Устройство для термомеханического бурения скважин Советский патент 1974 года по МПК E21C21/00 E21C13/00 

Известно устройетво для термом е.ханйческого бурендя скважин,содержащее доследовательно расположенные огнеструйную горелку с сондом и сферическое шарошечное долото, установленное на цанфе ко рпуса,в котором размещена горелка. В процессе работы такое устройство осуществляет проходку опережающе скважины шарошечным долотом с последующим ее расширением реактивными высокотемпературными газовыми струями,истекающими из сопл горелки. Поэтому скорость бурения известным устройством определяется главньм образом скоростью механического разрушения породы шарошкой,а не скоростью эффективного термомеханического разрушения.

Известны устройства для термомеханического бурения,также представляющее собой комбинацию огнеструйдой горелки и шарошечного долота, осуществляющие в процессе бурения одновременное термическое и

механическое воздействие на забой буримой скважины. Однако использование таких устройств сравнительно малоэффективно из-за низкого коэффициента использования тепловой энергии и несоответствия формы забоя, создаваемого шарошечным долотом и при термическом воздействии газовых струи. При плоском забое,образуемом шарошечныгл долотом, в его угловых поясах создаются застойные зоны,а отраженные от забоя газовые струи нагревают стенки скважины выше зоны действия долота. Обработка

шарошечным долотом холодного углового пояса вызывает его интенсивный износ,поэтому и в этом случае скорость бурения определяется эффективностью механического разрушения угловых поясов,а не эффективностью термомеханического разрушения груди забоя.

Цель изобретения - обеспечение одновременного термического и механического воздействия на забой буримой. скважины с одновременным при™ данием забою благоприятной для бурения вогнутой формы. Это достигается тем,что.сопло горелки размещено в цапфе,а долото имеет соосно расположенное с соплом отверстие для истечения продуктов сгорания Для исключения попадания охлаждающей жидкости на забой скважины в нижней части цапфы выполнены каналы, расположенные тангенциально к поверхности ее внут)еннего тверстия и направленные вверх,которые сообщаются с каналами для подвода охлаждающей воды и с кольцевым зазором между цапфой и долотом. С целью предотвращения утечки воды в газовую струю в теле долота на уровне среза сопла выполнена кольцевая проточка для сбора части охлаждающей воды,соединенная с мно жеством каналов в теле долота,зыходшцих на ее верхнюю нерабочую поверхность. В таком устройстве создаются благоприятные условия для нагревания всей поверхности забоя не толь ко прямыми газовыми струями,но и отраженными,в связи с чем разрушение ослабленной породы происходит с большей интенсивностью. На чертеже показано предлагаемое устройство,продольный разрез о Оно имеет соединенный с буровой штангой I корпус 2,внутри которого расположена огнеструйная горелка 3 известной конструкции. На цапфе 4 корпуса посредством подщипника 5 установлено сферическое шарощечное долото 6. Для истечения высокотемпературных продуктов сгорания сопло 7 горелки 3 расположено в цапфе а долото имеет отверстие а,располо женное соосно с соплом. Охлаждение долота осуществляет ся водой,которая подводится к горе ке через штуцер 8,омывает ее камеру сгорания и через каналы d и о подается на охлаждение сопла и самого долота. По кольцевому зазору г между соплом 7 и цапфой 4 вода движется к каналам О .которые расположены тангенциально к поверхности отверстия цапфы и направлены вверх так, что соединяют кольцевой зазор г с кольцевым зазором е между долотом и цапфой,т.е. с подщипниковым узло Каналы g обеспечивают закрутку выХОДЯ1ЦИХ струй воды и отжатие их по действием центробежной силы к подшипниковому узлу. Это предотвращае попадание воды в истекающую газову трую и на забой. Для более эффекивного отвода воды каналы Ф наравлены так,что обеспечивают зарутку струй воды в том же направении,что и вршцение долота при буении. Вода из кольцевого зазора е;выбраывается выше зоны,обрабатываемой тырями долота,и не снижает эффекивности разрушения нагретой пороЧасть воды,проходящей по каналам Ф ,может стекать вниз и попадать в истекающую газовую струю. Для предупреждения этого нежелательного явления в долоте 6 выполнена кольцевая проточка ж ,соединенная с каналами г и t в теле долота, где каналы выходят на ее верхнюю поверхность и отводят воду в скважину, движение воды по этому пути обеспечивается не только действием центробежных сил,но и давлением истекающих газовых струй,так как проточка 5IC расположена на уровне среза сопла 7. Устройство работает следующим образом. После подачи компонентов топлива и охладителя производится запуск горелки 3 и вывод ее на рабочий режим 1 Долото 6 приводится во вращение и подается на забой. Высокотемпературная газовая струя,истекающая из горелки,омывает сферическую поверхность забоя,сформированную до лотом, cбивaJ9т на ней гребешки, образованные между местами вдавливания штырей долота,и нагревает породу, ослабляя ее для последущего механического разрушения. Вслед - ствие вращения долота зона нагрева . непрерывно перемещается по забою, а вслед за ней,с отставанием по фа-, зе на 0,5 оборота,перемещается зона механического разрушения.породы создаваемого штырями долота под действием осевого усилия и крутящего момента. Продукты разрушения выносятся из призабойного пространства высокотемпературной газовой струей. ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯ I«Устройство ДЛЯ термомеханического бурения скважин,содержащее огнеструйную горелку с соплом и сферическое шарошечное долото,закрепленное на цапфе корпуса,внутри которого размещена огнеструйная го релка,о тличающееся тем, что,с целью повышения интенсификаНИИ процесса бурения,сопло горелки установлено в цапфе,а долото имеет соосно расположенное с ооплрм отверстие для истечения продуктов сгорания, 1 2. Устройство по п. I, о т ли ч а-1 ю щ е е с я тем, что в нижней части цапфы выполнеш канады.расположенные тангенциально к поверхности ее внутреннего отверстия и направлен-. ,д ные вверх ,соо(5ща|ищеся с каналами

дли подвода охлаждающей воды и с колщевщ зазором между цапфой и долотом,

3,Устройство по пп,1 и 2,о т ли чающее с я тем, что в теле долота на уровне среза сопла выполнена кольцевая проточка для сбора части охлаждающей воды,соединенная с множеством каналов в теле долота выходящих на ее верхнюю нерабочую поверхность.