Способ электрогидравлической разработки скважин и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК E21B7/15 E21C37/18 

Изобретение относится к области горной промышленности, в частности к способам и устройствам для разработки скважин.

Целью изобретения является повышение эффективности разработки скважин за счет кумулятивной направленности рабочей струи.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу электрогидравлической раз- работки скважин в жидкой среде коаксиально размещают электроды и подают на электроды электрические импульсы, при этом разряд на коаксиальных электродах сопровождают дополнительным разрядом, который осуществляют по отношению

к основному разряду с пространственным сдвигом фаз. близким к г.лупериоду.

Кроме этого, дополнительный разряд сопровождают по крайней мере еще одним разрядом с разностью фаз следования, определяемой расстоянием между сечениями, в которых размещены дополнительные электроды, причем последовательность следования разрядов определяют, начиная с пары электродов, находящейся выше по высоте разрабатываемой скважины.

Кроме этого, длительность электрического импульса на коаксиальных электродах близка либо кратна длительности сопровождающего его импульса.

00 СА) 00 О О XI

СО

Кроме этого, на электрический стример, возникающий во время разряда, воздействуют внешним вращающимся магнитным полем.

Используя принцип заявляемого способа, может быть построено устройство элек- трогидравлической разработки скважин, содержащее коаксиальный электрод, выполненный в виде трубопровода для подачи электропроводящей среды и размещенный внутри полого металлического элемента, являющегося вторым электродом, при этом устройство снабжено по крайней мере еще одним дополнительным электродом, выполненным, например, в виде пористой втулки, установленной на коаксиальном электроде с возможностью ограниченного перемещения относительно средств сообщения ее с электропроводящей средой, например, перфорации на поверхности коаксиального электрода, при этом коаксиальный электрод выполнен из электроизолированного материала, а на боковой поверхности полого металлического элемента, в части, близкой к торцу коаксиального электрода, выполнены сквозные окна.

Способ заключается в следующем. При подаче электрического импульса на коаксиальные электроды, размещенные в потоке движущейся жидкой среды происходит двухфазный процесс образования и схлопывания кавитационной каяерны образовавшейся за фронтом ударной волны, распространяющейся от канала стримера, в области возникшего разряжения. Форма такой каверны в результате динамической направленности течения жидкой среды, в которой она образуется, будет каплеобразной с расширением сечения в направлении потока. Поэтому ударная волна от другого электрического разряда, инициированного выше по потоку, достигнув поверхности растущей каверны в момент ее максимального размера, соответствующий примерно полупериоду разрядного импульса, схлопнет ее параболическую каплеобразную поверхность с образованием кумулятивного выброса, направленного по оси образования каверны в сторону разрушаемой преграды. Такая последовательность действий позволяет создать высокоэнергетическую кумулятивную струю, фокусирующую в себе энергию по крайней мере двух разрядов,

При условии разнесения нескольких пар электродов вверх по потоку, так чтобы фронт ударной волны от разряда на каждом из них приходил в заданную коаксиальными электродами область образования каверны в одно время, определенное выше названными условиями, получаемый эффект кумуляции может быть усилен и управляем задействованием только части из приведенной цепи пар электродов. Близость либо кратность длительности электрического импульса на коаксиальных электродах длительности сопровождающего его импульса обеспечивает резонансное взаимодействие ударной волны от сопровождающего импульса с поверхностью пульсирующей ка0 верны, что существенно повышает интенсивность и направленность разрушения от образовавшейся в результате такого взаимодействия кумулятивной струи. Причем под сопровождающим импульсом пони5 мается одиночный импульс либо суммарный результат выше рассмотренной последовательности разрядов.

Воздействие на электрическую дугу (стример) вращающимся магнитным полем

0

позволяет изменить пространственную

форму стримера, возникающего в момент пробоя, расширяя или концентрируя электрическое поле разряда в плоскостях параллельных или перпендикулярных оси

5 электродов, а кроме того, позволяет получать тороидальный стример. Это обеспечивает равномерность направленного ударного поля и способствует более интенсивному развитию разрушающей кумуля0 тивной струи,

Используя принцип заявляемого способа, может быть построено устройство электрогидравлической разработки скважин. На чертеже представлена схема заявля5 емого устройства, осуществляющего и иллюстрирующего заявляемые способы,

Устройство содержит металлическую трубу 1, охватывающую электроизолированный трубопровод 2, с пористой втулкой 3,

0 размещенной в области отверстий 4 в поверхности трубопровода 2. В торцевой часта трубы 1 прорезаны сквозные окна 5, наиболее отстоящее от торца трубы 1 сечение которых совпадает с торцом трубопро5 вода 2. Электрическая обмотка 6 при этом охватывает трубу-1.

Буквами обозначены: а - свободная ламинарная струя-электрод; в - каверна от первого разряда; с - каверна от второго

0 разряда.

Устройство работает следующим образом.

В металлическую трубу 1 подается рабочая жидкость, циркулирующая между внут5 ренней полостью трубы 1 и образуемой бурением поверхностью скважины. В электроизолированный трубопровод 2 подают электропроводящую жидкость, которая при вытекании из торца трубопровода 2 образует свободно текущую ламинарную струю а в

потрке рабочей жидкости. При этом пористая втулка 3 через отверстия 4 в трубопроводе 2 равномерно запитывается электропроводящей жидкостью. При подаче первого электрического импульса разряд проходит в ближайшей к источнику паре электродов: пористая втулка с электропровод

щей жидкостью и внутренняя поверхность металлической трубы. В момент образования каверны в, имеющей несим- метричную в продольном сечении форму, вытянутую по направлению динамической направленности рабочей жидкости, подается Е торой импульс с близкими к первому частотными характеристиками.

|В сечении пористой втулки 3, охваченной, кавитирующим полем и насыщенной двухфазной средой повторный разряд в этот момент пройти не может, т.к. требуется время на повторное заполнение осушенных перзым разрядом пор втулки 3 электропроводящей средой из трубопровода 2. Поэтому разряд от второго импульса проходит струей а и торцевой частью трубы 1, образуя каверну с, также как и в имеющую вытянутую каплевидную форму.

Волна сжатия от первого разряда в сечении пористой втулки 3 распространяется со скоростью около 2500 м/с, а скорость распространения электрического импульса по электропроводной жидкости составляет 108 м/с- Поэтому, прежде чем волна сжатия от Первого разряда дойдет до торца трубоп- ровода 2, из которого берет начало струя а, являющаяся положительным электродом второго коаксиального разрядника, между струей а и торцевой частью трубы 1 успевает пройти круговой стример с образованием волны сжатия, воздействующей через окна 5 и свободный торец трубы 1 на обрабаты- ваемый объект, деструктурируя его.

Расстояние между пористой втулкой 3 м торцом трубопровода 2, а также свойства обеих жидкостей подобраны таким образом, чтобы волна сжатия разряда первого импульса на пористой втулке 3 достигла поверхности каверны ев момент ее максимального размера. Такое наложение обеспечивает образование кумулятивной струи, направленной в сторону обрабатыва- емого объекта, с кумуляцией энергии от двух - разрядов, что позволяет существенно повысить эффективность разработки скважин кумулятивными струями.

Учитывая схожесть частотных характе- ристик обоих импульсов, такое схлопыва- ние с образованием кумулятивной струи происходит в резонансном режиме взаимодействия импульса сжатия от первого разряда и пульсирующей поверхностью

каверны с, что вносит дополнительную долю усиления эффекта.

Пористая втулка 3 при этом получает импульс поступательного движения, пропорциональный степени рассогласования взаимодействия волновых процессов первичного и вторичного разрядов, автоматиче- ски устраняя, таким образом, также рассогласование от разряда к разряду, что обеспечивает самонастраиваемость процесса.

При достаточно близком расположении пористой втулки от торца трубопровода 2 (3...5 мм) процесс может быть осуществлен в один импульс. В этом случае существенную роль играет вводимая статорная обмотка асинхронного двигателя 6. охватывающая любую часть трубы 1. При подключении ее фаз А, В, С. по трубе 1, как по стальному сердечнику, распространяется вращающееся магнитное поле, взаимодействуя с электрическим полем стримеров разрядов, увеличивая и закручивая траектории последних, интенсифицируя этим процесс кумуляции еще больше за счет упорядочения и развития поля действия стримеров. А при близком расположении пористой втулки 3 и торца трубопровода 2 вращающееся магнитное поле удерживает развитие стримеров в области пористой втулки 3, т.к. торец трубопровода 2 совпадает с сечением, ограничивающим сквозные окна 5 со стороны внутреннего объема трубы 1, а окна 5 служат как бы магнитным прерывателем, не позволяющим вращающемуся магнитному полю распространяться даль - торца трубопровода 2. Это обстоятельство предотвращает перекрестное взаимодействие стримеров двух разных разрядников дахче при их непосредственной близости.

При использовании жидкого осесим- метричного электрода, помимо решения проблемы его расходуемости, существует дополнительный эффект, выраженный в саморегуляции зазора между таким подвижным электродом и неподвижным, окружающем его периферию механическим электродом (металлическим полым элементом).

Использование заявляемых способов и устройств позволяет значительно унифицировать и ускорить работы, связанные с разработкой прочных грунтов.

Формула изобретения

1. Способ электрогидравлической разработки скважин, согласно которому размещают коаксиально электроды в жидкой среде и подают на электроды электрические импульсы, при этом разряд на коаксиальных

электродах сопровождают дополнительным разрядом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности разработки скважин за счет кумулятивной на- правленности рабочей струи, дополнительный разряд осуществляют по отношению к основному разряду с пространственным сдвигом фаз, близким к полупериоду.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щи и с я тем, что дополнительный разряд сопровождают по крайней мере еще одним разрядом с разностью фаз следования, определяемой расстоянием между сечениями, в которых размещены дополнительные электроды, причем последовательность следования разрядов определяют, начиная с пары электродов, находящейся выше по высоте разрабатываемой скважины.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность электрического импульса на коаксиальных электродах близка, либо кратна длительности сопровождающего его импульса.

4. Способ по пп.1-3, о т ли чающий- с я тем, что на электрический стример, возникающий во время разряда, воздействуют внешним вращающимся магнитным полем.

5. Устройство для электрогидравлической разработки скважин, содержащее ко аксиальный электрод, выполненный в виде трубопровода для подачи электропроводящей среды и размещенный внутри полого металлического элемента, являющегося вторым электродом, отличающееся тем, что устройство снабжено по крайней мере еще одним дополнительным электродом, выполненным, например, в виде пористой втулки, установленной на коаксиальном электроде с возможностью ограниченного перемещения относительно средств сообщения ее с электропроводящей средой, выполненных, например, в виде перфорации на поверхности коаксиального электрода, при этом коаксиальный электрод выполнен из электроизолированного материала, а на боковой поверхности полого металлического элемента в части, близкой к торцу коаксиального электрода, выполнены сквозные окна.

Использование: изобретение относится к области горной промышленности и строительства, а именно к кумулятивной разработке буровых скважин с использованием струи направленного действия, например, струйный долотам. Сущность изобретения: предлагаемый способ предусматривает с целью обеспечения направленности действия разрушительного эффекта от электро- гидравлического разряда а скважине сопровождение разряда на коаксиальных электродах дополнить еще одним разрядом от еще одной пары электродов, размещенных выше по потоку жидкой среды с пространственным сдвигом по фазе, близким к полупериоду в резонансных условиях в присутствии вращающегося магнитного поля. Устройство, реализующее предлагаемый способ, включает в качестве коаксиального электрода трубопровод ит электроизолирующего материала для подачи жидкой электропроводящей среды, представляющего собой жидкий абсолютно расходуемый и самовосстанавливающийся электрод, позволяющий существенно увеличить срок службы подобных устройств. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.