RU2760271C1 - Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород - Google Patents
Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород Download PDFInfo
- Publication number
- RU2760271C1 RU2760271C1 RU2021109532A RU2021109532A RU2760271C1 RU 2760271 C1 RU2760271 C1 RU 2760271C1 RU 2021109532 A RU2021109532 A RU 2021109532A RU 2021109532 A RU2021109532 A RU 2021109532A RU 2760271 C1 RU2760271 C1 RU 2760271C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavity
- cylindrical cavity
- passage
- rocks
- hydraulic fracturing
- Prior art date
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 5
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
- E21B43/267—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures reinforcing fractures by propping
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21C—MINING OR QUARRYING
- E21C37/00—Other methods or devices for dislodging with or without loading
- E21C37/06—Other methods or devices for dislodging with or without loading by making use of hydraulic or pneumatic pressure in a borehole
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
Изобретение относится к горному делу. Технический результат – повышение эффективности осуществления гидроразрыва горных пород. Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород содержит корпус, выполненный в виде цилиндра с проходной полостью и радиальным отверстием для прохода рабочей жидкости, герметизаторы с наконечниками, установленные с обеих сторон корпуса соосно с ним, и запорный механизм с пружиной, установленный внутри цилиндрической полости. Проходная полость в корпусе на входе рабочей жидкости имеет больший диаметр, чем на выходе. В стенке корпуса соосно с радиальным отверстием выполнена дополнительная цилиндрическая полость. Запорный механизм выполнен в виде обратного клапана с пружиной и установлен в дополнительной цилиндрической полости. Снаружи дополнительная цилиндрическая полость закрыта стопорной заглушкой с центральным отверстием. Радиальное отверстие выполнено из дополнительной цилиндрической полости в проходную полость большего диаметра. 3 ил.
Description
Изобретение относится к горному делу, в частности, к управлению горным давлением принудительным обрушением горных пород и может быть использовано при проведении гидроразрыва горных пород.
Известно устройство для гидроразрыва горных пород в скважине, содержащее корпус с каналом, установленные на нем упругие уплотнительные элементы, между которыми размещена поршневая пара с уплотнительными кольцами, и стопорящую гайку. 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 [Устройство для гидроразрыва пород в скважине. Пат. 2268359 Российской Федерации, опубл. 20.01.2006, бюл. № 2] (аналог). Недостатком устройства является то, что и поршневая пара и упругие уплотнительные элементы размещены на корпусе, имеющем значительную длину, что, в свою очередь, требует не только прямолинейности скважины, но и выдержанности ее стенок. При бурении скважин, например, в угольном массиве это условие не всегда соблюдается из-за наличия в пласте твердых включений и высокой степени трещиноватости угля.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности признаков является скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород, принятое в качестве прототипа, содержащее корпус, выполненный в виде цилиндра с радиальными отверстиями в стенке для прохода рабочей жидкости, герметизаторы с наконечниками, установленные с обеих сторон корпуса, поршень, установленный в цилиндре и снабженный пружиной, прижимающей его ко дну, и штуцер, ориентированные по одной оси [Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород. Пат. 2730091 Российской Федерации, опубл. 17.08.2020, бюл. № 23] (прототип).
Недостатком прототипа является значительная длина корпуса, что связано, в частности, с использованием запорного устройства золотникового типа, требующего пространства для перемещения вдоль оси устройства. Это увеличивает расстояние между двумя герметизаторами (пакерами). Известно, что характер трещинообразования при осуществлении гидроразрыва горных пород определяется соотношением длины L изолированной полости между пакерами к диаметру скважины d. При L < 2d образуется единичная поперечная трещина, при 2d < L < 4d - множественные трещины различного типа, при L > 4d - единичная продольная трещина [El Rabaa W. Experimental study of hydraulic fracture geometry initiated from horizontal wells, SPE Annual Technical Conf. and Exhibition, Soc. of Petroleum Engineers, 1989]. Наибольший эффект от гидроразрыва достигается именно при формировании глубоких единичных поперечных трещин.
Этот недостаток снижает эффективность осуществления гидроразрыва горных пород.
Цель изобретения - повышение эффективности осуществления гидроразрыва горных пород за счет сокращения длины корпуса путем замены поршня на обратный клапан и ориентации пружины по нормали к оси устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для осуществления гидроразрыва горных пород, содержащем корпус, выполненный в виде цилиндра с проходной полостью и радиальным отверстием для прохода рабочей жидкости, герметизаторы с наконечниками, установленные с обеих сторон корпуса соосно с ним, и запорный механизм с пружиной, установленный внутри цилиндрической полости, в соответствии с техническим решением проходная полость в корпусе на входе рабочей жидкости имеет больший диаметр, чем на выходе, в стенке корпуса, соосно с радиальным отверстием, выполнена дополнительная цилиндрическая полость, запорный механизм выполнен в виде обратного клапана с пружиной и установлен в дополнительной цилиндрической полости, снаружи дополнительная цилиндрическая полость закрыта стопорной заглушкой с центральным отверстием, а радиальное отверстие выполнено из дополнительной цилиндрической полости в проходную полость большего диаметра.
Сущность технического решения поясняется схемами. На фиг. 1 показан корпус устройства в разрезе; на фиг. 2 - сечение корпуса по А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - экспериментальный образец корпуса (фото).
Скважинное устройство состоит из корпуса 1, герметизаторов 2 и 3 с наконечниками 4 и 5 соответственно. В корпусе 1 во всю его длину выполнена проходная цилиндрическая полость 6, имеющая две части. Часть этой полости со стороны входа рабочей жидкости имеет в три-четыре раза больший диаметр, чем часть этой же полости со стороны выхода. В стенке корпуса 1 в радиальном направлении выполнены соосно радиальное отверстие 7 и радиальная же дополнительная цилиндрическая полость 8. При этом радиальное отверстие 7 сообщает радиальную дополнительную цилиндрическую полость 8 с проходной цилиндрической полостью 6 в зоне ее большего сечения. В радиальной дополнительной цилиндрической полости 8 установлен обратный клапан, состоящий из шарика 9, центрирующей шайбы 10 и пружины 11. Шарик установлен по оси радиального отверстия 7 и поджат к нему посредством шайбы 10 и пружины 11 стопорной заглушкой 12, в которой выполнено сквозное центральное отверстие 13.
Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород размещают в скважине в следующем порядке (от забоя скважины): герметизатор 3, корпус 1, герметизатор 2. Через герметизатор 2 подают рабочую жидкость высокого давления в проходную цилиндрическую полость 6, в ту ее часть, которая имеет больший диаметр поперечного сечения. Поскольку обратный клапан в составе шарика 9, шайбы 10 и пружины 11 закрыт, а оставшаяся часть проходной цилиндрической полости 6 имеет меньшую площадь поперечного сечения, то в первую очередь расширяется герметизатор 2, жестко фиксируя в скважине положение корпуса 1; затем за счет заполнения рабочей жидкостью фиксируется герметизатор 3, уплотняя стенки скважины.
При дальнейшем повышении давления рабочая жидкость преодолевает сопротивление обратного клапана и поступает через радиальное отверстие 7 в дополнительную цилиндрическую полость 8, а из нее через центральное отверстие 13 в стопорной заглушке вырывается наружу. За счет этого происходит разрушение массива горной породы до образования щели, ориентированной поперек оси скважины.
Стопорная заглушка позволяет регулировать время срабатывания обратного клапана в зависимости от крепости горной породы.
Таким образом, за счет большой разницы в площади поперечного сечения проходной цилиндрической камеры на входе в корпус и на его выходе герметизаторы фиксируются в скважине последовательно, сначала герметизатор 2 - со стороны входа рабочей жидкости в корпус, фиксируя при этом корпус в зоне осуществления гидроразрыва, потом - герметизатор 3 - со стороны выхода; после проведения гидроразрыва сначала разгружается герметизатор 2, формируя зазор между стенкой скважины и оболочкой герметизатора и подготавливая корпус к извлечению (штыб из щели и оставшаяся буровая мелочь через зазор уносятся из скважины), затем герметизатор 3; а за счет использования обратного клапана с пружиной, ориентированной перпендикулярно к оси устройства, расстояние между двумя герметизаторами может быть сокращено до двукратного по сравнению с диаметром скважины, что повышает эффективность осуществления гидроразрыва горных пород, т.е. обеспечивает достижение поставленной цели.
Claims (1)
- Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород, содержащее корпус, выполненный в виде цилиндра с проходной полостью и радиальным отверстием для прохода рабочей жидкости, герметизаторы с наконечниками, установленные с обеих сторон корпуса соосно с ним, и запорный механизм с пружиной, установленный внутри цилиндрической полости, отличающееся тем, что проходная полость в корпусе на входе рабочей жидкости имеет больший диаметр, чем на выходе, в стенке корпуса соосно с радиальным отверстием выполнена дополнительная цилиндрическая полость, запорный механизм выполнен в виде обратного клапана с пружиной и установлен в дополнительной цилиндрической полости, снаружи дополнительная цилиндрическая полость закрыта стопорной заглушкой с центральным отверстием, а радиальное отверстие выполнено из дополнительной цилиндрической полости в проходную полость большего диаметра.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021109532A RU2760271C1 (ru) | 2021-04-06 | 2021-04-06 | Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021109532A RU2760271C1 (ru) | 2021-04-06 | 2021-04-06 | Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2760271C1 true RU2760271C1 (ru) | 2021-11-23 |
Family
ID=78719299
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021109532A RU2760271C1 (ru) | 2021-04-06 | 2021-04-06 | Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2760271C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2081314C1 (ru) * | 1994-12-19 | 1997-06-10 | Институт горного дела СО РАН | Устройство для образования направленных трещин в скважинах |
RU2433259C1 (ru) * | 2010-04-23 | 2011-11-10 | Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН | Устройство для гидроразрыва пород в скважине |
RU123064U1 (ru) * | 2012-04-19 | 2012-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт угля Сибирского отделения Российской академии наук (ИУ СО РАН) | Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород |
US9243495B2 (en) * | 2010-05-27 | 2016-01-26 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Tool and method for initiating hydraulic fracturing |
RU2730091C1 (ru) * | 2020-02-12 | 2020-08-17 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ УУХ СО РАН) | Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород |
-
2021
- 2021-04-06 RU RU2021109532A patent/RU2760271C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2081314C1 (ru) * | 1994-12-19 | 1997-06-10 | Институт горного дела СО РАН | Устройство для образования направленных трещин в скважинах |
RU2433259C1 (ru) * | 2010-04-23 | 2011-11-10 | Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН | Устройство для гидроразрыва пород в скважине |
US9243495B2 (en) * | 2010-05-27 | 2016-01-26 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Tool and method for initiating hydraulic fracturing |
RU123064U1 (ru) * | 2012-04-19 | 2012-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт угля Сибирского отделения Российской академии наук (ИУ СО РАН) | Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород |
RU2730091C1 (ru) * | 2020-02-12 | 2020-08-17 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ УУХ СО РАН) | Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102678120B (zh) | 冲击地压卸压解危方法 | |
CN106761740A (zh) | 一种坚硬煤层顶板耦合致裂方法 | |
US20210108475A1 (en) | Impact Resistant Material in Setting Tool | |
CN107060682B (zh) | 一种高压自锁封隔器及其坐封方法 | |
Yang et al. | Blasting-enhanced water injection for coal and gas out-burst control | |
AU2023251557A1 (en) | Method for fracturing rock formation through fracture network based on variable-frequency pulse and device thereof | |
Klishin et al. | Technology and means of a coal seam interval hydraulic fracturing for the seam degassing intensification | |
CN109025879A (zh) | 保压筒密封结构 | |
RU2760271C1 (ru) | Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород | |
RU2730091C1 (ru) | Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород | |
WO2021113758A1 (en) | Impact resistant material in setting tool | |
RU123064U1 (ru) | Скважинное устройство для осуществления гидроразрыва горных пород | |
RU2292456C1 (ru) | Способ оценки напряженного состояния горных пород и устройство для его осуществления | |
US11448025B2 (en) | Impact resistant material in setting tool | |
RU2325508C2 (ru) | Циркуляционный клапан | |
RU2268359C1 (ru) | Устройство для гидроразрыва пород в скважине | |
CN108252671B (zh) | 一种脉冲震频发生器 | |
RU205980U1 (ru) | Гидравлическое пакерно-якорное устройство с полным проходным каналом для обсадной колонны | |
Lekontsev et al. | Interval hydraulic fracturing to weaken dirt bands in coal | |
RU174801U1 (ru) | Устройство для приведения в действие уплотнительного элемента пакера | |
RU2724147C1 (ru) | Клапан опрессовочный | |
RU2776543C1 (ru) | Система для ориентированного точечного нагружения и разрыва стенок скважины без применения взрывных работ | |
RU2084616C1 (ru) | Кумулятивный имплозивный механизм алклычева (кимал) | |
RU2802635C1 (ru) | Пакер с четырехсекционной гидравлической установочной камерой | |
RU172422U1 (ru) | Пакер манжетный гидравлический |