CC BY
19
Оригинальная статья
УДК 622.234.573:622.831.325.3 © Ю.М. Леконцев, П.В. Сажин, А.В. Новик, 2020
Систематизация средств создания инициирующих щелей в скважинах, пройденных в породах угольных шахт
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-12-4-6 -
ЛЕКОНЦЕВ Ю.М.
Канд. техн. наук, старший научный сотрудник ИГД СО РАН,
630091, г. Новосибирск, Россия, e-mail: lekon-yu@yandex.ru
САЖИН П.В.
Канд. техн. наук, научный сотрудник ИГД СО РАН,
630091, г. Новосибирск, Россия, e-mail: pavel301080@mail.ru
НОВИК А.В.
Инженер ИГД СО РАН,
630091, г. Новосибирск, Россия
В статье представлена классификация устройств для создания инициирующих щелей на стенках скважин, пройденных в породных массивах? для проведения из них направленных гидроразрывов. Приведены примеры конструкций некоторых щелеобразователей, поясняющие заложенный принцип классификации. Ключевые слова: гидроразрыв, щелеобразователь, создание инициирующих щелей.
Для цитирования: Леконцев Ю.М., Сажин П.В., Новик А.В. Систематизация средств создания инициирующих щелей в скважинах, пройденных в породах угольных шахт // Уголь. 2020. № 12. С. 4-6. 001: 10.18796/0041-57902020-12-4-6.
ВВЕДЕНИЕ
На угольных шахтах Кузбасса и в мире широко применяется технология гидроразрыва для управления труднообрушающимися кровлями, дегазации угольных пластов и т.д. Для реализации данной технологии применяется ряд устройств, обеспечивающих нарезание на стенках скважин инициирующих щелей, а также их герметизацию для последующего проведения гидроразрывов [1, 2, 3, 4, 5]. Как было отмечено выше, область решаемых с использованием технологий направленных гидроразрывов задач достаточно широка, и для каждой из них требуется правильный выбор устройств создания инициирующих щелей.
КЛАССИФИКАЦИЯ УСТРОЙСТВ
ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ ИНИЦИИРУЮЩИХ ЩЕЛЕЙ
В настоящее время разработано большое количество механизмов для образования инициирующих щелей, имеющих различные конструктивные особенности и принципиальные схемы работы, что значительно затрудняет рациональный выбор конструкции. Поэтому была проведена научно-поисковая работа по классификации этих устройств, которая представлена на рис. 1.
Первоначально выбор конкретного устройства делается из двух групп: в зависимости от места создания инициирующей щели в забойной части скважины, например при управлении труднообрушающимися кровлями; при проведении транзитных или поинтервальных гидроразрывов (дегазация угольных пластов)
Далее определяют ориентацию инициирующей щели относительно оси скважины, т.е. расположения ее в плоскости перпендикулярной оси скважины или вдоль ее оси. Механизм выдвижения режущих органов в конструкциях щелеобразователей может быть механическим, гидравлическим или под действием центробежных сил. Последний класс устройств может применяться только при создании искусственных щелей поперек оси скважины. Вследствие относительной простоты конструкций и высокой надежности более широкое распространение получили щелеобразователи первых двух групп.
Важным фактором, влияющим на выбор той или иной конструкции щелеобразова-теля, является прочностная характеристика массива, в котором предполагается выполнение работ по гидроразрыву. В более мягких (пластичных) породах, например по углю, для осуществления направленных гидроразрывов необходимо создавать инициирующие трещины кратно большего диаметра, чем в прочных породах. Для первых рекомендуется использовать щелеобразовате-ли с рычажно-поворотным перемещением режущего органа относительно оси корпуса [6]. Конструкция одного из таких устройств представлена на рис. 2.
Устройство данной конструкции имеет один режущий орган и позволяет нарезать на стенках скважин инициирующие щели диаметром до трех диаметров скважины. Его применение рационально при проведении работ по дегазации угольного пласта.
В горных породах прочностью выше трех единиц по шкале проф. М.М. Протодьяконо-ва, предпочтительно использовать щелео-бразователи с радиальным выходом режущего органа. На рис. 3 представлен щелео-бразователь с механическим [7], а на рис. 4 с гидравлическим выдвижением режущего органа [8].
Данная конструкция щелеобразователя хорошо зарекомендовала себя при нарезании инициирующих щелей в прочных породах при решении задач управления трудноо-брушающимися кровлями. Основным ее до-
Конструкция щелеобразователя
Место нарезания инициирующих щелей (ИЩ)
Забой скважины
Ориентация плоскости нарезания ИЩ
Транзитное
Поперек ск важины
1
Под дейс центробеж твием ных сил
Вдоль скважины
Механизм выдвижения режущего органа
Осевое
Гидравлическое воздействие
Перемещение режущего органа относительно корпуса
Механическое воздействие
Радиальное
Рычажно-поворотное
Рис. 1. Классификация устройств для нарезания инициирующих щелей
Рис. 2. Схема щелеобразователя с рычажно-поворотным перемещением режущего органа: 1 - корпус; 2 - режущий орган; 3 - рычаг; 4 - поршень
Рис. 3. Схема щелеобразователя с механическим перемещением режущего органа: 1 - корпус; 2 - продольные окна; 3 - шток; 4 - режущий орган
Рис. 4. Схема щелеобразователя с гидравлическим перемещением режущего органа: 1 - корпус; 2 - продольное окно; 3 - направляющие уклоны; 4 - поршень
стоинством является то, что за счет криволинейной траектории движения режущего органа значительно повышается диаметр нарезаемой инициирующей щели, что повышает эффективность технологии гидроразрыва.
Щелеобразователь с гидравлическим перемещением режущего органа позволяет производить нарезание инициирующих щелей в любом месте скважины за счет гидравлического механизма его выдвижения.
ВЫВОДЫ
Представленная классификация устройств для нарезания инициирующих щелей и полостей охватывает весь спектр известных конструкций щелеобразователей, применяемых в угольной промышленности России при решении технологических задач разупрочнения породного массива и дегазации угольных пластов методом поин-тервального гидроразрыва.
Список литературы
1. Клишин В.И., Курленя М.В., Писаренко М.В. Совершенствование геотехнологий и способов управления состоянием массива горных пород на основе гидроразрыва // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2013. № 6. С. 23-35.
2. Чернов О.И. О флюидоразрыве породных массивов // ФТПРПИ. 1988. № 6. С. 81-92.
3. Клишин В.И. Адаптация механизированных крепей к условиям динамического нагружения. Новосибирск: Наука, 2002. 199 с.
4. Леонтьев А.В., Попов С.Н. Опыт практического применения измерительного гидроразрыва // Горный журнал. 2003. № 3. С. 37-43.
5. Курленя М.В., Леонтьев А.В., Попов С.Н. Развитие метода гидроразрыва для исследования напряженного состояния массива горных пород // ФТПРПИ. 1994. № 1. С. 3-20.
6. Пат. РФ № 2400624 С1. МПК Е21С 37/00. Щелеобразователь / Ю.М. Леконцев, П.В. Сажин. Патентообладатели: Учреждение Российской академии наук Институт горного дела РАН (Ш); заявл. № 2009130839/03, 2009.08.12; опубл. в БИ № 27, 2010.09.27.
7. Пат. РФ № 2263776. МПК Е21В 43/26, Е21С 37/00. Щелеобразователь / В.И. Клишин, Ю.М. Леконцев, П.В. Сажин. Патентообладатели: ИГД СО РАН заявл. 2004.06.03; опубл. в БИ № 31, 2005.11.10.
8. Пат. РФ № 2359124. Щелеобразователь / Ю.М. Леконцев, П.В. Сажин, В.И. Клишин. Патентообладатели: ИГД СО РАН (Ш); заявл. 2008103856, 2008.01.31; опубл. в БИ №17, 2009.06.20.
UNDERGROUND MINING
Original Paper
UDC 622.234.573:622.831.325.3 © Yu.M. Lekontsev, P.V. Sazhin, A.V. Novik, 2020
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2020, № 12, pp. 4-6
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-12-4-6
Title
SYSTEMATIZATION OF MEANS TO CREATE INITIATION SLOTS IN BOREHOLES drilled IN COAL SEAMS IN UNDERGROUND MINES
Authors
Lekontsev Y.M.1, Sazhin P.V.', Novik A.V.'
1 Institute of mining of SB RAS, Novosibirsk, 630091, Russian Federation Authors' Information
Lekontsev Yu.M., PhD (Engineering), Senior Researcher, e-mail: lekon-yu@yandex.ru
Sazhin P.V., PhD (Engineering), Researcher, e-mail: pavel301080@mail.ru Novik A.V., Engineer
Abstract
The paper presents a classification of devices for creation of initiating slots in borehole walls drilled in coal seams to perform directional hydraulic fracturing. Examples of some slot former designs that explain the classification principle are provided.
Keywords
Hydraulic fracturing, Slot former, Creation of initiating slots. References
1. Klishin V.I., Kurlenya M.V. & Pisarenko M.V. Enhancement of geotechnologies and methods to control rock mass condition based on hydraulic fracturing. Gorniy informatsionno-analiticheskiy bjulleten (nauchno-tekhnicheskiyzhur-nal) - Mining Informational and Analytical Bulletin, 2013, No. 6, pp. 23-35. (In Russ.).
2. Chernov O.I. On fluid fracture of rock massifs. Fiziko-tekhnicheskiye problemy razrabotki poleznykh iskopayemykh - Journal of Mining Science, 1988, No. 6, pp. 81-92. (In Russ.).
3. Klishin V.I. Adaptation of powered support to dynamic stress conditions. Novosibirsk, Nauka Publ., 2002, 199 p. (In Russ.).
4. Leontyev A.V. & Popov S.N. Practical experience of measurement hydrof-racturing. GornyiZhurnal - Mining Journal, 2003, No. 3, pp. 37-43. (In Russ.).
5. Kurlenya M.V., Leontyev A.V. & Popov S.N. Development of the hydraulic fracturing method to investigate the stress state of the rock mass. Fiziko-tekhnicheskiye problemy razrabotki poleznykh iskopayemykh - Journal of Mining Science, 1994, No. 1, pp. 3-20. (In Russ.).
6. Lekontsev Yu.M. & Sazhin P.V. Slot former. Pat. RF No.2400624 C1. MPK E21C 37/00. Patent holders: Institution of the Russian Academy of Sciences, Institute of Mining RAS (RU); Applic. No. 2009130839/03, 2009.08.12; Publ. in Bul. No. 27, 2010.09.27.
7. Klishin V.l., Lekontsev Yu.M. & Sazhin P.V. Slot former. Pat. RF No. 2263776. MPK E21V 43/26, E21C 37/00. Patent holders: Institute of Mining of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Applic. 2004.06.03; Publ. in Bul. No.31, 2005.11.10.
8. Lekontsev Yu.M., Sazhin P.V. & Klishin V.I. Slot former. Pat. RF No. 2359124. Patent holders: Institute of Mining of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Applic. 2008103856, 2008.01.31; Publ. in Bul. No.17, 2009.06.20.
For citation
Lekontsev Yu.M., Sazhin P.V. & Novik A.V. Systematization of means to create initiation slots in boreholes drilled in coal seams in underground mines. Ugol' -Russian Coal Journal, 2020, No. 12, pp. 4-6. (In Russ.). DOI: 10.18796/00415790-2020-12-4-6.
Paper info
Received July 6,2020 Reviewed August 4,2020 Accepted November 11,2020
6
ДЕКАБРЬ, 2020, "УГОЛЬ"
