Способ эрозионного бурения скважин и устройство для его осуществления Советский патент 1981 года по МПК E21C37/16 E21C21/00 E21B7/18 

Изобретение касается способа эрозионного бурения скважин и устройства для его реализации. Известен способ эрозионного бурения скважин, основанный на совместном воздействии на забой струи текучего агента и частиц абразивного материала, вводимых в эту струю, которая подается через полую насадку под давлением. При этом расстояние от днища насадки до забоя скважины поддерживается с помощью закрепленных на насадке выступов, контактирующих с поверхностью забоя П Известное техническое решение не обеспечивает регулирования расстояния в процессе бурения, что снижает эффективность разрушения породы. Более близким техническим решением к изобретению является способ эрознойного бурения скважин, при котором в струю текучего агента, подаваемого под давлением через насадку, вво дят частицы абразивного материала. после воздействия на забой их вновь зжектируют в истекающую струю текучего агента и в процессе бурения регулируют расстояния от среза насадки до забоя скважины. Устройство для осуществления этого способа включает полую насадку с осевой камерой разгона частиц абразивного материала и окнами для их эжектирования, а также расположенное в иасадке средство для определения расстояния от среза ее до забоя скважины, оперативно связанное с механизмом подачи насадки U23. Средство для определения расстояния от среза насадки до забоя скважины представляет собой стержень определенной длины, который проходит через отверстие насадки и имеет на одном конце сферический элемент, а другим упирается в разрушаемый забой. Длина стержия такова, что при крайнем нижием его положении сферический элемент частично прикрывает отверстие насадки, в результате чего в магистрали, подводящей текучий агент, повышается давление, под действием которого механизм подачи сра;батьгоает и перемещает насадку в сторону забоя. Одним из факторов, определяющих эффективность эрозионного бурения, яв ляется поддержание насадки на оптимальном расстоянии от забоя скважины Оптимальное расстояние определяется условием взаимодействия подающего и отраженного потоков и объемом пространства между стенками скважины,забоем и нижней частью насадки. При расстоянии .насадки до забоя меньше оптимального взаимодействия подающего на забой и отраженного от забоя пото ков приводит к увеличению давлений Под насадкой. В результате ухудшаются условия эжекции абразивных частиц в истекающую струю текучего аген та, уменьшается количество абразивных частиц, эжектированных в эту струюf и, следовательно, снижается скорость бурения. При увеличении расстояния насадки до забоя свьш1е оптимального увеличив ется объем пространства под насадкой и ухудшаются условия подъема абразив ных частиц с забоя скважины, что так же приводит к уменьшению крличества абразивных частиц, эжектированных в истекающую струю и к снижению скорос ти бурения. В известном устройстве не достига ется возможность поддержания оптимального расстояния , которое не явля ется постоянным, а зависит от диамет ра скважины, изменяющегося в зависимости от -прочностных свойств пород. Изменение диаметра скважины приводит к изменению скорости текучего агента вблизи поверхности забоя и условий в носа и подъема частиц абразивного ма териала, а также к колебаниям величи ны их расхода через камеру разгона насадки. Целью изобретения является повышение эффективности бурения за счет оптимизации процесса регулирования расстояния от насадки до забоя скражины. Эта цель достигается благодаря тому, что регулирование осуществляют путем непрерывной регистрации количества абразивных частиц в истекающей струе и устанавливают расстояние от насадки до забоя по максимальному расходу частиц. 4 В устройстве, осуществляющем этот способ, средство для определения расстояния от среза насадки до забоя скважины выполнено в виде счетчика расхода абразивных частиц, чувствительный Элемент которого установлен в насадке коаксиально камере разгона частиц. Изобретение поясняется примером осуществления способа и чертежом, на котором показано устройство для его осуществления. Устройство для эрозионного бурения содержит насадку I с осевой камерой 2 разгона абразивных частиц. Соосно этой камере 2 расположено скрепленное с насадкой 1 сопло 3 для подачи текучего агента под давлением через камеру 2 насадки 1. В верхней части насадки 1 выполнены эжектирующие окна 4 для улавливания частиц из отходящего потока после их взаимодействия с за- . боем скважины. Внутри насадки 1 коаксиально камере 2 расположен чувствительный элемент 5 счетчика 6 расхода абразивных частиц. Этот элемент 5 индуктивного или емкостного типа подключается к источнику 7 постоянного напряжения и к блоку (не показан) управления механизма (не показан) подачи насадки 1 на забой. Абразивные частицы 8,могут быть выполнены, например, из твердого сплава или шарикоподшипниковой стаНш. Способ эрозионного бурения скважин осуществляется с помощью вышеописанного устройства следукицим образом. На забой скважины засыпается заранее заданная порция абразивных частиц, которые под действием отраженного от забоя потока текучего агента поднимаются в пространстве скважины между ее стенками и насадкой I до места расположения эжектируюш,их окон 4, гд$ тормозятся из-за резкого падения скорости потока и эжектируются струей текучего агента, истекающего из сопла 3, в камеру 2 разгона. Диаметр этой камеры 2 больше диаметра отдельной абразивной частицы, но не превышает ее удвоенного диаметра с тем, чтобы абразивные частицы 8 пролетали мимо чувствительного элемента 5 последовательно одна за другой. Поступающие в камеру 2 частицы 8 разгоняются до определенной скорости, обеспечивающей эффективное разрушение забоя скважины при встрече с ним частиц, которые, ударяясь о забо разрушают его и снова поднимаются вверх по скважине, увлекаемые отраженным от забоя потоком. Продукты разрушения породы вьшосятся из скважины, а цикл движения абразивных час тиц повторяется. Каждая абразивная частица 8 при движении в камере 2 разгона мимо чувствительного элемента 5 изменяет его индуктивность или емкость, а возникающий при этом единичный импульс напряжения фиксируется счетчиком 6. В резул.тате по числу импульсов в единицу времени становится воз можным определить расход абразивных частиц через камеру 2 разгона. Оптимальное расстояние насадки 1 до забоя устанавливается по максимальному расходу абразивных частиц, соответствующему заданной порции путем подачи насадки 1 на забой через блок управления механизмом подачи. При этом процесс управления механиз,мом подачи может осуществляться вруч ную или автоматически. Предлагаемые способы бурения сква жин и устройство для его осуществления позволяют также повысить экономи ность процесса бурения крепких пород Формула изобретения 1. Способ эрозионного бурения скв жин, при котором в струю текучего агента, подаваемого под давлением через насадку, вводят частицы абразивного материала, после воздействия на забой их вновь эжектируют в истекающую струю текучего агента и в процессе бурения регулируют расстояние от среза насадки до забоя , о тличающийся тем, что с целью повьш1е«ия эффективности бурения за счет оптимизации процесса регулирования расстояния, последний осуществляют путем непрерьгоной регистрации количества абразивных частиц в истекающей струе и устанавливают расстояние от насадки до забоя по максимальному расходу частиц. 2. Устройство для осуществления способа по п. 1, включающее полую насадку с осевой камерой разгона частиц абразивного материала и окнами для их эжёктирования, а также расположенное в насадке средство для определения расстояния от среза ее до забо: скважины,оперативно связанное с механизмом подачи насадки, отличающееся тем, что это средство выполнено в виде счетчика расхода абразивных частиц, чувствительный элемент которого установлен в насадке коаксиально камере разгона частиц. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Максимов В.И. и др. Новые способы бурения скважин. Обзор институту ВИЭМС.М., 1971, с. 10-11,13. 2.Патент США № 2724574, кл. 175-28, опублик. 1955.

ff

j aS/teffVM