Герметизатор скважин

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована при нагнетании жидкости в угольные пласты для профилактики опасных и вредных явлений в шахтах, например, для снижения пылеобразования, предупреждения газодинамических явлений и т.д. Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности профилактической обработки пласта. Герметизатор содержит цилиндр 1 со штуцером 2 для подвода жидкости, поршень 4 с трубой 3, установленные внутри цилиндра, и уплотнительные элементы 7, помещенные на трубе. Сущность полезной модели заключается в том, что герметизатор дополнительно снабжен опорным стаканом 6 и ударником 11. Ударник установлен внутри опорного стакана с зазором и возможностью продольного перемещения и выполнен с продольным осевым проходным каналом 14 и двумя полостями 15, 16 в виде усеченных конусов, расположенных соосно внутри ударника, а их меньшие основания соединены указанным осевым проходным каналом. Опорный стакан соединен с трубой и снабжен ограничителями хода 12, 13 для ударника и кольцевым упором 10 для уплотнительных элементов. Опорный стакан может быть снабжен фиксатором его положения на трубе для исключения поворота при работе герметизатора. Импульсы давления способствуют образованию мелких трещин, что обеспечивает повышение скорости пропитки и снижение прочности пласта. Частота импульсов давления равна частоте пульсаций давления жидкости насосом, а амплитуда импульсов увеличивается за счет сопротивления ударника. Герметизатор надежен в работе и обеспечивает качественную профилактическую обработку горного массива.

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована при нагнетании жидкости в угольные пласты для профилактики опасных и вредных явлений в шахтах, например, для снижения пылеобразования, предупреждения газодинамических явлений и т.д.

Известен автоматический герметизатор скважин и шпуров, включающий центральную трубу с резиновыми уплотнителями и разделительными кольцами, на одном конце которой укреплен штуцер с цилиндром и поршнем, а на другом - насадка в виде эластичной втулки (авторское свидетельство СССР №297782, кл. Е 21 F 5/02, 1967 г.). При подаче жидкости в герметизатор по мере роста давления происходит сжатие резиновых уплотнителей и герметизация скважины. При заданном напоре жидкости эластичная насадка изменяет диаметр проходного отверстия и обеспечивает пропуск повышенного количества жидкости для нагнетания в пласт. Недостатками известного устройства являются ненадежность в работе из-за неравномерного сжатия уплотнителей по длине герметизатора и невысокая эффективность увлажнения массива.

Известно также устройство для герметизации шпуров и скважин, включающее цилиндр, уплотнительные элементы, внутреннюю трубку с поршнями и гидродинамический излучатель упругих колебаний (авторское свидетельство СССР №616419, кл. Е 21 F 5/02, 1970 г.). При нагнетании жидкость под давлением по внутренней трубке поступает к гидродинамическому излучателю упругих колебаний и создается перепад давления, способствующий перемещению поршней с внутренней трубкой относительно цилиндра и сжатию уплотнительных элементов.

Недостатками известного герметизатора являются большие гидравлические потери в гидродинамическом излучателе упругих колебаний и ненадежность работы.

Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности профилактической обработки пласта.

Предложен герметизатор скважин, включающий цилиндр, поршень с трубой, установленные внутри цилиндра, и уплотнительные элементы, помещенные на трубе.

Новым в конструкции герметизатора является то, что он дополнительно снабжен опорным стаканом и ударником, причем ударник установлен внутри опорного стакана с зазором и возможностью продольного перемещения и выполнен с осевым проходным каналом и двумя полостями в виде усеченных конусов, расположенных соосно внутри ударника, меньшие основания которых соединены осевым проходным каналом, а опорный стакан соединен с трубой и снабжен ограничителями хода ударника и кольцевым упором для уплотнительных элементов.

Отличием является также то, что опорный стакан снабжен фиксатором его положения на трубе.

Импульсное воздействие на пласт и снижение гидравлического сопротивления герметизатора обеспечивают повышение интенсификации процесса пропитки угольного массива жидкостью и равномерность ее распределения в нем, что, в свою очередь, обеспечивает повышение эффективности профилактической обработки пласта жидкостью и снижение затрат времени и средств на ее осуществление.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где приведен общий вид устройства.

Герметизатор скважин содержит цилиндр 1, штуцер 2 для подвода жидкости, соединенный с цилиндром, трубу 3 с поршнем 4 и каналом 5, размещенную внутри цилиндра, опорный стакан 6, связанный с трубой 3 с помощью резьбового соединения, и уплотнительные элементы 7, установленные на трубе.

Между уплотнительными элементами установлены разделительные кольца 8, которые могут перемещаться по трубе 3 при сжатии уплотнительных элементов. С торцов уплотнительных элементов на трубе помещены кольцевые упоры 9, 10, причем упор 9 связан с помощью

резьбового соединения с цилиндром 1, а упор 10 жестко соединен с опорным стаканом 6. Внутри опорного стакана 6 соосно с ним установлен ударник 11, имеющий возможность за счет кольцевого зазора размером, например 0,1 мм, между стенками перемещаться в продольном направлении внутри опорного стакана между ограничителями хода 12, 13. Ударник имеет продольный осевой проходной канал 14 небольшого диаметра (3,0 мм) и две полости 15, 16, выполненные в виде последовательно и соосно расположенных внутри ударника усеченных конусов, направленных меньшими основаниями друг к другу и соединенных проходным каналом 14. Для фиксации поршня 4 на трубе 3 установлена упорная гайка 17, а для исключения поворота опорного стакана на трубе имеется фиксатор 18 его положения.

Герметизатор работает следующим образом.

Жидкость через штуцер 2 заполняет трубу 3, опорный стакан 6 и через проходной канал 14 поступает в скважину, при этом ударник 11 перемещается вперед до ограничителя хода 13, который перекрывает кольцевой зазор между ударником и опорным стаканом. По мере роста давления в герметизаторе жидкость по каналу 5 поступает под поршень 4 и перемещает его в цилиндре 1 вместе с трубой 3 в сторону штуцера 2. При этом вместе с трубой перемещается опорный стакан 6 с кольцевым упором 10, а кольцевой упор 9 с цилиндром остается неподвижным, за счет чего происходит сжатие уплотнительных элементов 7 и герметизация скважины. По мере дальнейшего роста давления в системе «герметизатор - скважина» реактивная сила, действующая на стенки полости 16 ударника, увеличивается и при снижении давления в герметизаторе за счет неравномерной подачи жидкости насосом отбрасывает ударник в сторону ограничителя хода 12, при этом открывается кольцевой зазор. За счет давления и увеличения потока жидкости со стороны герметизатора, снижения гидродинамического сопротивления ударника, уменьшения реактивной силы в полости 16 и увеличения воздействия на полость 15 ударник с большой скоростью перемещается вперед и ударяет по столбу жидкости в скважине, возбуждая импульсы

давления. При этом полость 16 создает камуфлетный эффект - усиление импульса давления за счет направленного воздействия и наложения ударной нагрузки при взаимодействии стенок конической полости и столба жидкости.

При прижатии ударника к ограничителю хода 13 кольцевой зазор снова перекрывается, жидкость поступает в скважину только по проходному каналу 14 и цикл повторяется. Фиксатор 18 исключает поворот опорного стакана относительно трубы при работе герметизатора.

Таким образом, частота импульсов давления равна частоте пульсаций давления жидкости насосом, а амплитуда импульсов увеличивается за счет сопротивления ударника.

Импульсы давления, воздействуя на угольный массив, обуславливают образование мелких трещин, что способствует повышению скорости пропитки и снижению прочности пласта.

После окончания процесса нагнетания выпускают жидкость из герметизатора и скважины, происходит разгрузка герметизатора и его извлекают из скважины.

Устройство позволяет надежно герметизировать скважины диаметром 42-48 мм на глубине до 10 м с усилием сжатия до 2640 кг при максимальном давлении жидкости до 30 МПа, при этом пропускная способность герметизатора составляет до 60 л/мин.

1. Герметизатор скважин, включающий цилиндр со штуцером для подвода жидкости, поршень с трубой, установленные внутри цилиндра, и уплотнительные элементы, помещенные на трубе, отличающийся тем, что он снабжен опорным стаканом и ударником, причем ударник установлен внутри опорного стакана с зазором и возможностью продольного перемещения и выполнен с осевым проходным каналом и двумя полостями в виде усеченных конусов, расположенных соосно внутри ударника, меньшие основания которых соединены проходным каналом, а опорный стакан соединен с трубой и снабжен ограничителями хода ударника и кольцевым упором для уплотнительных элементов.

2. Герметизатор скважин по п.1, отличающийся тем, что опорный стакан снабжен фиксатором его положения на трубе.