Устройство для термического бурения скважин Советский патент 1982 года по МПК E21B7/14 

(54; УСТРОЙСТВО для ТЕРМИЧЕСКОГО .БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Изобретение относитс.я к устройствам для термического расширения скважин путем воздействия на твердую минеральную среду высокотемпературными газовыми струями и абразивного материала и может быть использовано для проходки сквакин больших диаметров , шурфов и горных выработок в крепких горных породах и мерз.лых грунтах.

Известен способ термического расширения скважин путем воздействия на ее стенки высокотемпературных газовых струй, в которые вводят сыпучий абразивный материал, при этом газовому потоку с введенным в него абразивным материалом сообщают вращательное ;(вижение и направляют его к забою скважины по спирали вдоль ее стенок, а образующиеся продукты разруиения отводят на поверхность с забоя по центральной части скважины.

По основному авт.св. № 759117 известно устройство для реализации указанного способа, которое содержит соединенный с буровой ытангой огнеструйный термоинструмент для формирования газовой струи и приспособление для подачи в нее сыпучего

абразивного материала. Терьюннструмент выполнен в виде нескольких огнеструйный горелок, сопловые отверстия КОТО1Ж1Х обращены к стенкам скважины и размещены по винтовой линии вокруг буровой штанги. При этом устройство снабжено охлаждаемым кожухом с боковыми отверстиями, установленными снаружи горелок коаксиально

10 штанге, и буровой коронкой, закрепленной на конце штанги и имеющей боковые открыта с торца щели для пропуска продуктов разрушения в полость буровой штан-ги. Буровая коронке так15же соединена со ишамовой трубой, рас.положенной в буровой штанге и имеющей выход в пространство скважины. В результате появляется возмокность повысить производительность разру20шения, главным образом, трудных термобурильных пород Е J

Цель изобретения - снижение энергоемкости процесса разрушени.ч и дальнейшее повышение его проигводитель25ности.

Указанная цель достигается благодаря тому, что устройство снабжено керноприемной трубой, устеновленной с кольцевым зазором в шэмовой трубе

30 с возможностью ограниченного осевого перемещения и имеющей на обрэ1пенном tf забою скважины конце открытые с торца газодинамические щели, расположенные равномерно по ее периметРУ.

Наличие керноприемной трубы дает возможность более рационально распределить газовый и абразивный потоки в периферийной части скважины и улучшить тем самым процесс ее разрушения и образующегося в центральной части скважини керна.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Устройст во смонтировано на буровой штанге 1, которая nponyt;eH-a. через направляющую трубу 2 с опорной шштой 3 и подвешена через блок к тяговому , размещенному на ходовой тележке (не показаны). Собственно буровой орган содержит несколь ко огнеструйных горелок 4, располо.женных вокруг буровой ытанги 1 так, что их сопловые отверстия 5 обращены к стенкам скважины и размещены по винтовой линии вокруг штанги 1 Горелки 4 закрыты охлахдаег лм кокухом 6, установленным коаксиально буровой штанге 1 и имеюпщм боковые отверстия 7 для выхода продуктов сгорания .

в нижней части буровой штанги 1 закреплены буровая коронка 8 с армирующими ребрами 9 и боковьми открытыми с торца щелями 10, которые направлены тангенциально и служат для пропуска продуктов разрушения в кольцевой зазор между шламовой трубой 11, имеющей выходные окна 12, и керноприемной трубой 13, расположенных внутри штанги 1. Керноприемная труба 13 в нижней части имеет открытые с торца калибрующие щели 14. Другим концом она насажена на жестко закрепленный цилиндр 15. Над кожухом 6 на штанге 1 усвановлена открытая с боковых сторон кольцеообразная обойма 16, в пазу которой размещено полое уплотняющее кольцо 17 из эластично-упругого материала, заполняемое сжатым воздухом. На штанге 1 выше обоймы 16 надето ограничительно кольцо 18. Между обоймой 16 и кожухом б в направляющей трубе 2 предусмотрены отверстия 19 для подачи на время зпбуривания сыпучего абразивного материала (например, кварцеBoriJ) песка) в зазор между кожухом б и ютенкой скважины 20.

Устройство работает следующим образом.

Перед бурением скважины 20 на ее устье устанавливается направляющая труба 2 с опорной плитой 3. В трубу 2 помещают буровую штангу 1 с буровым органом в виде нескольких огнеструйных горелок 4, закрытых кожухом б, и буровой коронки 8. Далее в горелки 4 подаются рабочие компоненты для образования топливной смеет, которая затем воспламеняется, и горелки 4 выводятся на рабочий режим.

Раскаленные газы продуктов сгорания через боковые отверстия 7 кожуха б выбрасываются из сопловых отверстий 5 горелок 4 со сверхзвуковой скоростью под острым углом или по касател-ьной к стенке трубы 2 в сторону забоя опережающей скважины 21. Так как выход газа по зазору между штангой 1 и трубой 2 вверх прегражден уплотняющим кольцом 17, газ устремляется к забою 22 скважины 21, увлекая в период забуривания подаваемый через отверстия 19 аразивньлй материал.

Раскаленные газы раскручиваются вдоль стенки скважины 20 по нисходящей спирали, образуя мощный вихревой поток (циклон) раскаленных газо и твердых .частиц, которые достигают поверхности забоя 22 и устремляются по щелям 10 в кольцевой зазор между трубами 11 и 13, продолжая вращаться и Омывать забой 22 скважины 21 и основание керна 23. Затем газ, абразивный материал и продукты разрушения устремляются по этому кольцевому зазору к выходным окнам 12 и далее через отводящий колпак к пылегазовлагоочистителю (не показаны) .

Буровой штанге 1 с помощью вибратора (не показан) сообщают вибра1 чю так, что коронка 8 дополнительно воздействует на забой 22. Диаметр коронки 8 соответствует размеру опережакядей скважины 21 и несколько меньше номинального размера скважины 20. Этим достигается концентрация газов и твердых частиц участке опережающей скважины 21 и уменьшение объема разрушения в наиболее трудных условиях бурения. Основной объем разрушения приходится на более эффективный и экономичный режим на участке скважины 20. Чтобы сохранить высокие динамические параметры закрученного потока газа и твердых частиц на участке скважины 20, кожух 6 изготавливарэт большего диаметра . чем диаметр коронки 8. В результате раскаленные газы, истекающие из гг)рлок 4 по нисходящей спирали и направленные в сторону забоя 22, образуют мощный циклон двухфазного пото с высокими термодинамическими параметрами .

Газы и твердые частицы циклона прижимаются массовыми силами к стпнкам скважины, интенсивно их разрушают (независимо от свойств пороли) и устремляются к кольце1зому забс(о 22-опере)хающей скважины 21, где обо гащенные продуктами разрушения на участке скважины 20 и сконцентрированные на небольшом участке кольцевого забоя эффективно разрушают даж трудно- и нетермобуримые породы. Об разуемый при этом керн 23 зацищается от разрушения керноприемной трубой 13, которая в некоторых пределах свободно перемещаться вдол оси устройства, будучи установленно на жестко закрепленном цилиндре 15. Двухфазный закрученный поток, устрем ленный в кольцевую полость коронки 8, непрерывно подрабатывает коническое основание керна 23 до номингльного размера и калибрует его благодаря наличию открытых с торца газодинамических щелей 14. Двухфазный поток, устремленный вдоль щелей 14, удаляет случайные выступы. Наибольшое избыточное давление внутри керно приемной. трубы 13 обеспечивает продувку и очистку керна 23 от пыли и грязи. Керн 23, откалиброванный и очищенный от липкой буровой мелочи, проходит.в керноприемную трубу 13, а последняя под действием собственного веса спускается в сторону забоя 22, упираясь выступами на уширен ное основание керна 23. Процесс бурения и образования кер на идет непрерывно до тех пор, пока керноприемная труба 13 не будет запо нена керном 23. Затем устройство приподнимается над основанием керна 23. Обнаженный участок основания кер на 23 закрученным потоком газа и абразивных частиц paзpytJaeтcя (подрезается) , после чего керн 23с устройством выдается на поверхность. Циклы бурения повто1 яются до получения скважины нужной глубины. С. помощью уплотняющего кольца 17 обеспечивается перекрытие зазоре мехсду стенкой скважины 20 и штангой 1, и тем самым преграждается выход и продуктам разрушения в атмосферу. По мере углубления скважины и опускания штанги 1 обойма 16 с уплотнякяцим кольцом 17 опускается с помощью ограничительного кольца 18, закрепляемого на штанге 1. По завершении проходки обойма 16 и кольцо 17 поднимаются из скважины вместе со штангой 1 и буровым органом. Для повышения стойкости буровую коронку 8, шламовую 11 и керноприемную 13 трубы охлаждают путем подачи воды по каналам 24 и выброса ее в виде струй в кольцевой зазор между трубками 11 и 13. Формула изобретения Устройство для термического бурения сл важин по авт.св. tf 759117, отличающееся тем, что, с целью снижения энергоемкости процесса и повышения его производительности, оно снабжено керноприемной трубой, установленной с кольцевым зазором в шламовой трубе с возможностьн ограниченного осевого перемеп ения и имею1 1ей на ,обрай1енном к забою скважины конце открытые с торца газодинамические щели, расположенные равномерно по ее периметру.. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 759117, кл. Е 21 С 21/00, 1978.