Устройство для электротермического бурения скважин Советский патент 1983 года по МПК E21B7/15 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам для электротермического бурения скважин, например, во льду. Известен электротермомеханический колонковый снаряд для бурения скважин в мерзлых породах, содержащий два подключенных к источнику энергии электрода, торцы которых оснащены породоразрущающими резцами, являющимися одновременно излучателями электромагнитной энергии, при этом электроды расположены коаксиально и пространство между ними заполнено диэлектрическим материалом 1. Недостатком данного устройства является то, ччо расплавленная горная порода, например лед, в процессе охлаждения затвердевает и оседает как на стенках скважины, так и на керне, что ведет к сужению пробуренной скважины и прихвату бурового снаряда или к заклиниванию керна в колонковой трубе. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для электротермического бурения скважин с отбором керна во льду, содержащее кольцевой электронагревательный элемент, присоединенную к нему колонковую трубу с кернорватели, патрубки для отвода талой воды, расположенные снаружи колонковой трубы, открытые концы которых обращены к забою буримой скважины 2. К недостаткам известного электробура относится то, что в процессе бурения тепло, излучаемое электронагревательным элементом, рассеивается во все стороны равномерно -и стенки скважины продолжают оплавляться даже после того, как участок скважины пробурен, что приводит к непроизводительным затратам энергии, снижает КПД.электробура. При этом на стенки скважины энергии рассеивается значительно больше, чем концентрируется под торцом электробура. Между стенками скважины и электробуром образуется технологический зазор, что приводит к более интенсивному искривлению скважины, кроме того, в условиях низких температур расплавленная порода, отводимая по патрубкам, может застывать в них. Предложенная форма торца затрудняет сбор и вывод расплавленной породы из зоны забоя. Целью изобретения являетсяповышение эффективности бурения путем создания направленного подвода тепла к забою скважины, улучшения сбора и вывода из зоны забоя расплавленной породы, предотвращение ее застывания в отводных патрубках и снижение затрат тепловой энергии. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для электротермического бурения скважин с отбором керна во льду, содержащем кольцевой электронагревательный элемент, присоединенную к нему колонковую трубу с кернорвателями, патрубки для отвода расплавленной породы, расположенные снаружи колонковой трубы, открытые концы которых обращены к забою буримой скважины, торец кольцевого электронагревательного элемента выполнен вогнутым, а открытые концы патрубков установлены в кольцевом электронагревательном элементе. Кроме того, устройство помещено в кожух, а патрубки размещены в дополнительных нагревателях, которыми снабжено устройство. Устройство может иметь теплоизолирующие прокладки, установленные на наружной и внутренней поверхностях электронагревательного элемента со стороны, противоположной забою. Торец электронагревательного элемента имеет поперечные конусные проточки. Такое выполнение создает направленный подвод тепла к забою буримой скважины за счет концентрации .тепла в фокусе фокусировки, что значительно снижает расход тепловой энергии, повыщает КПД устройства для скважин. Кроме того, оно в условиях низких температур, например при бурении льда, предотвращает застывание расплавленной породы в патрубках и улучшает сбор и вывод мерзлой породы на поверхность за счет того, что вогнутый торец кольцевого электронагревательного элемента выполнен с уклонами в сторону патрубков, а сами они заключены в кожух и снабжены нагревателями. Такое конструктивное выполнение устройства для электротермического бурения скважин, в котором торец кольцевого электронагревательного элемента, обращенный к забою буримой скважины, выполнен вогнутым, создает направленный подвод тепла к забою скважины. На фиг. 1 изображено устройство для электротермического бурения скважин, разрез; на фиг. 2 - кольцевой электронагревательный элемент, развертка, выполненная по центральной окружности. Устройство содержит кольцевой электронагревательный элемент 1, торец которого, обращенный к забою буримой скважины, выполнен вогнутым. Внутри кольцевого электронагревательного элемента 1 расположен электронагреватель 2. Наружные и внутренние поверхности кольцевого электронагревательного элемента 1 защищены теплоизолирующими прокладками 3 и 4. К кольцевому электронагревательному элементу 1 присоединена колонковая труба 5 с кернорвателями 6. Патрубки 7 для отвода расплавленной породы расположены снаружи колонковой трубы 5 и своими открытыми концами, обращенными к забою буримой скважины, установлены в кольцевом электронагревательном элементе 1 по его

центральной окружности. Патрубки 7 снабжены нагревателями 8 и заключены в общий кожух 9. Вогнутый торец электронагревательного элемента I разбит на участки по количеству патрубков и на каждом участке выполнены уклоны 10 в сторону патрубков.

Устройство работает следующим -образом.

В исходном положении устройство устанавливают на забой и включают электронагреватель 2, который разогревает кольцевой электронагревательный элемент 1. За счет направленной концентрации тепла вогнутой поверхностью кольцевого электронагревательного элемента 1 горная порода, например лед, расплавляется. Устройство под действием собственного веса по мере плавления забоя продвигается вниз. Расплавленная порода, образующаяся в результате плавления, направляется уклонами 10 в патрубки 7 и выводится на поверхность. Нагреватели 8 излучают тепло, обеспечи-. вающее ее незастывание. По мере заполнения колонковой трубы 5 в момент подъема устройства срабатывают кернорватели 6, и керн отрывается. На поверхности керн извлекается из устройства, и цикл работы повторяется. Теплоизолирующие прокладки 3 и 4 уменьщают затраты тепловой энергии. Такое конструктивное выполнение устройства для электротермического бурения скважин, например, во льду создает направленный подвод тепла к забою скважины, что значительно снижает расход тепловой энергин. Кроме того, оно предотвращает застывание расплавленной породы в патрубках.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН с отбором керна во льду, содержащее кольцевой электронагревательный элемент, присоединенную к нему колонковую трубу с кернорвателями, патрубки для отвода расплавленной породы, расположенные снаружи колонковой трубы, открытые концы которых обращены к забою буримой, скважины, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности бурения путем создания направленного подвода тепла к забою скважины и улучшения сбора и вывода из зоны забоя расплавленной породы, торец кольцевого электронагревательного элемента выполнен вогнутым, а открытые концы патрубков установлены э кольцевом электронагревательном элементе. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно помещено в кожух, а патрубки размещены в дополнительных нагревателях, которыми снабжено устройство. 3.Устройство по пп. I и 2, отличающееся тем, что оно имеет термоизолирующие прокладки, установленные на наружной и внутренней поверхностях электронагревательного элемента со стороны, противоположной i забою. (Л 4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что торец электронагревательного элемента имеет поперечные конусные проточки. ю со о СП 4

ki;: е

.-

W

иг.2