Буровая установка для проходки скважин электроимпульсным способом Советский патент 1991 года по МПК E21B7/15 E21C37/18 

Фиг.1

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для бурения вертикальных стволов и скважин различного назначения в крепких горных породах, многолетнемерзлых грунтах и льдах элект- роимпульсным способом.

Цель изобретения - повышение скорости проходки путем стабилизации крутизны фронта импульса напряжения на электродах при наращивании токопровода.

На фиг. 1 изображена буровая установка для проходки скважин электроимпульсным способом, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Буровая установка содержит электроимпульсный буровой снаряд 1. состоящий из источника импульсов напряжения (не показан), подключенного к токопроводу, выполненному из труб 2-4 разной длины, проходящих вдоль колонны пульпопровода 5. На нижнем конце пульпровода 5 размещен буровой наконечник 6 с высоковольтными 7 и заземленными 8 электродами, разделенными изолятором 9. Трубы 2-4 то- копровода крепятся к пульпопроводу 5 с помощью изоляторов-кронштейнов 10 на равном расстоянии одна относительно другой в поперечном сечении. При этом верхние торцы труб 2-4 последовательно по мере проходки скважин подключаются к источнику импульсов напряжения. Нижние торцы труб 2-4 соединены с точками общего колебательного контура 11, составляющие элементы которого размещены на верхней платформе бурового наконечника 6. Колебательный контур 11 состоит из соединенных параллельно последовательных контуров 12-14, которые настроены на нечетные гармоники частоты импульсов высокого напря- жения. При этом нижние торцы труб 2-4 токопровода соединены с точками 15-17 колебательного контура 11 так, что большей длине токопровода соответствует меньшая индуктивность колебательного контура 11. Выход колебательного контура 11 соединен с высоковольтными электродами 7 бурового наконечника 6. Электроды 8 посредством пульпопровода 5 заземлены, при этом в верхней части пульпровод 5 снабжен изолиру- ющей вставкой 18. Для спуско-подъемных операций с буровым снарядом 1 используются спуско-подъемное приспособление 19 и приспособление 20 для выноса продуктов разрушения с системой промывки, имею- щей насос или эрлифт, шланги, емкости для очистки промывочной жидкости от продуктов разрушения и т.п. (не показаны), подсоединенные к пульпопроводу 5 бурового снаряда 1.

Буровая установка работает следующим образом.

Включают систему промывки и обеспечивают заполнение промывочной жидкостью скважины и ее циркуляцию в цепочке забой-пульпопровод 5-емкости для очистки промывочной жидкости от продуктов разрушения. После этого подают импульсы напряжения от генератора на трубу 2 токопровода, При помощи электродов 7 и 8 бурового наконечника 6 прикладывают импульсы напряжения к горной породе на забое скважины. В связи с малым временем коммутации напряжения достигается достаточно высокая скорость нарастания разности потенциалов, прикладываемых к горной породе, под действием которой происходит разрушение массива на забое скважины. В начале бурения генератор импульсов высокого напряжения подключен на короткую трубу 2 токопровода, соединенного с колебательным контуром 11 так, что задействована практически вся его индуктивность, и в системе токопровод-колебательный контур 11-буровой наконечник 6 возникает резонанс напряжений, так как колебательный контур 11 состоит из подключенных параллельно последовательных контуров 12-14, которые и обеспечивают резонанс напряжений. Таким образом, во время бурения используется явление резонансных свойств канала, подводящего энергию импульсов высокого напряжения к забою. Крутизна импульсов высокого напряжения, приложенного посредством электродов 7 и 8 бурового наконечника 6 к породе забоя, тем круче, чем больше добротность контура: U вых QUex, где 1)вых - напряжение на электродах 7 и 8 бурового наконечника 6: U вх - напряжение на входе токопровода: Q - добротность контура.

Спектральная плотность такого импульса падает по экспоненциальной зависимости, т.е. спектральная плотность может иметь конечные значения только в ограниченном частотном диапазоне. Принимая также во внимание, что четные гармоники в сумме вычитаются, а нечетные складываются, выбирают колебательный контур, настроенный на нечетные гармоники частоты импульсов высокого напряжения, например первую, третью и пятую гармоники, как несущие наибольшую энергию сигнала. Практически это реализуется за счет выполнения колебательного контура 11 из трех параллельно включенных последовательных контуров 12-14, настроенных на первую, третью и пятую гармоники импульса. На выходе колебательного контура 11 эти гармонические составляющие складываются и

дают всплеск импульса высокого напряжения с крутым фронтом.

По мере углубления выработки в связи с тем, что при увеличении длины токопрово- да вносится дополнительная идуктивность токопроводящих устройств, система уходит из резонанса. Поэтому необходимо произвести подключение генератора импульсов высокого напряжения на следующую трубу, например на трубу 3, подключенную в другой точке общего колебательного контура 11, при этом выполняется условие - большей длине токопровода соответствует меньшая индуктивность колебательного контура 11. Указанная мера позволяет привести систему генератор им- пульсов-токопровод-колебательный контур 11-буровой наконечник 6 в состояние резонанса, т.е. постоянно согласовывать их параметры и получать импульсы высокого напряжения с крупным фронтом непосредственно на электродах 7 и 8 бурового наконечника 6.

Буровой шлам потоком промывочной жидкости удаляется из забоя скважины по пульпопроводу 5 в специальные емкости (не показаны), где происходит очистка промывочной жидкости от продуктов разрушения. Очищенная промывочная жидкость возвращается обратно в скважину. Необходимые спуско-подьемные операции при наращивании и демонтаже колонны бурового снаряда осуществляются при помощи спуско-подь- емного приспособления 19.

Используя систему колебательных кон- туров, можно получить значительное увеличение скорости проходки за счет стабилизации крутизны фронта импульса напряжения на электродах. При этом используется явление резонансных свойств канала, подводящего энергию импульсов высокого напряжения к забою, за счет резонансного всплеска напряжений непосредственно на буровом наконечнике. Повышение индуктивности токподводяще- го канала, неизбежное в связи с увеличением глубины бурения и возрастанием длины

токопровода, компенсируется в устройстве ступенчато за счет подключения к источнику импульсов напряжения следующей трубы токопроведа, которая отключает часть индуктивности колебательного контура 11, настраивая последний в резонанс с внешним электрическим воздействием.

За счет достижения высокой вероятности развития разряда в толще горного массива, а следовательно, сокращения числа непроизводительных разрядов в промывочной жидкости достигается уменьшение энергозатрат на проходку скважин и увеличение механической скорости бурения, что обеспечивает повышение производительности электроимпульсной проходки скважин, особенно при бурении их на большую глубину.

Формула изобретения Буровая установка для проходки скважин электроимпульсным способом, включающая электроимпульсный буровой снаряд с высоковольтными и заземленными электродами, токопровод в виде соосно соединенных труб, связанных с высоковольтными электродами и источником импульсов напряжения, спуско-подъемное приспособление и приспособление для выноса продуктов разрушения с пульпопроводом, связанным с заземленными электродами, отличающаяся тем, что, с целью повышения скорости проходки путем стаби- .лизации крутизны фронта импульса напряжения на электродах при наращивании токопровода. она снабжена размещенным на буровом снаряде колебательным контуром в виде соединенных параллельно последовательных колебательных контуров, настроенных на нечетные гармоники импульсов напряжения, при этом трубы токопровода выполнены разной длины и подключены своими верхними торцами к источнику импульсов напряжения, а нижними торцами подключены к колебательному контуру с обеспечением уменьшения индуктив- ности последнего при наращивании токопровода.

А А

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проходке скважин. Цель изобретения - повышение скорости проходки путем стабилизации крутизны фронта импульса напряжения на электродах при наращивании токопровода (ТП). Установка содержит источник импульсов напряжения, электроимпульсный буровой снаряд 1 с ТП, спуско-подьемное приспособление 19 и приспособление для выноса продуктов разрушения. Выполнен ТП из труб 2-4 разной длины. Верхние торцы их последовательно по мере проходки скважины подключаются к источнику импульсов высокого напряжения. Нижние торцы труб 2-4 соединены с точками колебательного контура (КК) 11. состоящего из соединенных параллельно последовательных КК 12-14, настроенных на нечетные гармоники импульсов высокого напряжения, при этом меньшей длине ТП соответствует большая индуктивность КК 11. При углублении скважины и наращивании ТП это позволяет стабилизировать крутизну фронта импульса напряжения на электродах 7 и 8. При этом обеспечиваются наилучшие условия разрушения забоя электрическими импульсами. 2 ил. (Л С

Щи2.1