Пакер кумулятивный манжетный

Полезная модель относится к горному делу и может быть использована для образования направленных трещин в пласте через пробуренную скважину для ускорения дегазации горного массива. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение эффективности гидроразрыва за счет создания импульсного давления нагнетания жидкости с периодами импульсов, соответствующими в режиме обратной связи скачкообразному развитию щели гидроразрыва. Пакер кумулятивный манжетный содержит гидроцилиндр, поршень с полым штоком, в котором имеются отверстия для подачи жидкости в полость скважины. Герметизация участка проведения гидроразрыва производится при помощи герметизирующих элементов, зафиксированных капроновыми шайбами. При нагнетании жидкости в полость гидроцилиндра происходит сближение упорной втулки и толкателя, что приводит к сжиманию пружины и раскрытию клиньев. Упорная втулка снабжена ограничителем, что позволяет удерживать до нужного момента клинья в фиксированном положении. Отверстия в полом штоке, распределены как по длине штока так и радиально и выполнены разного диаметра и смещены относительно друг друга, что позволяют создать режим импульсного давления в зоне гидроразрыва. На воздушник установлен фильтр, что позволяет значительно продлить срок службы пакера. Устройство обеспечивает, в режиме обратной связи, импульсное давление гидроразрыва с относительно длительными периодами его снижения. Полученные механическим путем щели дробят и расширяют используя растягивающие напряжения в породе, возникающие под действием импульсного давления жидкости.

Полезная модель относится к горному делу и может быть использована для образования направленных трещин в пласте через пробуренную скважину для ускорения дегазации горного массива.

Известно устройство для образования направленных трещин (патент 1323710, заявка 4039399, дата приоритета 19.. марта 1986 года, дата публикации 15 июля 1987 года, класс МПК E21C 37/00), содержащее выдвижные резцы с приводом для прорезания зародышевых щелей по которым затем производят направленный гидроразрыв. Основным недостатком известного устройства является то, что после создания зародышевой щели необходимо произвести замену его на устройство для гидроразрыва, что значительно усложняет процесс.

Наиболее близким по техническому решению является устройство для образования направленных трещин (патент 2138631 по заявке 96105870 дата приоритета 26 марта 1996 год, дата публикации 27 сентября 1999 г., класс МПК E21B 43/26, E21C 37/06). Устройство содержит гидроцилиндр со штоком, герметизирующие элементы, втулку и пружину, отличающееся тем, что оно снабжено муфтой, шайбами и дополнительными втулками, при этом герметизирующие элементы, шайбы и втулки расположены на штоке между корпусом гидроцилиндра и муфтой, одна втулка снабжена клиньями, выполненными с возможностью поворота перпендикулярно оси устройства при взаимодействии с другой втулкой посредством расположенной между ними пружины, причем шток выполнен полым и имеет отверстия для подачи жидкости в полость образования трещин после перемещения втулки, обеспечивающего поворот клиньев.

Устройство предполагает режим непрерывного поступления жидкости под давлением в зону гидроразрыва, а затем спад давления жидкости путем прекращения подачи жидкости. Устройством не предусмотрен режим импульсного изменения давления для более эффективного развития трещин в породах большой прочности в соответствии с законами развития трещин. Устройство не защищено от попадания кусочков породы в систему. Плоская форма наконечника затрудняет его перемещение к забою скважины в связи с наличием в ней частиц породы.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение эффективности гидроразрыва за счет создания импульсного давления нагнетания жидкости с периодами импульсов, соответствующими в режиме обратной связи скачкообразному развитию щели гидроразрыва.

Пакер кумулятивный манжетный, содержащий гидроцилиндр с крышкой на переднем конце и втулкой гидроцилиндра на его заднем конце, поршень с полым штоком, имеющим отверстия для подачи жидкости в полость образования трещин и в конце полого штока закреплены опорная шайба и переходная муфта с уплотнительным кольцом, а на штоке установлены герметизирующие элементы, с фиксирующими капроновыми шайбами, упорная втулка, толкатель с цилиндрическими опорными поверхностями, на котором с помощью осей установлены клинья, с возможностью поворота перпендикулярно оси пакера и в толкателе запрессована втулка скольжения, а между упорной втулкой и толкателем расположена цилиндрическая пружина, в крышке гидроцилиндра размещен воздушник.

Отличием является то, что на переднем торце гидроцилиндра установлена крышка, имеющая форму усеченного конуса с углом не менее 45 градусов и с продольными канавками на поверхности, воздушник снабжен фильтром, опорная шайба дополнительно закреплена гайкой, упорная втулка имеет ограничитель, отверстия для подачи жидкости расположены под втулкой скольжения, распределены как по длине штока так и радиально и выполнены разного диаметра и смещены относительно друг друга.

Вторым отличием является то, что герметизирующие элементы выполнены из прочного, эластичного материала.

Другим отличием является то, что фильтр выполнен из войлочной ткани.

Отличием является и то, что длина клиньев может быть от 20 мм до 30 мм.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. показан общий вид пакера кумулятивного манжетного.

Пакер кумулятивного манжетный состоит из гидроцилиндра 1 с крышкой 2 на его переднем торце, втулки гидроцилиндра 4 на заднем торце, поршня с полым штоком 3. За гидроцилиндром 1 на штоке 3 установлены герметизирующие элементы из упругого материала 5 с капроновыми шайбами 6. Между герметизирующими элементами 5 расположены упорная втулка 7 с ограничителем 8 и цилиндрической пружиной 9, толкатель 10 с клиньями 11 и втулкой скольжения 12. За вторым герметизирующим элементом 5 расположены опорная шайба 13 с гайками 14, которые регулируют положение деталей пакера на штоке 3, и переходная муфта 15 с уплотнительным кольцом 16, к которой присоединяют трубопровод для подачи жидкости (не показан).

Клинья 11 закреплены на толкателе 10 с помощью осей 17 и имеют возможность поворота перпендикулярно продольной оси пакера, а при доставке пакера к забою скважины удерживаются от поворота с помощью ограничителя 8, расположенного на внешней поверхности упорной втулки 7, торец которой выполнен в конической форме.

Втулка скольжения 12 прикрывает перед началом гидроразрыва все отверстия 18, расположенные в стенке полого штока 3.

Крышка гидроцилиндра 2 имеет форму усеченного конуса с углом менее 45 градусов с продольными канавками на поверхности, а в ней расположены каналы воздушника 19, для сохранения нормального давления воздуха в гидроцилиндре при перемещении поршня, и фильтр 20 для предотвращения подсоса твердых частиц в гидроцилиндр при его обратном движении поршня.

Пакер кумулятивный манжетный работает следующим образом. С помощью доставочного трубопровода (не показан) пакер размещают в скважине на заданной глубине.

В полость штока 3 подают жидкость под необходимым давлением. В штоковой полости гидроцилиндра 1 создается давление жидкости, которое обеспечивает встречное движение корпуса гидроцилиндра и закрепленной на конце штока 3 упорной шайбы 13 и, тем самым, сжимая пружину 9 и сближая упорную втулку 7 и толкатель 10. Герметизирующие элементы 5 начинают сжиматься и увеличиваться в объеме.

Сближение упорной втулки 7 и толкателя 10 приводит к повороту клиньев 11 вокруг их осей с разрушением ограничителя 8. Клинья 11 вылетают и вдавливаются в стенки скважины, формируется радиальная система макротрещин, которая является зародышем щели гидроразрыва. При этом длина клиньев может быть разной и зависит от прочности породы стенок скважины. Длина клина от 20 мм используется для крепких углей. Длина клина 30 мм используется для слабых углей. При этом герметизирующие элементы 5 максимально сжимаются и изолируют интервал гидроразрыва с двух сторон.

Одновременно, перемещается втулка скольжения 12, расположенная в толкателе 10 открывая при этом радиальные отверстия 18 на штоке 3. Жидкость для гидроразрыва поступает в интервал скважины, заполняя макротрещины. При достижении критического уровня давления происходит дальнейшее скачкообразное развитие щели гидроразрыва угольного пласта. В момент скачка давления жидкости и развития щели жидкость заполняет щели до конца. Давление жидкости в щели и нагнетательной камере пакера снижается. Втулка скольжения 12 начинает двигаться к исходному положению перекрывая часть радиальных отверстий 18 в штоке 3. Поступление жидкости в зону гидроразрыва уменьшается.

Продолжая нагнетать жидкость через открытые отверстия 18 повышают давление в зоне гидроразрыва втулка скольжения 12 обратно открывает все отверстия 18. Формируется давление жидкости у «носика» щели, необходимое для следующего скачка давления.

Таким образом, устройство обеспечивает, в режиме обратной связи, импульсное давление гидроразрыва с относительно длительными периодами его снижения. Полученные механическим путем щели дробят и расширяют используя растягивающие напряжения в породе, возникающие под действием импульсного давления жидкости.

При этом образуются крупные и мелкие частицы разрушенной породы. Крупные частицы дополнительно участвуют в развитии щели, расклинивая ее.

После окончания гидроразрыва жидкость прекращает поступать в систему, давление в штоке 3 снижается до нуля и все элементы пакера возвращаются в транспортное положение. После этого пакер перемещается к следующему интервалу гидроразрыва и процесс повторяется. Перемещение пакера к устью скважины не требует фиксации клиньев, т.к. пружина 9 поддерживает необходимый зазор между упорной втулкой и толкателем.

Капроновые шайбы 6 одновременно способствуют уменьшению трения в скважине элементов герметизации 5, предохраняя их от повреждения.

Герметизация пакера в скважине осуществляется следующим образом. Герметизирующие элементы 5, выполненные из эластичного и прочного материала и расположены с двух сторон от зоны гидроразрыва, зафиксированы при этом капроновыми шайбами 6.

На обратном ходу поршня 3 фильтр 20 очищает воздух от механических примесей и надежно защищает систему от попадания инородных тел, что повышает надежность и долговечность пакера.

Создание импульсного режима давления в зоне гидроразрыва позволяет обеспечить оптимальный режим проведения гидроразрыва.

Таким образом, в скважине можно получить множество гидроразрывов за небольшой промежуток времени.

1. Пакер кумулятивный манжетный, содержащий гидроцилиндр с крышкой на переднем конце и втулкой гидроцилиндра на его заднем конце, поршень с полым штоком, имеющим отверстия для подачи жидкости в полость образования трещин, и в конце полого штока закреплены опорная шайба и переходная муфта с уплотнительным кольцом, а на штоке установлены герметизирующие элементы, с фиксирующими капроновыми шайбами, упорная втулка, толкатель с цилиндрическими опорными поверхностями, на котором с помощью осей установлены клинья, с возможностью поворота перпендикулярно оси пакера, и в толкателе запрессована втулка скольжения, а между упорной втулкой и толкателем расположена цилиндрическая пружина, в крышке гидроцилиндра размещен воздушник, отличающийся тем, что на переднем торце гидроцилиндра установлена крышка, имеющая форму усеченного конуса с углом не менее 45º и с продольными канавками на поверхности, воздушник снабжен фильтром, опорная шайба дополнительно закреплена гайкой, упорная втулка имеет ограничитель, отверстия для подачи жидкости расположены под втулкой скольжения, распределены как по длине штока, так и радиально, выполнены разного диаметра и смещены относительно друг друга.

2. Пакер по п.1, отличающийся тем, что герметизирующие элементы выполнены из прочного, эластичного материала.

3. Пакер по п.1, отличающийся тем, что фильтр выполнен из войлочной ткани.

4. Пакер по п.1, отличающийся тем, что длина клиньев может быть от 20 мм до 30 мм.