sleeves for supplying liquid under pressure are connected to the adapter sleeve 15. After the device is installed in the well, the rod cavity of the hydraulic cylinder 1 is fed through the hollow rod 3 with a pressure of up to 15 MPa, while the rod begins to move to the left, and the hydraulic cylinder 1 to the sleeve 2 to the right. Thus, compressive forces act simultaneously on the spring 10 from two sides: on the one hand, through the sleeve 15, the washer 14, the sealing sleeves 4, the nylon washers 5, the sealant 13, the faceted sleeve 7; on the other hand, through sleeve 2, nylon washers 5, sealing sleeves 4, sealant 13 and sleeve 6. Under the influence of these forces, sealing sleeves 4 are compressed and seal the well section along the length of the rod, and sealants 13 seal the fracture zone. Nylon washers 5 reduce the sliding friction of the sealing elements - sealing sleeves 4 and sealants 13.

При сжатии их втулки 6 и 7 сближаются между собой, при этом клинья 8, взаимодействуя с втулкой 6, поворачиваются вокруг осей 9, что приводит к увеличению величины вылета клиньев и вдавливанию их в стенки скважины. Клинья внедряются в массив заостренными концами, что обеспечивает создание значительных усилий для получения области концентрации напряжений и трещин. После осуществления герметизации и вдавливания клиньев в стенки скважины втулки 11 открывают отверстия 12 в полом штоке 3 и жидкость под давлением поступает в пространство между втулками 6, 7, проникает в созданные трещины и осуществляет по ним направленный гидроразрыв. После осуществления гидроразрыва и снятия давления жидкости за счет упругих свойств герметизирующих элементов и пружины устройство возвращается в исходное положение. When compressing, their sleeves 6 and 7 come closer to each other, while the wedges 8, interacting with the sleeve 6, rotate around the axes 9, which leads to an increase in the magnitude of the departure of the wedges and pressing them into the walls of the well. Wedges are inserted into the array with pointed ends, which ensures the creation of significant efforts to obtain a region of stress and crack concentration. After sealing and pressing the wedges into the borehole walls of the sleeve 11 open the holes 12 in the hollow stem 3 and the liquid under pressure enters the space between the bushings 6, 7, penetrates into the created cracks and carries out directed hydraulic fracturing along them. After hydraulic fracturing and relieving fluid pressure due to the elastic properties of the sealing elements and the spring, the device returns to its original position.

По сравнению с известными предлагаемое устройство для образования направленных трещин имеет следующие преимущества:
весь процесс от герметизации до гидроразрыва осуществляется без применения ручного труда;
повышается надежность получения направленных трещин за счет концентрированного воздействия клиньев на стенки скважины и комулятивного воздействия энергии жидкости;
простота конструкции.Compared with the known device for the formation of directed cracks has the following advantages:
the whole process from sealing to hydraulic fracturing is carried out without the use of manual labor;
the reliability of obtaining directed cracks increases due to the concentrated action of wedges on the walls of the well and the cumulative effect of fluid energy;
simplicity of design.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР 1323710, кл. E 21 С 37/00, 1986.Sources of information taken into account during the examination
1. Copyright certificate of the USSR 1323710, cl. E 21 C 37/00, 1986.

2. Авторское свидетельство СССР 157317, кл. E 21 С 37/06, 1988. 2. Copyright certificate of the USSR 157317, cl. E 21 C 37/06, 1988.

Claims

A device for the formation of directional cracks containing a hydraulic cylinder with a rod, sealing elements, a sleeve and a spring, characterized in that it is equipped with a coupling, washers and additional bushings, while the sealing elements, washers and bushings are located on the rod between the hydraulic cylinder body and the coupling, one sleeve equipped with wedges made to rotate perpendicular to the axis of the device when interacting with another sleeve by means of a spring located between them, and the rod is hollow and has an opening tions for supplying liquid to the cavity of cracking after moving the sleeve, providing wedges rotate.