устройство для гидроразрыва пород в скважине

Формула изобретения

Устройство для гидроразрыва пород в скважине, включающее цилиндрический корпус с установленными на его концах уплотнительными элементами, механизм сжатия которых выполнен в виде установленной на цилиндрическом корпусе между уплотнительными элементами поршневой пары с отверстием в цилиндре, и с выполненными в цилиндрическом корпусе двумя каналами, один из которых соединен с рабочей камерой поршневой пары, а другой - с отверстием в ее цилиндре, отличающееся тем, что в цилиндрическом корпусе со стороны торца установлены соосно два обратных клапана, один из которых имеет с одной стороны хвостовик, выступающий из цилиндрического корпуса и опертый на эксцентрик рукоятки управления, а с противоположной стороны - зауженной формы толкатель, установленный с возможностью взаимодействия с другим обратным клапаном.

Описание изобретения к патенту

Техническое решение относится к горному делу, в частности к приборам горной геофизики, и предназначено для определения напряжений в породном массиве путем нагнетания жидкости под давлением в изолируемый участок скважины до разрушения ее стенок.

Известно устройство для гидроразрыва скважин по авт. св. СССР №877006, кл. Е21С 39/00, опубл. в БИ №40, 1981 г., включающее упругие оболочки, закрепленные на полых стержнях с радиальными и осевыми каналами, соединенных между собой трубой, неподвижные наружные и внутренние уплотнительные обоймы. Устройство снабжено регулируемым редукционным клапаном, установленным между оболочками, а внутренние уплотнительные обоймы закреплены на стержнях неподвижно посредством конических втулок.

Недостатком этого устройства является низкая надежность герметизации исследуемого участка скважины, так как концевая заделка упругих оболочек может устойчиво работать при давлении не выше 10 МПа (при более высоком давлении упругие оболочки выдавливает в кольцевой зазор между корпусом и скважиной). Кроме этого редукционный клапан не позволяет проводить на исследуемом участке скважины повторные циклы нагнетания жидкости, что необходимо для повышения достоверности эксперимента.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для гидроразрыва пород в скважине по авт. св. СССР №1737116, кл. Е21С 39/00, опубл. в БИ №20, 1992 г., включающее цилиндрический корпус с установленными на его концах уплотнительными элементами и механизм сжатия последних. В корпусе выполнены два канала, механизм сжатия уплотнительных элементов выполнен в виде установленной на корпусе между уплотнительными элементами поршневой пары с отверстием в цилиндре, рабочая камера поршневой пары соединена с одним из каналов корпуса, а второй канал корпуса сообщен с отверстием цилиндра.

Недостатком данного устройства является то, что для подвода жидкости в каналы корпуса, соединенные с рабочей камерой поршневой пары и с отверстием в цилиндре, необходимо иметь два подводящих трубопровода, что утяжеляет конструкцию, затрудняет монтаж устройства в скважине. Кроме того, незначительная разгерметизация любого подводящего трубопровода снижает надежность работы устройства в целом.

Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, заключается в облегчении конструкции, упрощении монтажа устройства в скважине и повышении надежности его работы за счет уменьшения числа подводящих трубопроводов.

Задача решается тем, что в устройстве для гидроразрыва пород в скважине, включающем цилиндрический корпус с установленными на его концах уплотнительными элементами, механизм сжатия которых выполнен в виде установленной на цилиндрическом корпусе между уплотнительными элементами поршневой пары с отверстием в цилиндре, и с выполненными в цилиндрическом корпусе двумя каналами, один из которых соединен с рабочей камерой поршневой пары, а другой с отверстием в ее цилиндре, согласно предлагаемому техническому решению в цилиндрическом корпусе со стороны торца установлены соосно два обратных клапана, один из которых имеет с одной стороны хвостовик, выступающий из цилиндрического корпуса и опертый на эксцентрик рукоятки управления, а с противоположной стороны - зауженной формы толкатель, установленный с возможностью взаимодействия с другим обратным клапаном.

Указанная совокупность признаков позволяет в зависимости от положения рукоятки управления подавать жидкость от одного подводящего трубопровода либо в канал, соединенный с рабочей камерой поршневой пары, либо в канал, соединенный с отверстием в цилиндре поршневой пары. Таким образом, обеспечивается возможность при использовании только одного подводящего трубопровода производить после герметизации скважины повторные циклы нагнетания жидкости на ее исследуемом участке, что облегчает конструкцию, упрощает монтаж устройства в скважине и повышает его надежность.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами. На фиг.1 показано устройство для гидроразрыва пород в скважине, общий вид; на фиг.2 - место А на фиг.1 в разрезе.

Устройство для гидроразрыва пород в скважине (далее - устройство) состоит (фиг.1) из цилиндрического корпуса 1 (далее корпус 1), установленных на его концах уплотнительных элементов 2, механизма сжатия последних в виде установленной на корпусе 1 между уплотнительными элементами 2 поршневой пары 3 с отверстием 4 в цилиндре, рукоятки 5 управления с эксцентриком 6. Внутри корпуса 1 выполнены канал 7, соединенный с рабочей камерой (поз. не обозначена) поршневой пары 3, и канал 8, соединенный с отверстием 4 в цилиндре поршневой пары 3. В корпусе 1 со стороны торца (фиг.2) установлены соосно два обратных клапана 9 и 10 (далее - клапаны 9 и 10). Клапан 9 прижат к седлу 11 пружиной 12, а клапан 10, выполненный в виде золотника, прижат к седлу 13 пружиной 14. Хвостовик 15 клапана 10 выступает из корпуса 1 и оперт на эксцентрик 6 рукоятки 5 управления. С противоположной стороны клапан 10 имеет толкатель 16 зауженной формы, установленный с возможностью взаимодействия с клапаном 9. Гнездо 17 для подвода жидкости соединено каналом 18 с межклапанной полостью 19. Заклапанная полость 20 клапана 9 соединена каналом 7 с рабочей камерой поршневой пары 3, а заклапанная полость 21 клапана 10 - с каналом 8, соединенным с отверстием 4 в цилиндре поршневой пары 3.

Работает устройство следующим образом. Устройство с подсоединенным к гнезду 17 (фиг.2) подводящим трубопроводом устанавливают в скважине на выбранной глубине, при этом рукоятка 5 управления находится в позиции I, после чего включают насос и нагнетают жидкость. Жидкость по каналу 18 поступает в межклапанную полость 19, проходит через клапан 9 и канал 7 в рабочую камеру поршневой пары 3, которая, раздвигаясь, сжимает уплотнительные элементы 2. Последние, расширяясь в радиальном направлении, соприкасаются со стенками скважины и герметизируют исследуемый участок скважины (фиг.1). При этом клапан 10 закрыт и не позволяет жидкости поступать в заклапанную полость 21. После герметизации исследуемого участка скважины давление в насосе сбрасывают до атмосферного, что приводит к закрытию клапана 9, и перемещают рукоятку 5 управления в позицию II. При этом клапан 10 перемещается внутрь корпуса 1, не доходя толкателем 16 до клапана 9, поэтому последний остается закрытым и удерживает жидкость под давлением в рабочей камере поршневой пары 3 (фиг.1). После очередного включения насоса жидкость через открытый клапан 10 поступает в его заклапанную полость 21 и далее по каналу 8 в исследуемый участок скважины. Давление жидкости в исследуемом участке скважины можно многократно изменять от атмосферного до максимально допустимого значения, определяемого прочностными свойствами материала уплотнительных элементов 2, например до 60 МПа при изготовлении последних из полиуретана. Рабочие параметры давления в процессе нагружения и разрушения стенок исследуемого участка скважины регистрируют и затем интерпретируют в терминах напряжений, действующих в породном массиве. По окончании экспериментов давление в насосе сбрасывают до атмосферного и устанавливают рукоятку 5 управления в положение III (фиг.2). При этом эксцентрик 6 подвигает хвостовик 15 внутрь корпуса 1 и толкатель 16 открывает клапан 9, позволяя жидкости из рабочей камеры поршневой пары 3 (фиг.1) пройти по каналу 7, заклапанной полости 20, межклапанной полости 19, каналу 18 и гнезду 17 на слив.