SU1555483A1

SU1555483A1 - Device for forming directional fissures in boreholes

Info

Publication number: SU1555483A1
Application number: SU884451346A
Authority: SU
Inventors: Николай Георгиевич Кю; Олег Игнатьевич Чернов; Иван Васильевич Шабалин; Лев Николаевич Шепелев
Original assignee: Институт Горного Дела Со Ан Ссср
Priority date: 1988-06-28
Filing date: 1988-06-28
Publication date: 1990-04-07

Abstract

Изобретение относитс к разрушению горных пород в скважинах дл проведени гидровзрывов. Цель - расширение функциональных возможностей устройства за счет образовани трещин в плоскости расположени дна скважины и повышение эффективности образовани направленных трещин путем концентрации разрывных усилий в плоскости образовани трещины. Дл этого герметизатор устройства выполнен в виде соосных полому цилиндрическому корпусу (К) 1 кольцевого распорного элемента (Э) 2 с конусной наружной поверхностью и основанием, обращенным к торцу К 1 с каналом подвода рабочей жидкости (РЖ) и эластичного кольцевого трубчатого Э 7, установленного с возможностью надвигани на коническую поверхность Э 2. На К 1 продольно установлены раздвижные Э в виде цанг 3 с поперечными закалывающими клинь ми 4 на наружных поверхност х. Конусами лепестков цанги 3 св заны с вершиной Э 2, ограничено перемещающегос продольно относительно К 1. У торца оппозитного торцовому каналу подвода РЖ полый К 1 выполнен с конусным заострением, прилегающими к внутренним поверхност м лепестков цанг 3. На торце К 1 со стороны клинового заострени расположено отверстие дл выхода РЖ. На наружных поверхност х лепестков цанг 3 с перекрытием при их раздвижении продольных зазоров между ними установлены пластины 8, а трубчатый Э 7 охватывает их. На основании распорного Э 2 проложено эластичное кольцо 10. При работе К 1 перемещаетс вдоль распорного Э 2 к забою скважины за счет прижати к ее стенкам трубчатого Э 7. При подаче РЖ в образованную трещину происходит гидроразрыв породы в плоскости, перпендикул рной скважине. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.The invention relates to the destruction of rocks in wells for conducting hydraulic explosions. The goal is to expand the functionality of the device due to the formation of cracks in the plane of the bottom of the well and increase the efficiency of the formation of directional cracks by concentrating the breaking forces in the plane of the formation of cracks. For this, the device sealer is made in the form of an annular spacer (E) 2 coaxial with the hollow cylindrical body (K) 1 with a tapered outer surface and a base facing the end K 1 with a channel for supplying working fluid (RJ) and an elastic ring tubular E 7 installed with the possibility of pulling on the conical surface E 2. On K 1, sliding E in the form of grips 3 with transverse pinning wedges 4 on the outer surfaces are longitudinally mounted. The cones of the petals of the collet 3 are connected with the apex E 2, limited to moving longitudinally relative to K 1. At the end of the opposite end-to-end channel for supplying the RJ hollow K 1 is made with a tapered point adjacent to the inner surfaces of the petals of the collet 3. At the end K 1 from the wedge side the opening for exit of RZh is located. Plates 8 are installed on the outer surfaces of the petals of the collets 3 with overlapping, as they extend, the longitudinal gaps between them, and the tubular E 7 covers them. On the basis of the spacer E 2, an elastic ring 10 is laid. During operation, K 1 moves along the spacer E 2 to the bottom of the well by pressing tubular E 7 to its walls. As the fluid in the resulting fracture occurs, hydraulic fracturing occurs in a plane perpendicular to the well. 2 hp f-ly, 1 ill.

Description

У ////////////////// /////////77///У //////77/Y//777///////////// 77// // ////// 77 / Y // 777 ///

ное кольцо 10, При работе К 1 перемещаетс вдоль распорного Э 2 к забою скважины за счет прижати к ее стенкам трубчатого Э 7. При подачеThe first ring 10. During operation, K 1 moves along spacer E 2 to the bottom of the well by pressing tubular E 7 to its walls.

РЖ в образованную трещину происходит гидроразрыв породы в плоскости,перпендикул рной скважине. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.A hydraulic rock fracture occurs in the formed fracture in a plane perpendicular to the well. 2 hp f-ly, 1 ill.

Изобретение относитс к области разрушени горных пород в скважинах и может быть использовано дл образовани направленных трещин из скважин дл проведени гидроразрывов, Цель изобретени - расширение функциональных возможностей устройства за счет образовани трещин з плоскости расположени дна скважины и повышени эффективности образовани направленных трещин путем концентрации разрывных усилий в плоскости образовани трещины.The invention relates to the field of rock destruction in wells and can be used to create directional cracks from wells for fracturing. The purpose of the invention is to enhance the functionality of the device by creating cracks in the bottom plane of the well bottom and increasing the efficiency of directional fractures by concentrating the discontinuous forces in crack formation planes.

На чертеже представлено устройство , продольный разрез.The drawing shows the device, a longitudinal section.

Устройство состоит из полого цилиндрического корпуса 1 с торцовым, каналом подвода жидкости, на которьй насажен кольцевой распорный элемент в виде втулки 2, переход щий со стороны свободного торца в лепестки цанги 3 с закалывающими клинь ми 4 на свободных концах. В корпусе выполнены продольные прорези 5, через ко- торые проходит стержень 6, жестко св занный с втулкой 2, На втулку 2 насажен образующий с ней кольцевой герметизатор эластичный трубчатый элемент в виде эластичных колец 7, контактирующих с конусной наружной поверхностью втулки через пластины 8. Внешн поверхность втулки 2 имеет форму конуса, расшир ющегос (обращенного основанием) в сторону канала подвода жидкости. На корпусе 1 имеетс кольцевой упорный бурт 9, Между буртом 9 и основанием конуса втулки 2 проложено эластичное кольцо 10.The device consists of a hollow cylindrical body 1 with an end channel, a liquid supply channel, on which an annular expansion element in the form of a sleeve 2 is mounted, which passes from the side of the free end into the petals of the collet 3 with pinning wedges 4 at the free ends. The casing has longitudinal slots 5, through which the rod 6, rigidly connected to the sleeve 2, passes. On the sleeve 2, an elastic tubular element forming an annular sealer 7, is in contact with the conical outer surface of the sleeve through the plates 8. The outer surface of the sleeve 2 has the shape of a cone, expanding (facing the base) in the direction of the channel for supplying fluid. On the housing 1 there is an annular thrust collar 9. An elastic ring 10 is laid between the collar 9 and the base of the cone of the sleeve 2.

Лепестки цанги св заны концами с вершиной конуса втулки, а закалывающие клинь 4 расположены поперечно относительно оси корпуса. Эластичный трубчатый элемент установлен с возможностью надвигани на коническую поверхность кольцевого распорного элемента. Охваченные эластичным трубчатым элементом пластины 8 установлены на наружных поверхност х лепестков цанги с перекрытием продольных зазоров между ними. Кольцевой распорньй элемент установлен с возможностью ограниченного продольного перемещени относительно корпуса. The petals of the collet are connected by their ends with the tip of the cone of the sleeve, and the pinning wedges 4 are located transversely relative to the axis of the body. The elastic tubular member is mounted with the possibility of pulling the annular spacer onto the conical surface. The plates 8 covered by the elastic tubular element are mounted on the outer surfaces of the collet lobes with overlapping longitudinal gaps between them. The annular spacer element is installed with the possibility of limited longitudinal movement relative to the housing.

5 . Корпус у торца, оппозитного торцовому каналу подвода рабочей жидкости , выполнен с конусным заострением , прилегающим к внутренним поверхност м лепестков цанг, а выход0 ное отверстие расположено на торце корпуса со стороны клинового заострени .five . The body at the end, opposite to the end channel of the working fluid supply, is made with a conical point adjacent to the inner surfaces of the collet lobes, and the outlet opening is located at the body end from the side of the wedge point.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

5 Устройство со стороны торцового канала подвода жидкости навинчиваетс на колонну труб высокого давлени и с ее помощью, подаетс в скважину до упора в забой. Со стороны5 The device is screwed onto the column of high pressure pipes on the side of the end channel of the fluid and, with its help, is fed into the well to the bottom of the face. From the side

0 УСТЬЯ скважины колонна труб поджимаетс в направлении к забою, например (дл условий шахт), гидростойкой от механизированной крепи, В результате корпус 1 перемещаетс вдоль0 TORQUES of the well, the string of pipes is pressed in the direction of the face, for example (for mine conditions), hydroresistant from mechanized lining. As a result, body 1 moves along

внутренней поверхности втулки 2 в направлении к забою скважины и,раздвига лепестки цанги За внедр ет клинь 4 в горную породу с одновременной герметизацией скважины заthe inner surface of the sleeve 2 in the direction of the bottom of the well and, pushing the petals of the collet, for inserting the wedge 4 into the rock with simultaneous sealing of the well for

Q счет прижати к ее стенкам эластичных колец 7, Чтобы материал (резина), из которого слеланы эластичные кольца , не просвечивалс между прорез ми в цанге., к внутренней поверхнос5 ти колец 7 прикреплены металлические пластины 8, которые перекрывают зазоры между лепестками цанги при . ее раздвижении, С перемещением корпуса устройства бурт 9 поджимаетQ account is pressed against its walls of elastic rings 7 so that the material (rubber), from which elastic rings are made, does not shine between the slits in the collet, metal plates 8 are attached to the inner surface of the rings 7, which close the gaps between the collet lobes at. its sliding, With the movement of the device housing, Burt 9 is pressing

Q эластичное кольцо 10 к втулке 2, предотвраща возможность жидкости просачиватьс через зазор между корпусом 1 и втулкой. После поджатк устройства к забою скважины по колонне труб подают жидкость под давлением в трещину, образованную внедрением клиньев в горную породу, В результате поверхности этой трещины раздвигаютс и начинаетс гидроразрыв породы в плоскости, перпендикул рной к скважине. Когда зона гидроразрыва достигает требуемых размеров , прекращают подачу жидкости.После этого колонну труб освобождают от поджати и перемещают в направлении от забо . За счет сцеплени втулки 2 с корпусом 1 посредством стержн 6 втулка 2 также перемещаетс от забо скважины, из-за чего клинь 4 выход т из зацеплени с горной породой , кольца 7 отжимаютс от стенок скважины и устройство вместе с колонной труб беспреп тственно может быть извлечено из скважины. Кольца 7 под действием давлени жидкости стрем тс переместитьс к основанию конуса, сильнее придавлива сь к горной породе и устран возможность просачивани жидкости между стенками скважины и устройством.The Q elastic ring 10 to the sleeve 2, preventing liquid from seeping through the gap between the housing 1 and the sleeve. After preloading the device to the bottom of the well, a string of fluid is pumped into the fracture formed by the introduction of wedges into the rock. As a result, the surfaces of this fracture move apart and fracture begins in the plane perpendicular to the well. When the fracture zone reaches the desired size, stop the flow of fluid. After this, the pipe string is freed from pressure and moved in the direction from the bottom. Due to the coupling of the sleeve 2 with the housing 1 by means of the rod 6, the sleeve 2 also moves from the bottom of the well, due to which the wedge 4 leaves the mesh with the rock, the rings 7 are pressed from the walls of the well and the device together with the pipe string can be removed unhindered from the well. The rings 7 under the action of the pressure of the fluid tend to move to the base of the cone, pressing more strongly against the rock and eliminate the possibility of fluid seepage between the walls of the well and the device.

Принцип работы устройства основан на создании зародышевой трещины у забо скважины путем внедрени в горную породу клиньев с последующей подачей в зародышевую трещину жидкости под давлением до образовани гидроразрыва горных пород требуемых размеров .The principle of operation of the device is based on the creation of a germinal crack at the bottom of a well by introducing wedges into the rock followed by a flow of fluid into the germinal crack under pressure before the formation of hydraulic fracturing of the required size of rocks.

Пример, Устройство испытано на шахте при расслоении труднообру- шаемой кровли методами гидродинамической стратификации с целью ее разупрочнени . Устройство навинчивалось на колонну труб и подавалось в скважину, пробуренную в кровле вентил ционного штрека на глубину 5 м. К нижней части колонны труб привинчивалс коллектор, скрепл ющийс - с гидростойкой от механизированной крепи и имеющий штуцеры дл подключени насосов. С помощью гидростойки устройство поддавливалось к забою скважины на величину хода,предусмотренную конструкцией устройства После этого от трех высоконапорных насосов общей производительностью 120 л/мин в колонну труб была подана жидкость. Гидроразрыв произошел при давлении жидкости 2,2 МПа, Через 15 мин после начала гидроразрыва в кровле образовалось расслоение радиусом более 25 м. Контроль за расслоением осуществл лс через специально пробуренные вдоль выработки шпуры.Example, The device was tested at the mine during the separation of a hard-to-demolish roof by methods of hydrodynamic stratification with the purpose of its softening. The device was screwed onto a pipe string and fed into a well drilled in the roof of the ventilation drift to a depth of 5 m. A manifold was screwed to the bottom of the pipe string, fastening it to the hydraulic rack from the powered support and having fittings for connecting pumps. Using a hydraulic rack, the device was pushed down to the bottom of a well by the stroke amount envisaged by the device design. After that, three high-pressure pumps with a total capacity of 120 l / min were pumped liquid into the pipe string. The fracture occurred at a fluid pressure of 2.2 MPa. 15 minutes after the start of the fracture, a separation of more than 25 m in radius was formed in the roof. The separation was carried out through boreholes drilled along the excavation section.

Claims

1. A device for the formation of directional cracks in wells, including a cylindrical body with an end feed channel and an opening for the working fluid to exit, sliding elements with transverse pinning wedges on the outer surfaces, longitudinally mounted on the box

0

five

the seal, which is coaxial to the casing of the annular spacer with the cone of the outer surface and the base facing the end of the cortex of the cone with a channel for supplying the working fluid, and an elastic tubular element mounted with an annular spacer on the conical surface that differs from This is in order to expand the functionality of the device due to the formation of cracks in the plane of the bottom of the well and to increase the elasticity of the formation of directional cracks by the concentration of explosive forces in the plane of formation of cracks, the annular expansion element is installed with the possibility of limited longitudinal movement relative to the body, the sliding elements are made in the form of collets connected by the ends of the petals to the top of the annular spacer element, while the body is at the end opposite the end channel of the working fluid, made with a tapered point adjacent to the inner surfaces of the petals of the collet, and the outlet is located at the end of the body from the side of the wedge ostreni, wherein stabs wedges are arranged at the free ends of the collet petals

2. The device according to claim 15, which means that it is equipped with plates installed on the outer surfaces of the collet petals

with overlapping of the longitudinal gaps between them, and the elastic annular gap Q is installed to cover the plates,

3, C of the device, of which is the tag-g ,, that it is provided with an elastic ring on the base of the annular spacer, a

The body is made with an annular collar on the side of the base of the annular spacer element.