Устройство для термомеханического бурения скважин Советский патент 1980 года по МПК E21B7/14 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО БУРЕНИЯ

СКВАЖИН

Настоящее изобретение относится к устройству для термомеханического бурения скважин путем воздействия на горную породу парогазовым теплоносителем и механическим инструментом.

Известно устройство подобного типа, осуществляющее воздействие на забой скважины порагазовым теплоносителем, имеющим температуру ниже температурной стойкости инструмента. Образование парогазового теплоносителя происходит в смесительной камере, сообщаемой с камерой сгорания и продувочным каналом инструмента. При этом для образования парогазового носителя используется вода, подаваемая на охлаждение камеры сгорания I. Чем больше содержание паров воды в парогазовом теплоносителе при заданной температуре, тем выще геплопередающие свойства теплоносителя и, соответственно, эффективнее идет процесс бурения.

Однако в известном устройстве на испарение воды требуется больщое количество тепловой энергии, для чего используется тепло высокотемпературного газа до взаимодействия его с поверхностью забоя. В результате относительное содержание паров воды

в парогазовом теплоносителе оказывается небольщим.

Более близким техническим решением к настоящему изобретению является устройство для термомеханического бурения сква„ жин, содержащее охлаждаемые водой камеру сгорания, размещенную в корпусе, и соединенный с ним механический инструмент с продувочным каналом, выходящим в смесительную парогазовую камеру, которая сообщена с камерой сгорания и имеет в боковой стенке эжекторные окна для подсоса в нее из пространства скважины продуктов разрущения, отработанных газов и паров воды 2.

Через эжекционные окна в смесительную

15 камеру из скважинного пространства поступают твердые продукты разрущения, вода, сброщенная из охлаждающих каналов, и ее пары. Вода до попадания в смесительную камеру подогревается и частично испаряется 20 за счет тепла отраженных от забоя тепловых потоков. Поэтому парогазовый носитель, образованный с помощью воды и ее паров, подогретых в призабойной зоне, будет иметь более высокое содержание паров воды и его

теплопередающие характеристики будут выше, чем у вышеуказанного устройства.

Кроме того, эжектированные твердые продукты разрушения, попадая на забой, турбулизируют пограничный слой в пятне растекания парогазового теплоносителя, что дополнительно интенсифицирует процесс теплообмена.

Недостатком данного устройства является невысокая эффективность процесса эжектирования. Те размеры эжекционных окон, которые могут быть сделаны в смесительной камере,, исходя из ее механической прочности при передаче осевых усилий па инструмент, не могут обеспечить эжекцию необходимого количества продуктов разрушения; воды и ее паров.

Применение для теплового воздействия парогазового теплоносителя с неоптимальными концентрациями продуктов разрушения и паров воды снижает эффективность процесса бурения и повышает его энергоемкость.

Цель изобретения заключается в снижении энергоемкости и повышения эффективности бурения за счет улучшения процесса эжектирования.

Согласно изобретению, эта цель достигается благодаря тому, что устройство снабжено отражающими экранами для торможения отходящего пылепарогазового потока, выступающими снаружи над эжекторными окнами, и направляющими козырьками, расположенными над этими окнами внутри смесительной парогазовой камеры и служащими для отклонения входящего в нее из ка.меры сгорания газового потока от выходных сечений эжекторных окон.

При этом,экраны могут быть выполнены Г-образной формы со скругленным угло.м и ориентированы им в сторону, противоположную направлению вращения инструмента.

На чертеже показан частичный вид предложенного устройства.

Устройство для термомеханического бурения скважин включает камеру 1 сгорания с каналами 2 для подвода Охлаждающей воды и смесительную парогазовую камеру 3 с эжекторными окнами 4 в боковой стенке, размещенные в корпусе 5 и сообщаемые между собой через сопловое отверстие 6. К корпусу 5 прикреплен породоразрущающий механический инструмент 7.

На внешней стороне камеры 3 над эжекторными окнами 4 установлены отражающие экраны 8 Г-образной формы со скругленным углом, направленным в сторону, противоположную направлению вращения инструмента 7. Указанные экраны 8 служат для торможения пылегазового потока, движущегося в пространстве скважины относительно входных сечений эжекторных окон 4. Торможение этого потока происходит как в горизонтальной, так и в. вертикальной плоскости, благодаря приданию экранам 8 Г-образной формы, при этом обеспечивается максимальное повышение давления непосредственно .над входными сечениями эжекторных окон 4.

Внутри смесительной парогазовой камеры 3 над эжекторными окнами 4 установлены направляющие козырьки 9, расположенные под острым углом к выходным сечениям этих окон для отклонения газового потока, истекающего из камеры I сгорания, от их

выходных сечений. При этом происходит образование в этих местах зоны разрежения при минимальных динамических потерях. Устройство работает следующим образом. Высокотемпературные продукты сгорания из камеры J сгорания через сопловое отверстие б истекают в смесительную парогазовую камеру 3. Попадая на козырьки 9, они отклоняются в среднюю часть камеры 3. Под козырька.ми 9 непосредственно над выходными сечениями эжекторных окон 4 об0 разуется зона разряжения.

Продукты сгорания смешиваются с эжектированными из призабойной части скважины продуктами разрушения, водой и ее парами. Образующаяся смесь парогазового теплоносителя с твердыми продуктами раз5рушения истекает на забой через продувочный канал 10 инструмента 7, выходящий в смесительную камеру 3.

Охлаждение камеры I сгорания и инструмента 7 осуществляется водой, которая но0 дается по каналам 2. После охлаждения вода сбрасывается в призабойную часть скважипы, где она смешивается с отраженными от забоя парогазовым теплоносителем и продуктами разрушения.

Восходящий поток пылепарогазовой смеS си с по.мои1.ью экранов 8 тормозится в вертикальном и горизонтальном направлениях непосредственно над входными сечениями эжекторпых окон 4. Это вызывает рост давления в этом месте и повышенную эффективд ность эжектирования пылепарогазового потока внутрь камеры 3.

Проведенные испытания устройства, выполненного в соответствии с изобретением, показали, что интенсивность теплообмена 5 возрастает на 10-15°, а коэффициент полезного действия устройства - на 8-12% по сравнению с известным.

Формула изобретения

50

--г 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что экраны выполнены Г-образной формы со скругленным углом и ориентированы им в сторону, противоположную направлению вращения инструмента. Источники информации, принятьге во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 302475, кл. Е 21 С 21/00, 1969. 2.Горяев В. Е. Исследование и разработка метода огневого бурения двухфазными потоками (газ - твердые частицы). Кандидатская диссертация, М., МГИ, 1970с. 114,