устройство для герметизации нагнетательных скважин

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ НАГНЕТАТЕЛЬНЫХ СКВАЖИН, включающее упругорасширяющийся рукав с силовым каркасом, соединенный крепежной муфтой с торцевым клапаном для предварительного распора устройства в скважине и сообщенный с ним и соединенный с разборной концевой аппаратурой для подключения рукава к высоконапорному трубопроводу, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства и снижения трудоемкости его использования, силовой каркас расположен в рукаве и выполнен не менее чем из двух слоев, а торцевой клапан выполнен в виде съемного полого корпуса с отверстиями в торце и боковых стенках для подачи жидкости в скважину и с эластичной манжетой для создания предварительного давления жидкости распора рукава в скважине, причем эластичная манжета установлена над отверстиями перпендикулярно оси устройства, выполнена в виде пробки с продольным по оси устройства противовыбросным отверстием и оперта на выполненные на внутренней стенке клапана упорные уступы.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что манжета и упорные уступы клапана выполнены с возможностью проскальзывания манжеты через уступы по достижении рабочего давления нагнетаемой жидкости в рукаве.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что манжета клапана выполнена в виде шайбы из упругого материала.

4.Устройство по п.1, отличающееся тем, что манжета выполнена с возможностью скалывания или среза ее на уступах по достижении рабочего давления нагнетаемой жидкости.

5. Устройство по пп.1 и 4, отличающееся тем, что, с целью возможности повторного использования шайбы, упорные уступы выполнены в виде не менее трех пилонов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для гидрообработки выбросоопасных угольных пластов и в качестве средств для выполнения противовыбросного мероприятия.

Известно устройство для герметизации скважин, включающее гидрозатвор и подпружиненный клапан [1].

Однако это устройство не обеспечивает необходимой надежности герметизации нагнетательных скважин.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство-герметизатор, состоящее из упругорасширяющегося рукава, разборной концевой аппаратуры для подключения герметизатора к трубопроводу и торцового клапана для предварительного распора устройства-герметизатора в нагнетательной скважине [2].

Однако это устройство в недостаточной степени надежно. При нагнетании жидкости в скважину упругорасширяющийся рукав расширяется, это приводит к возникновению больших напряжений в силовом каркасе упругорасширяющего рукава, в результате чего нарушается его целостность. Кроме того, торцовой подпружиненный клапан часто выходит из строя, что также вызывает дополнительные неприятности при эксплуатации устройства.

Целью изобретения является повышение надежности конструкции устройства и снижение трудоемкости его применения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, включающем упругорасширяющийся рукав, разборную концевую аппаратуру и торцовой клапан, упругорасширяющийся рукав внутри имеет продольный канал, который охватывает не менее чем два слоя силового каркаса, расположенные в резинопластичном теле рукава. Торцовой клапан выполняется в виде закрытого съемного полого корпуса перфорированного отверстия с эластичной манжетой для создания предварительного давления жидкости распора в устройстве для расширения (расклинивания) рукава в скважине, причем эластичная манжета установлена в клапане нормально направлению потока нагнетательной жидкости и в ней предусмотрено дросселирующее отверстие для заполнения полости скважины жидкостью. Манжета выполнена в виде пробки, обпертой на круговые выступы, предусмотренные на внутренней стороне стенок тела полого корпуса торцового клапана.

Для повышения надежности в работе устройства силовой каркас оборудуют в упругорасширяющемся рукаве с предварительным напряжением, для чего его перед установкой в вулканизирующую рукав пресс-форму растягивают по диаметру и соответственно сжимают по длине на величину порядка до 0,1 его первоначальной длины. Это при нагнетании жидкости и распоре устройства в скважине позволяет несколько уменьшить напряжения в силовом каркасе и теле рукава вблизи каркаса.

Для повышения эффективности работы торцового клапана в конструкции устройства эластичную манжету-пробку и круговые выступы выполняют с возможностью проскальзования (разового открытия) манжеты-пробки лишь при достижении в упругорасширяющемся рукаве величины давления нагнетаемой жидкости, установленной величины, причем эта величина составляет не менее 2 МПа (20 атм).

Для заполнения жидкостью забойной части скважины перед срабатыванием клапана в центре манжеты выполнено продольное по оси устройства отверстие. Последнее предусмотрено, поскольку при срабатывании клапана может произойти резкий выход жидкости из герметизатора в призабойную часть скважины, при этом давление распора уменьшается и герметизатор отраженной из забоя водой будет выброшен из скважины.

Манжета может быть выполнена в виде шайбы из упругого материала с размерами отверстия этой шайбы, соответствующими расчетным размерам противовыбросного продольного отверстия, причем предусмотрено, что при срабатывании устройства одноразовая шайба скалывается (срезается) на упорных уступах. Кроме того, для возможности повторного использования шайбы-манжеты упорные уступы в клапане выполнены в виде пилонов количеством не менее трех.

Содержащая в заявке совокупность признаков автором в исследованной научно-технической и патентной литературе не обнаружена. Следовательно, предложенная совокупность признаков обладает новизной.

Использование отмеченных в заявке признаков позволяет в значительной мере повысить эффективность работы устройства при нагнетании жидкости в пласт с помощью скважин за счет образования в торце гидрозатвора специальной конструкции торцового клапана в виде манжеты, причем эта манжета выполнена в виде пробки.

Что касается признаков, приведенных в последующих пунктах формулы изобретения, то они направлены на то, чтобы нагнетание жидкости в пласт с применением предлагаемого устройства осуществлялось более эффективно и производительно.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - торцовая часть клапана; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2 (упорный уступ в клапане выполнен в виде цельного овала); на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 2 (упорный уступ в клапане выполнен в виде пилонов).

Устройство состоит из упругорасширяющегося рукава 1, присоединенного с помощью крепежной муфты 2 к торцовому клапану 3 для предварительного распора устройства в скважине. Клапан 3 состоит из корпуса 4, в который ввинчивается крышка 5. В крышке 5 выполнены торцовые отверстия 6, а в корпусе 4 - боковые отверстия 7, предусмотренные для подачи жидкости в скважину. Во внутренней части корпуса 4 клапана выполнены упорные уступы 8 в виде овала, на них установлена манжета 9, выполненная в виде пробки с продольным по оси устройства противовыбросным отверстием 10. Корпус клапана 3 со стороны, противоположной отверстиям, выполнен с резьбовой частью 11, которая при сборке устройства вкручивается в резьбовую часть 12 крепежной муфты 2. Упругорасширяющийся рукав 1 при сборке устройства после специальной разделки закрепляется на ниппельной крепежной муфте 2 с помощью специальных зажимов 13. Упругорасширяющийся рукав 1 состоит из внешней 14 и внутренней 15 частей резиновой трубы, между которыми расположен силовой, например металлический, каркас 16, состоящий из нескольких слоев оплетки с резиновыми прослоями, а внутри рукава 1 предусмотрен канал 17 для подачи жидкости.

Техническое решение предусматривает второй вариант выполнения торцового клапана 18, в котором упорные уступы 8 выполнены в виде овалов 19 (см. фиг. 3) или в виде пилонов (см. фиг. 4). Манжета 9 выполнена в виде шайбы-мембраны 20 с противовыбросным отверстием 21 такого же размера.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно собранное устройство устанавливается в скважину, пробуренную для нагнетания жидкости в пласт. Прокладывают трубопровод и подключают насос к нему, затем трубопровод с помощью разборной концевой аппаратуры подсоединяют к устройству для герметизации, установленному в скважину. Включают насос и нагнетаемая в пласт жидкость поступает в канал 17, затем жидкость поступает в корпус 4 клапана 3. Давление жидкости в устройстве постепенно повышается, при этом часть жидкости поступает через продольное отверстие 10 в пробке-манжете 9, а затем через отверстия 6 и 7 в корпусе - в скважину. Скважина заполняется, а давление в устройстве повышается и постепенно упругорасширяющийся рукав расширяется и расклинивается в скважине. При заполнении скважины жидкостью, что видно по началу ее вытекания из скважины, насос включают на полную мощность. Давление в скважине достигает давления срабатывания клапана, обычно порядка 2 МПа (20 атм). Клапан срабатывает так: пробка-манжета 9 под давлением жидкости проскальзывает по упорным уступам 8, оставаясь в крышке корпуса. Жидкость свободно поступает в массив и осуществляется нагнетание жидкости в пласт. При последующих циклах использования устройства пробка-манжета 9 вновь устанавливается на упорные уступы 8.

В случае использования торцового клапана с применением в качестве мембраны шайбы (см. фиг. 2-4) происходит следующее. Шайба-мембрана 20 под давлением жидкости скалывается на упорных уступах в виде овалов 19.

Применение данного устройства в условиях угольных шахт при нагнетании жидкости в пласт позволяет значительно повысить эффективность нагнетания жидкости и снизить трудоемкость.