Способ термомеханического бурения скважин Советский патент 1981 года по МПК E21B7/14 E21C37/16 

(54) СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН

t

Изобретение относится к способам териломеханического бурения путем воздействия на забой высокотемпературной струи газа и частиц абразивного материала.

По основному авт. св. № 685825 известен способ термомеханического бурения скважин путем воздействия на забой высокотемпературной струи газа и частиц абразивного материала, которые вводят в истекающую струю, газа, затем вместе с продуктами разрешения перемещают отработанньм газом вверх по периферийной части и эжектиру)ют р истекающую высокотеглпературную струю газа,при этом для сохранения твердости абразивных частиц стенки скважины в призабойной.зоне и частицы абразивного материала на участке их движения от забоя до места эжектирования подвергают охлаждению с помощью создания водяной завесы Ц .

Недостаток известного способа заключается в том, что частицы абразивного материала довольно большое время находятся в затрубном пространстве до попадания в камеру разгона.Частицы абразивного материала перемещаются из призабойной зоны под действием аэродинамической силы восходящих газовых потоков. В районе расположения эжекционных окон камеры разгона и выше, где диаме тр инструмента становится меньше, аэродинамическая сила восходящих газовьах потоков снижается происходит торможение частиц. Часть их эжектируется

10 в камеру разгона сразу. Большая часть частиц по, инерции поднимается в затрубном пространстве, а затем опускается назад к эжекционным окнам и только после этого эфектируется

15 в камеру разгона. Чем больший путь пролетают частицы абразивного материала по инерции, тем более продолжительное время находятся в затрубном пространстве. Это приводит к

20 уменьшению количества ударов, наносимых каждой частицей по забою в единицу времени. Чтобы поддержать частоту ударов по забою на уровне , обеспечивающем проходку скважины с

25 максимальной эффективностью, в призабойную зону помещают повышенное количество частиц абразивного материала. Однако в этом случае повышается расход энергии на цирку30ляцию частиц абразивного материала. что приводит к снижению эффективности тепловой обработки забоя. Цель изобретения - повышение эффективности процесса. Цель достигается тем, что скважину одновременно с бурением расширяют выше места эжектирования частиц абразивного материала. Диаметр расширения скважины определяют из соотношения Га РГ МйКаКф . j где do диаметр расширения скважины;. диаметр бурового инструмента выше нижнего уровня эжекцирнных окон; суммарный массовый расход газа выше нижнего уровня эжекционных окон; коэффициент аэродинамического сопротивления идеального шара; коэффициент формы; платность газа; плотность частицы абразивного материала; диаметр частицы абразивного материала; ускорение свободного падения. Созданием расширенной части сква жины обеспечиваетсяторможение абразивных частиц вблизи от эжекцион ных окон и соответственно сокращени времени их пребывания в затрубном пространстве перед их попаданием в камеру разгона в истекающую высокотемпературную струю газа. На чертеже показано устройство, с помощью которого может быть реали зован способ. Устройство содержит реактивну}о горелку 1, которая имеет сопла : прямое 2 для подачи высокотемперату ной газовой струи в камеру 3 разгон и боковое 4 для подачи высокотемпературной газовой струи на стенки скважины с целью ее разбуривания. В теле камеры 3 разгона имеются тракт 5, соединенные с помощью каналов с охлаждающими трактами 7 горелки и с помощью каналов 8 с затрубным пространстве 9. На забой скважины засыпается определенная порция твер |дыхчастиц 10 из абразивного матери ла,/ циркулирующих в затрубном прост райстве и попадающих в камеру 3 раз rorfa через эжекционные окна И . Устройство работает следующим об разом. Частицы 10 под воздействием аэро динамической силы отраженных от заб газовых потоков поднимаются в затру ном пространстве 9 до нижнего уровн эжекционных окон 11, где снижается скорость их движения, так как аэродинамическая сила подъема меньше ве са абразивных частиц . Часть частиц 10 вместе с потоком эжектируется в камеру 3 разгона, а часть- пролетает по инерции выше эжекционных окон 11. Пролетев определенное расстояние, пока скорость подъема не становится равной нулю, эти частицы возвращаются назад к эжекционным окнам 11. Ниже их нижнего уровня частицы 10 опуститься не смогут, так как аэродинамическая сила подъема больше их веса. Находясь-всегда напротив эжекционных окон 11, возвратившиеся частицы 10 в конечном итоге, под действием аэродинамической силы эжектируемого газа попадают в камеру 3 разгона. Частицы 10, эжектированные в камеру 3 разгона, разгоняются там до определенных скоростей, ударяются о теря онапряженный забой и производят разрушение минеральной среды. Далее частицы 10 снова поднимаются , и цикл повторяется. Продукты разрушения, как более легкие, практически не теряют скорости движения в районе эжекционньох окон 11. Пролетев по инерции этот участок, они попадают в восходящие газовые потоки от боко-. вой струи и выносятся вверх. В случае попадания продуктов разрушения в KciMepy 3 разгона они измельчаются при соударении с забоем и выносятся из скважины. Расширение скважины осуществляется высокотемпературной газовой струей, направляемой на ее стенки из бокового сопла 4 реактивной горелки 1. В процессе разго,на в KciMepe 3 частицы 10 нагревают ся, а при подъеме в затрубном пространстве 10 охлаждаются в водяной завесе, образованной в результате сбрасывания воды из трактов 5 через каналы 8. Температура потока в камере 3 разгона регулируется количеством, эжектируемой из затрубного пространства 9 воды. Предлагаемый способ бурения позволяет использовать при бурении камеру разгона малого диаметра, ее диаметр можно сделать меньше диаметра реактивной горелки. Это упрощает кoнcтpyкJ ию камеры разгона. Энерго.емкость процесса разрушения в целом |снижается, так как часть объема минеральной среды разрушается в процессе бурения, а часть разрушается в процессе разбуривания. Формула изобретения 1. Способ термомеханического бурения скважин по снт.св. № 685825, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, скважину одновременно с бурением расширяют вы1ие места эжектирования частиц абразивного материала.