RU2330159C1

RU2330159C1 - Downhole device for formation of directed crevasses

Info

Publication number: RU2330159C1
Application number: RU2007107726/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Георгиевич Кю (RU); Николай Георгиевич Кю
Original assignee: Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2008-07-27

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention can be used for separation of blocks from massifs, for mining valuable crystal raw materials and building stones, breaking oversizes. The device comprises a tube, an elastic sealer mounted on the tube end and a system for injection of fluid into the tube. A plug is provided at one end of the tube and the second end is made in the shape of a collet and longitudinal slots are provided along the tube. An elastic sealing washer and a metal bush are fitted successively on the tube. The sealer is made as a sealing ring fitted in the circular groove provided on the lateral surface of the plug. A hydraulic cylinder installed so that its plunger can enter the tube from the collet side is used as a system for injection of fluid into the tube. A stepwise tapering is provided at the end of the hydraulic cylinder at the side, where the plunger comes out of the tube; a circular groove for cohesion with the tube collet is provided on the external surface of tapering.

EFFECT: increase of efficiency of the device due to reduction of labour consumption during operation of the same and reduction of power required for formation of a crevasse.

5 cl, 4 dwg

Description

Техническое решение относится к горному делу и может быть использовано для отделения блоков от массивов, добычи ценного кристаллического сырья и строительного камня, разрушения негабаритов.The technical solution relates to mining and can be used to separate blocks from arrays, extract valuable crystalline raw materials and building stone, and destroy oversized items.

Известно скважинное устройство для образования направленных трещин по патенту РФ №2230185, кл. Е21В 43/26, Е21С 37/04, опубл. в БИ №16, 2004 г. Оно включает трубу, установленный на конце трубы распорный элемент, систему нагнетания жидкости в трубу, узел вращения трубы относительно распорного элемента. Распорный элемент выполнен в виде витой пружины с контактирующими между собой витками, один конец которой закреплен на трубе неподвижно. Часть витков пружины имеет диаметр, больший диаметра скважины.Known downhole device for the formation of directed cracks according to the patent of the Russian Federation No. 2230185, class. Е21В 43/26, Е21С 37/04, publ. in BI No. 16, 2004. It includes a pipe, a spacer element installed at the end of the pipe, a system for pumping liquid into the pipe, a pipe rotation unit relative to the spacer element. The spacer element is made in the form of a coil spring with coils in contact with each other, one end of which is fixed to the pipe motionless. Part of the coil of the spring has a diameter larger than the diameter of the well.

Устройство обеспечивает образование трещины исключительно перпендикулярно скважине и возле ее забоя. Для подачи жидкости в трещину необходимо продавливать ее через трубу. Это значительно увеличивает затрату энергии на формирование трещины. Устройство обладает высокой трудоемкостью эксплуатации из-за необходимости его вкручивания в скважину на всю ее длину. Поэтому устройство обладает сравнительно низкой эффективностью.The device ensures the formation of cracks exclusively perpendicular to the well and near its bottom. To supply fluid to the crack, it is necessary to push it through the pipe. This significantly increases the energy consumption for crack formation. The device has a high complexity of operation due to the need to screw it into the well over its entire length. Therefore, the device has a relatively low efficiency.

Наиболее близким по технической сущности, совокупности существенных признаков и достигаемому результату является скважинное устройство для образования направленных трещин по патенту РФ №2184214, кл. Е21В 37/06, опубл. в БИ №18, 2002 г. Оно включает трубу, последовательно установленные на конце трубы герметизатор из эластичного материала и распорное кольцо, систему нагнетания жидкости в трубу, узел вращения трубы относительно герметизатора. На конце трубы выполнена коническая резьба, а распорное кольцо заострено по внешней окружности, выполнено с прорезью и торцевыми отверстиями, в которые вставлены стержни, и образует с трубой винтовую пару.The closest in technical essence, the set of essential features and the achieved result is a downhole device for the formation of directed cracks according to the patent of the Russian Federation No. 2184214, class. ЕВВ 37/06, publ. in BI No. 18, 2002. It includes a pipe, a sealant made of elastic material and a spacer ring sequentially installed at the end of the pipe, a system for pumping liquid into the pipe, a pipe rotation unit relative to the sealant. A conical thread is made at the end of the pipe, and the spacer ring is pointed around the outer circumference, made with a slot and end holes into which the rods are inserted, and forms a screw pair with the pipe.

В этом устройстве жидкость в формируемую трещину подается через трубу, на что требуется дополнительно затрачивать значительную энергию. Оно обладает высокой трудоемкостью эксплуатации из-за необходимости вращения трубы для герметизации скважины. Устройство обеспечивает образование трещины только поперек шпура. Совокупность отмеченных недостатков обуславливает сравнительно низкую эффективность работы устройства.In this device, liquid is supplied into the crack formed through the pipe, which requires additional significant energy expenditure. It has a high complexity of operation due to the need to rotate the pipe to seal the well. The device provides cracking only across the hole. The totality of these shortcomings leads to a relatively low efficiency of the device.

Решаемая техническая задача заключается в повышении эффективности работы устройства за счет снижения трудоемкости его эксплуатации и энергии на образование трещины.The technical problem to be solved is to increase the efficiency of the device by reducing the complexity of its operation and the energy for cracking.

Задача решается тем, что в скважинном устройстве для образования направленных трещин, включающем трубу, установленный на конце трубы герметизатор из эластичного материала и систему нагнетания жидкости в трубу, согласно предлагаемому техническому решению на одном конце трубы установлена заглушка, другой ее конец выполнен в виде цанги, а вдоль трубы выполнены продольные прорези. Со стороны цанги на трубу последовательно надеты уплотнительная шайба из эластичного материала и металлическая втулка, а герметизатор выполнен в виде уплотнительного кольца, которое установлено в кольцевом углублении, выполненном на боковой поверхности заглушки. В качестве системы нагнетания жидкости в трубу использован гидроцилиндр, установленный с возможностью вхождения его плунжера в трубу со стороны цанги. На конце гидроцилиндра со стороны выхода из него плунжера выполнено ступенчатое утончение, на внешней поверхности которого имеется кольцевое углубление для сцепления с цангой трубы.The problem is solved in that in the downhole device for the formation of directed cracks, including a pipe, a sealant made of elastic material installed on the pipe end and a fluid injection system into the pipe, according to the proposed technical solution, a plug is installed at one end of the pipe, the other end is made in the form of a collet, and longitudinal slots are made along the pipe. From the side of the collet, a sealing washer made of elastic material and a metal sleeve are sequentially put on the pipe, and the sealant is made in the form of a sealing ring, which is installed in an annular recess made on the side surface of the plug. As a system for pumping liquid into the pipe, a hydraulic cylinder is used, installed with the possibility of its plunger entering the pipe from the side of the collet. At the end of the hydraulic cylinder, on the exit side of the plunger, a stepwise thinning is made, on the outer surface of which there is an annular recess for engaging with the pipe collet.

Труба с заглушкой на одном конце, имеющей на боковой поверхности кольцевое углубление, в котором установлен герметизатор в виде уплотнительного кольца, и последовательно надетые на другой ее конец уплотнительная шайба из эластичного материала и металлическая втулка позволяют герметизировать скважину на участке от ее устья до местоположения заглушки. Выполнение вдоль трубы продольных прорезей обеспечивает возможность задавать формируемой трещине нужную ориентацию и подавать в нее жидкость без продавливания последней через трубу. Гидроцилиндр, установленный с возможностью вхождения его плунжера в трубу со стороны цанги, обеспечивает вытеснение жидкости из трубы в формируемую трещину. Благодаря цанге и выполнению на конце гидроцилиндра со стороны выхода из него плунжера ступенчатого утончения, на внешней поверхности которого имеется кольцевое углубление, возможно сцепление трубы с гидроцилиндром. В результате формирование трещины осуществляют без продавливания всего столба жидкости по трубе и без дополнительных операций по герметизации скважины, а для вытеснения жидкости из множества труб (скважин) используют только один гидроцилиндр. При этом создаются условия для сравнительно простой автоматизации процесса формирования трещины. Таким образом, совокупность отмеченных признаков в сравнении с выбранным прототипом позволяет существенно повысить эффективность работы устройства.A pipe with a plug at one end, having an annular recess on the side surface, in which a sealant is installed in the form of an o-ring, and a sealing washer made of elastic material and a metal sleeve successively worn on its other end allow the well to be sealed in the area from its mouth to the location of the plug. The execution along the pipe of longitudinal slots provides the ability to set the formed crack to the desired orientation and to supply liquid into it without forcing the latter through the pipe. A hydraulic cylinder installed with the possibility of its plunger entering the pipe from the side of the collet provides for the displacement of fluid from the pipe into the formed crack. Thanks to the collet and the execution at the end of the hydraulic cylinder from the exit side of it of a plunger of stepwise refinement, on the outer surface of which there is an annular recess, it is possible to clutch the pipe with the hydraulic cylinder. As a result, a crack is formed without forcing the entire column of fluid through the pipe and without additional operations to seal the well, and only one hydraulic cylinder is used to displace fluid from many pipes (wells). This creates the conditions for a relatively simple automation of the crack formation process. Thus, the set of marked features in comparison with the selected prototype can significantly improve the efficiency of the device.

Целесообразно на внешних поверхностях металлической втулки и цанги выполнить кольцевые выступы, между которыми на металлическую втулку надеть пружину. Это позволяет расцеплять трубу и гидроцилиндр автоматически.It is advisable to make annular protrusions on the outer surfaces of the metal sleeve and collet, between which to put a spring on the metal sleeve. This allows you to disengage the pipe and hydraulic cylinder automatically.

Целесообразно на внешнюю поверхность трубы нанести слой герметика. Это исключает возможность проникновения жидкости в зазор между трубой и стенками скважины, что обеспечивает возникновение формируемой трещины в заданной плоскости.It is advisable to apply a layer of sealant on the outer surface of the pipe. This eliminates the possibility of liquid penetrating into the gap between the pipe and the walls of the well, which ensures the occurrence of a formed crack in a given plane.

Целесообразно трубу заполнить неньютоновской жидкостью. Это исключает операцию по заполнению трубы жидкостью на участке формирования трещины.It is advisable to fill the pipe with non-Newtonian fluid. This eliminates the operation of filling the pipe with liquid at the crack formation site.

Целесообразно продольные прорези в трубе заклеить полосами из непрочного материала. Это существенно упрощает заправку неньютоновской жидкостью трубы до ее подачи в скважину.It is advisable to seal the longitudinal slots in the pipe with strips of fragile material. This greatly simplifies the filling of non-Newtonian fluid pipe before it is fed into the well.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами (фиг.1-4).The essence of the technical solution is illustrated by an example of a specific design and drawings (Fig.1-4).

На фиг.1 показано скважинное устройство для образования направленных трещин, в исходном состоянии, продольный разрез; на фиг.2 - то же, в момент образования трещины, продольный разрез; на фиг.3 - разрез А-А в увеличенном масштабе; на фиг.4 - разрез Б-Б.Figure 1 shows a downhole device for the formation of directed cracks, in the initial state, a longitudinal section; figure 2 is the same, at the time of formation of the cracks, a longitudinal section; figure 3 is a section aa on an enlarged scale; figure 4 is a section bB.

Скважинное устройство для образования направленных трещин (далее устройство) состоит из трубы 1 (фиг.1, 2), на одном конце которой установлена заглушка 2. Другой конец трубы 1 выполнен в виде цанги 3. Вдоль трубы 1 выполнены продольные прорези 4 (фиг.3). Со стороны цанги 3 на трубу 1 последовательно надеты уплотнительная шайба 5 из эластичного материала и металлическая втулка 6. На боковой поверхности заглушки 2 выполнено кольцевое углубление (на фиг.1 и 2 не обозначено), в котором установлено уплотнительное кольцо 7 из эластичного материала. На внешних поверхностях металлической втулки 6 и цанги 3 выполнены кольцевые выступы 8 и 9 соответственно, между которыми на металлическую втулку 6 надета пружина 10. Устройство имеет систему нагнетания жидкости в трубу, в качестве которой использован гидроцилиндр 11, установленный с возможностью вхождения его плунжера 12 в трубу 1 со стороны цанги 3. На конце гидроцилиндра 11 со стороны выхода из него плунжера 12 выполнено ступенчатое утончение 13, на внешней поверхности которого имеется кольцевое углубление 14 для сцепления с цангой 3 трубы 1. Гидроцилиндр 11 снабжен штуцерами 15 и 16 для подсоединения его к гидравлической системе. Плунжер 12 объединен с поршнем 17. К торцу ступенчатого утончения 13 гидроцилиндра 11 прикреплена (приклеена) уплотнительная шайба 18 из упругого материала. На внешнюю поверхность трубы 1 нанесен слой герметика (на фигурах не показан). Продольные прорези 4 заклеены полосами из непрочного материала (на фигурах не показаны), например бумаги, резины. Труба 1 заполнена неньютоновской жидкостью 19 (пластичным веществом). Устройство подано в скважину 20, через которую сформируют трещину 21 (фиг.3).The downhole device for the formation of directional cracks (hereinafter the device) consists of a pipe 1 (Figs. 1, 2), a plug 2 is installed at one end of it. The other end of the pipe 1 is made in the form of a collet 3. Along the pipe 1, longitudinal slots 4 are made (Fig. 3). From the side of the collet 3, a sealing washer 5 of elastic material and a metal sleeve 6 are sequentially put on the pipe 1. An annular recess is made on the side surface of the plug 2 (not indicated in FIGS. 1 and 2), in which the sealing ring 7 is made of elastic material. On the outer surfaces of the metal sleeve 6 and the collet 3, annular protrusions 8 and 9 are made, respectively, between which a spring 10 is put on the metal sleeve 6. The device has a fluid injection system into the pipe, which uses a hydraulic cylinder 11 mounted with the possibility of its plunger 12 entering a pipe 1 from the collet side 3. At the end of the hydraulic cylinder 11, from the outlet of the plunger 12, a stepwise thinning 13 is made, on the outer surface of which there is an annular recess 14 for engaging with the collet 3 of the pipe 1. Hydr cylinder 11 is equipped with fittings 15 and 16 for connecting it to the hydraulic system. The plunger 12 is combined with the piston 17. An o-ring washer 18 of elastic material is attached (glued) to the end face of the stepwise thinning 13 of the hydraulic cylinder 11. A sealant layer (not shown in the figures) is applied to the outer surface of the pipe 1. The longitudinal slots 4 are sealed with strips of fragile material (not shown in the figures), for example paper, rubber. The pipe 1 is filled with non-Newtonian fluid 19 (a plastic substance). The device is fed into the well 20, through which a crack 21 will be formed (Fig. 3).

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

Заполненную неньютоновской жидкостью 19 трубу 1 (фиг.1) со стороны заглушки 2 через металлическую втулку 6 с надетой на нее пружиной 10 и уплотнительной шайбой 5 подают в скважину 20 до контакта кольцевого выступа 9 с пружиной 10. К цанге 3 подводят гидроцилиндр 11 со стороны ступенчатого утончения 13 и перемещают в направлении устья скважины 20 до упора кольцевого выступа 9 в торец металлической втулки 6. При этом концы лепестков цанги 3 входят в кольцевое углубление 14, отчего труба 1 сцепляется с гидроцилиндром 11, а уплотнительная шайба 5 придавливается к поверхности разрушаемого объекта и тем самым герметизирует устье скважины 20. От гидравлической системы через штуцер 16 в гидроцилиндр 11 подают жидкость под давлением. Это давление через поршень 17 воздействует на плунжер 12, который входит в трубу 1 (фиг.2), и через неньютоновскую жидкость 19, прорези 4 и полосы из бумаги воздействует на стенки скважины 20, отчего полосы из бумаги разрываются, а в стенках скважины 20 возникает трещина 21 (фиг.4). Дальнейший рост трещины 21 происходит в результате вытеснения в нее неньютоновской жидкости 19 из трубы 1 плунжером 12. После полного выдвижения плунжера 12 из гидроцилиндра 11 давление нагнетаемой через штуцер 16 жидкости сбрасывают до нуля и начинают нагнетать жидкость под давлением в штуцер 15, от чего плунжер 12 возвращается в исходное положение. Затем гидроцилиндр 11 отодвигают от устья скважины 20. При этом труба 1 выдвигается из скважины 20, под действием пружины 10 металлическая втулка 6 отодвигается от кольцевого выступа 9 и гидроцилиндр 11 расцепляется с трубой 1. После этого гидроцилиндр 11 перемещают к следующей трубе, поданной в другую скважину. Отметим, что при необходимости создания трещины 21 с размерами, превышающими возможности ее формирования объемом неньютоновской жидкости 19 в трубе 1, в одну скважину 20 заполненные неньютоновской жидкостью 19 трубы 1 подают несколько раз.A pipe 1 filled with non-Newtonian fluid 19 (Fig. 1) from the side of the plug 2 through a metal sleeve 6 with a spring 10 on it and a sealing washer 5 is fed into the well 20 until the annular protrusion 9 contacts the spring 10. The hydraulic cylinder 11 is led to the collet 3 from the side step thinning 13 and move towards the wellhead 20 until the annular projection 9 rests against the end of the metal sleeve 6. In this case, the ends of the collet petals 3 enter the annular recess 14, whereupon the pipe 1 engages with the hydraulic cylinder 11 and the sealing washer 5 is pressed I to the surface of the object to be destroyed and thereby seals the wellhead 20. From the hydraulic system through the nozzle 16 into the hydraulic cylinder 11 serves liquid under pressure. This pressure through the piston 17 acts on the plunger 12, which enters the pipe 1 (Fig. 2), and through the non-Newtonian fluid 19, the slots 4 and the paper strips acts on the walls of the well 20, which causes the paper strips to break, and in the walls of the well 20 there is a crack 21 (figure 4). Further growth of the crack 21 occurs as a result of the non-Newtonian fluid 19 being squeezed out of it from the pipe 1 by the plunger 12. After the plunger 12 is fully extended from the hydraulic cylinder 11, the pressure of the fluid pumped through the nozzle 16 is reduced to zero and the fluid is pumped into the nozzle 15 under pressure, from which the plunger 12 returns to its original position. Then the hydraulic cylinder 11 is moved away from the wellhead 20. In this case, the pipe 1 is pulled out of the well 20, under the action of the spring 10, the metal sleeve 6 is moved away from the annular protrusion 9 and the hydraulic cylinder 11 is disengaged from the pipe 1. After that, the hydraulic cylinder 11 is moved to the next pipe supplied to another well. Note that if it is necessary to create a crack 21 with dimensions exceeding the possibility of its formation by the volume of non-Newtonian fluid 19 in pipe 1, pipes 1 are fed several times into one well 20 filled with non-Newtonian fluid 19.

Устройство предназначено для технической реализации способа образования вдоль скважины 20 направленной трещины 21, формируемой неньютоновской жидкостью 19, нагнетаемой в статическом режиме. В отличие от обычной жидкости (вода, масло) неньютоновская жидкость 19 (пластичное вещество) движется между сближенными поверхностями с большим сопротивлением, обусловленным необходимостью постоянного изменения своей формы. Эта особенность существенно снижает требования к уплотнительным элементам, герметизирующим участок скважины 20, на котором формируют трещину 21. Например, при использовании в качестве неньютоновской жидкости 19 воска, уплотнительные шайбы 5, 18 и кольцо 7 не нужны. Воск забивает все зазоры и обеспечивает на контакте с торцом плунжера 12 давление, достаточное для разрыва горной породы. В трещине 21 неньютоновская жидкость 19 проявляет свойство клина, заключающееся в том, что ее граница значительно отстает от границы трещины 21. Разрыв происходит в результате распора поверхностей трещины 21. Однако в отличие от механического клина неньютоновская жидкость 19 контактирует с большой площадью поверхности разрыва и, изменяя свою форму, постоянно адаптируется к размерам формируемой трещины 21. В результате создается сплошная симметричная оси скважины 20 трещина 21, которая продолжает развиваться и тогда, когда часть ее границы выходит на свободную поверхность. За счет большой площади контакта неньютоновской жидкости 19 с поверхностью разрыва в трещине 21 создается такое распорное усилие, которое не может быть достигнуто известными механизмами. Применение гидроцилиндра 11 с плунжером 12 для вытеснения неньютоновской жидкости 19 из трубы 1 позволяет изменением расхода жидкости, подаваемой через штуцер 16, варьировать в широком диапазоне режим силового воздействия на поверхности формируемой трещины 21. Это позволяет оптимизировать процесс разрыва, при котором с одной стороны поверхности формируемой трещины 21 оказываются удовлетворительно ровными (необходимо при добыче строительного камня), а с другой стороны время разрыва сокращается до минимально возможного значения. Механизм подачи гидроцилиндра 11 выбирают в зависимости от условий формирования трещины 21. Например, при добыче строительного камня с применением станка строчного бурения механизм подачи гидроцилиндра 11 устанавливают на единой с буровым станком платформе (для облегчения совмещения гидроцилиндра 11 и трубы 1). Крепление гидроцилиндра 11 к механизму его подачи может быть различным (поэтому оно не показано на фигурах).The device is intended for the technical implementation of the method of formation along the well 20 of a directed crack 21 formed by a non-Newtonian fluid 19 injected in a static mode. Unlike ordinary liquid (water, oil), non-Newtonian liquid 19 (plastic substance) moves between adjacent surfaces with high resistance, due to the need to constantly change its shape. This feature significantly reduces the requirements for sealing elements that seal the portion of the borehole 20 on which a crack 21 is formed. For example, when wax is used as non-Newtonian fluid 19, sealing washers 5, 18 and ring 7 are not needed. The wax clogs all the gaps and provides at the contact with the end face of the plunger 12 a pressure sufficient to break the rock. In the crack 21, the non-Newtonian fluid 19 exhibits the property of a wedge, namely, that its boundary lags significantly behind the boundary of the crack 21. The rupture occurs as a result of the expansion of the surfaces of the crack 21. However, unlike a mechanical wedge, the non-Newtonian fluid 19 is in contact with a large area of the fracture surface and, changing its shape, it constantly adapts to the size of the formed fracture 21. As a result, a fracture 21, which is symmetrical to the axis of the borehole 20, is created and continues to develop even when part of its boundary exits um on the free surface. Due to the large contact area of the non-Newtonian fluid 19 with the fracture surface in the crack 21, a spacer force is created that cannot be achieved by known mechanisms. The use of a hydraulic cylinder 11 with a plunger 12 for displacing the non-Newtonian fluid 19 from the pipe 1 allows varying the flow rate of the fluid supplied through the nozzle 16 to vary in a wide range the mode of force action on the surface of the formed crack 21. This allows you to optimize the fracture process, in which on one side of the surface of the formed cracks 21 turn out to be satisfactorily even (necessary for the extraction of building stone), and on the other hand, the fracture time is reduced to the minimum possible value. The feed mechanism of the hydraulic cylinder 11 is selected depending on the conditions for the formation of crack 21. For example, when building stone using a horizontal drilling machine, the feed mechanism of the hydraulic cylinder 11 is installed on a platform unified with the drilling machine (to facilitate the combination of the hydraulic cylinder 11 and pipe 1). The fastening of the hydraulic cylinder 11 to the supply mechanism may be different (therefore, it is not shown in the figures).

После отодвигания гидроцилиндра 11 от устья скважины 20 пружина 10 перемещает металлическую втулку 6 по трубе 1 от кольцевого выступа 9 и тем самым позволяет раздвигаться лепесткам цанги 3, от чего цанга 3 автоматически расцепляется с гидроцилиндром 11. До отодвигания гидроцилиндра 11 от устья скважины 20 цанга 3 обжимается (фиг.2) металлической втулкой 6, что исключает возможность раздвижения ее лепестков (расцепления с гидроцилиндром 11).After the hydraulic cylinder 11 is moved away from the wellhead 20, the spring 10 moves the metal sleeve 6 along the pipe 1 from the annular projection 9 and thereby allows the petals of the collet 3 to be moved apart, from which the collet 3 automatically disengages from the hydraulic cylinder 11. Before the hydraulic cylinder 11 moves away from the wellhead 20 of the collet 3 crimped (figure 2) with a metal sleeve 6, which eliminates the possibility of the separation of its petals (disengagement with the hydraulic cylinder 11).

Устройство предполагается использовать для формирования трещины 21 в горных породах любой прочности, включая граниты и их аналоги. Инициирование начала разрыва в прочных горных породах целесообразно осуществлять неньютоновской жидкостью 19 с пониженной вязкостью. В этом случае за счет более равномерного распределения давления в неньютоновской жидкости 19 увеличивается усилие воздействия на стенки скважины 20. Поэтому устройство предусматривает возможность работы с применением неньютоновских жидкостей 19, обладающих различной вязкостью. Для этого помимо показанных на фигурах уплотнительного кольца 7, уплотнительных шайб 6 и 18 при использовании неньютоновской жидкости 19 с пониженной вязкостью на внешнюю поверхность трубы 1 наносят слой герметика. Он исключает возможность проникновения в зазор между трубой 1 и стенками скважины 20 неньютоновской жидкости 19 и тем самым исключает развитие разрывов по естественным плоскостям ослабления, не совпадающим с плоскостью формируемой трещины 21.The device is supposed to be used to form a crack 21 in rocks of any strength, including granites and their analogues. It is advisable to initiate the onset of a rupture in solid rocks by a non-Newtonian fluid 19 with a reduced viscosity. In this case, due to a more uniform pressure distribution in the non-Newtonian fluid 19, the force exerted on the walls of the well 20 is increased. Therefore, the device provides for the possibility of working with the use of non-Newtonian fluids 19 with different viscosities. For this, in addition to the sealing ring 7 shown in the figures, the sealing washers 6 and 18, when using a non-Newtonian fluid 19 with a reduced viscosity, a layer of sealant is applied to the outer surface of the pipe 1. It eliminates the possibility of penetration into the gap between the pipe 1 and the walls of the borehole 20 of a non-Newtonian fluid 19 and thereby eliminates the development of discontinuities along the natural weakening planes that do not coincide with the plane of the formed crack 21.

Заполнение трубы 1 неньютоновской жидкостью 19 предполагается осуществлять на специально оборудованном для этих целей участке. Трубу 1 можно рассматривать не только как составную часть устройства, выполняющую соответствующие функции по формированию трещины 21, но и как гильзу, в которую многократно подают (заряжают) и вытесняют (разряжают) неньютоновскую жидкость 19. Благодаря этому существенно снижается трудоемкость по формированию трещины 21 на участке разрыва горной породы (исключаются операции по заполнению трубы 1 неньютоновской жидкостью 19), что повышает эффективность применения устройства.The filling of the pipe 1 with non-Newtonian fluid 19 is supposed to be carried out on a specially equipped area for these purposes. Pipe 1 can be considered not only as an integral part of the device that performs the corresponding functions of forming crack 21, but also as a sleeve into which non-Newtonian fluid 19 is repeatedly supplied (charged) and displaced (discharged). This significantly reduces the complexity of forming crack 21 by a section of a rock fracture (operations to fill pipe 1 with non-Newtonian fluid 19 are excluded), which increases the efficiency of the device.

Заполнение трубы 1 предполагается осуществлять веществами, которые при одних условиях проявляют свойство обычной жидкости, способной заполнять весь объем трубы 1 без воздушных включений, а при других условиях - свойство неньютоновской жидкости 19 (пластичного вещества). К таким веществам относятся неньютоновские жидкости 19, вязкость которых существенно зависит от температуры, например воск, пластилин, смесь глины и мазута. Подобные неньютоновские жидкости 19 разогревают до температуры, при которой они проявляют свойство обычной жидкости, и при этой температуре заливают в трубу 1, продольные прорези 4 которой предварительно заклеивают полосами из непрочного материала, например бумаги, резины. Отметим, что для исключения быстрого твердения неньютоновской жидкости 19 во время ее подачи в трубу 1 трубу 1 также разогревают примерно до температуры неньютоновской жидкости 19. При понижении температуры труба 1 оказывается плотно (без воздушных включений) заполненной неньютоновской жидкостью 19, которая уже не способна изменять свою форму (течь) без внешнего силового воздействия. Свойства неньютоновской жидкости 19 подбирают с учетом температуры на участке формирования трещины 21. Отметим, что свойства отмеченных неньютоновских жидкостей 19 можно изменять в широких пределах добавлением в них различных масел (отработанных смазочных материалов).The filling of the pipe 1 is supposed to be carried out with substances that, under certain conditions, exhibit the property of an ordinary liquid capable of filling the entire volume of the pipe 1 without air inclusions, and under other conditions, the property of a non-Newtonian liquid 19 (plastic substance). Such substances include non-Newtonian fluids 19, the viscosity of which substantially depends on temperature, for example, wax, plasticine, a mixture of clay and fuel oil. Such non-Newtonian fluids 19 are heated to a temperature at which they exhibit the property of an ordinary fluid, and at this temperature they are poured into a pipe 1, the longitudinal slots 4 of which are pre-glued with strips of fragile material, for example paper, rubber. Note that to exclude the rapid hardening of non-Newtonian fluid 19 during its supply to pipe 1, pipe 1 is also heated to approximately the temperature of non-Newtonian fluid 19. As the temperature decreases, pipe 1 is densely (without air inclusions) filled with non-Newtonian fluid 19, which is no longer able to change its shape (flow) without external force. The properties of the non-Newtonian fluid 19 are selected taking into account the temperature at the site of formation of the crack 21. Note that the properties of the noted non-Newtonian fluids 19 can be changed over a wide range by adding various oils (used lubricants) to them.

В устройстве предполагается использовать гидроцилиндры 11, которые выпускаются промышленностью и широко применяются в различных механизмах, например для подъема кузовов самосвалов. Поэтому оно может быть изготовлено силами практически любого горного предприятия.The device is supposed to use hydraulic cylinders 11, which are manufactured by industry and are widely used in various mechanisms, for example, for lifting dump truck bodies. Therefore, it can be made by almost any mining enterprise.

Claims

1. A downhole device for the formation of directed cracks, including a pipe, a sealant made of elastic material installed on the end of the pipe and a system for pumping liquid into the pipe, characterized in that a plug is installed at one end of the pipe, the other end is made in the form of a collet, and along the pipe are made longitudinal slots, while from the side of the collet on the pipe, a sealing washer of elastic material and a metal sleeve are sequentially put on, and the sealant is made in the form of a sealing ring, which is installed in an annular recess made on the side surface of the plug, and a hydraulic cylinder is used as a system for pumping liquid into the pipe, installed with the possibility of its plunger entering the pipe from the side of the collet, while at the end of the hydraulic cylinder from the outlet side of the plunger, stepwise thinning is performed on the outer surface which has an annular recess for engaging with the collet of the pipe.

2. The device according to claim 1, characterized in that on the outer surfaces of the metal sleeve and collets are made annular protrusions, between which a spring is worn on the metal sleeve.

3. The device according to claim 1, characterized in that a sealant layer is applied to the outer surface of the pipe.

4. The device according to claim 1, characterized in that the pipe is filled with non-Newtonian fluid.

5. The device according to claim 4, characterized in that the longitudinal slots in the pipe are sealed with strips of fragile material.