Способ термомеханического бурения скважин и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК E21B7/18 E21B7/14 

-Изобретение относится к способу термомеханического бурения скважин и устройству для его осуществления и может быть использовано для образования, в частности, взрывных сква жин в крепких породах с одновремен ным их расширением. Известен способ термомехани 1еского бурения скважин путем совместного воздействия на забой высокотем пературной газовой струи и абразивных частиц, которые после их соударения с забоем перемещают вверх по периферийной части скважиньг отработанными газами и повторно вводят в истекакщую газовую струю. При этом стенки скважины в призабойной зоне и абразивные частицы в процессе их перемещения вверх подвергают охлаждению водной завесой в периферийной части скважины. Способ реализуе-тся с помощью устройства, содержащего камеру сгорания и сообщенную с ней камеру разгона абразивных частиц, снабженную эжектирующими окнами. Этот способ не позволяет вести с одновременным бурением термомеха, ническое расширение скважины, так как охлаждение ее стенок в призабой ной зоне препятствует созданию в поверхностном слое породы термических напряжений. С другой стороны, абразивные частицы после их ввода в высокотемпературную струю газа . подвергаются нагреву и приобретают некоторую пластичность, что приводи к снижению эффективности их воздействия на забой и бурения. - Наиболее близким техническим решением из известных к изобретению является способ термомеханического бурения скважин высокотемпературньм газоабразйвными. струями, в соответствии с которым сжигают топливную смесь жидкого горючего и газообразн;ого окислителя в призабойной части скважины и вводят в нее на участке разгона в потоке окислителя абразивные частицы, которые после возде ствия на забой перемещают вверх пот ком отработанного газа по периферий ной части скважины вместе с продуктами разрушения и затем зжектируют в истекающий поток окислителя на участке разгона, предварительно охлаждая во время циркуляции. 3-6i Устройство для осуществления этого способа содержит камеру разгона абра-, зивных частиц, сообщенную с магистралью подвода газообразного окяспятеля и имеющую боковые окна для эжектирования абразивных ча.тиц из пространства, и установленную на выходе из камеры разгона сгорания с форсункой для распыления горючего, соединенной с магистралью для его подвода. Охлаждение абразивных частиц достигается подачей воды в периферийную часть скважины призабойной зоны. В этом случае указанное обстоятельство также препятствует процессу термомеханического расширения скважины с одновременным ее бурением из-за того, что в месте расширения стенки скважины подвергаются охлаждению. I Цель изобретения заключается в создании такого способа термомеханического бурения, при котором было бы возможно вести одновременное расширение скважины. Цель достигается тем, что по способу термомеханического бурения скважин высокотемпературными г.азоабразивными струями,в соответствии с которым сжигают топливнзто смесь жид кого горючего и газообразного окислителя в Призабойной части скважины и вводят в нее на участке разгона в потоке окислителя абразивные частицы, которые после.воздействия на забой перемещают вверх потоком отработанного газа по периферийной части скважины вместе с продуктами разрушения и затем эжектируют в истекающий поток окислителя на участке разгона, предварительно охлаждая во время циркуляции, охлаждение абразивных частиц проводят на участке разгона путем создания завесы из жидкого горючего. Способ осуществляется устройством ,. содержащим камеру разгона абразивных частиц, сообщеннзгю с магистралью подвода.газообразного окислителя и имеющую боковые окна для эжектирования .абразивных частиц из пространства скважины, и .установленную на выходе из камеры разгона камеру сгорания с форсункой для распьшивания горючего, соединенной с магистралью для его-подвода, в котором форсунка размещена на входе в камеру разгона абразивных частиц. При этом форсунка снабжена расположенным над ней экраном. Кроме того,магистраль подвода газообразного окислителя сообщена с камерой разгона сопловыми каналами в ее стенках, выполненньми тангенциально к оси камеры. На чертеже изображено устройство для термомеханического бурения скважин, продольньй разрез. Устройство содержит корпус 1, в котором выполнены камера 2 разгона абразивных частиц и соо енная с ней на выходе камера 3 сгорания в виде диффузора, открытого в сторону забоя 4скважины. С камерой 2 разгона посредством сопловых каналов 5 сообщена магистраль 6 подвода газообразного окислителя, причем сопловые каналы 5вьтолнены в стенке камеры 2 разгона тангенциально к ее оси. Магистраль 7 подвода горючего снабжена установленной над входом в камеру 2 разгона форсункой 8, на которой смонтирован отражательньй экран 9. Коаксиально магистрали 7 расположена магистраль tO подвода охлаждаиицей воды через отверстие 11 в пространство скважины выше устройства . Корпус 1 устройства соединен с буровой штангой (не показана) ребрами 12, мезкду которыми образованы окн t3 для эжектирования абразивных частиц 14 .из пространства скважины. . Принцип работы устройства заключа ется в следующем. Газообразньй окислитель, например сжатьй воздух, используемый для разгона абразивных частиц 14, через соп левые каналь 5 подается в камеру 2 разгона в направлении забоя 4 скважины. Горючее, например керосин, распыленное форсункой 8, также попадает, в камеру 2 разгона, образуя с окислителем топливную смесь, которая в подготовленном для сжигания виде подается в камеру 3 сгорания. Полученные в ней продукты сгорания воздействзтот на забой и стенки 15 скважины. Порция абразивных частиц 14 предварительно засыпается на забой 4 скважины. Под действием аэродинамической силы выходящего потока продуктов сгорания частицы 14 перемещаются вверх по периферийной части скважины и через окпа 13 между ребрами 12 эжектируются в камеру 2 разгона. Перед входом в нее частицы 14 проходят через завесу из распыленного форсункой 8 жидкого горючего и далее в камере 2 разгона ускоряются до необходимых скоростей струей газообразного окислителя. После соударения с забоем 4 частицы 14 вновь перемещаются вверх по периферийной части скважины. В дальнейшем указанный цикл циркуляции частиц 14 непрерьшно повторяется. При подъеме по периферийной части скважины абразивные частицы 14 соударяются со стенками 15 скважины, оказывая на них механическое воздействие. Тепловое воздействие продуктов сгорания на стенки скважины ограничивается сверху подачей охлаждающей воды через отверстия 11. Раздельное охлаждение абразивных частиц 14 и стенок 15 скважины, осуществляемое в разных зонах скважины различными охлаждающими агентами, позволяет организовать наиболее эффективный совмещенный во времени процесс термомеханкческого бурения и расширения взрьганых скважин. йГспарение распыленного жидкого горючего на участке разгона при теплообмене с нагретыми на забое и в периферийной части скважины абразивными частицами обеспечивает интенсивное охлаждение их до восстановления необходимой твердости, а также улучшает смесеобразование и качество смеси. Благодаря тангенциальному располоению сопловых каналов 5, соединяющих агистраль 6 и камеру 2 разгона, в ей создается вращающийся поток окисителя, который сообщает частицам 14 ращательный момент относительно си камеры 2 разгона. Вследствие этоо центробежные силы отклоняют часицы от оси камеры разгона и обеспеивают воздействие их на периферийые части забоя, обусловливая неободимьй диаметр скважин.

1г

fj

11

1. Способ термонеханического бурения скважин BbicoKOTeNmepaTypHbn-tH газоабразивными струями, в соотвёт ствии с которым сжигают топливную смесь жвдкого горючего и газообраз ного окислителя в призабойной части скважины и вводят в нее на участке разгона в потоке окислителя абразивные частицы, которые после воздействия на забой перемещают вверх потоком отработанного газа по. периферийной части скважины вместе с продуктами разрушения и затем эжектируют в истекающий поток окислителя Hia участке разгона, предварительно охлаждая во время циркуляции, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью осуществления одновременного с бурением расширения скважины, охлаждение абразивных частиц проводят на участке разгона путем создания завесы из жидкого горючего. 2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее камеру разгона абразивных частиц, сообщенную с магистралью подвода :газообразного окислителя и имеющую боковые окна для эжектирования абразивных частиц из пространства скважины, и установленную на выходе из камеры разгона камеру сгорания с форсункой для распыливания горючего, соединенной с § магистралью для его подвода, о т л ич а ю щ е е с я тем, что форсунка W размещена на входе в камеру разгона абразивных частиц. 3. Устройство по п. 2, о т л ичающеес.я тем, что форсунка снабжена расположенным над ней экраном. lAd so 4. Устройство по пп. 2 и 3, о тличающееся тем, что магистраль подвода газообразного окислителя сообщена с камерой разгона- сопловыми каналами в ее стенках, выполненными тангенциально к оси камеры.