Способ термомеханического бурения скважин и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК E21B7/14 E21B7/18 

,Изобретение касается способа термомеханического бурения скважин высокотемпературной струей газа с частицами абразива и устройства для его осуществления и может быть использовано для проходки взрывных скважин в крепких породах. Известен способ термомеханического бурения скважин высокотемпературной струей газа и введенными в нее частицами абразива, которые после соударения с забоем перемещают вверх отработанные газом вместе с продуктами разрушения по периферийной части скважины и повторно вводят в истеканяцую струю за счет эжекции. При этом частицы абразива постоян но подвергаются нагреву как в зоне высокотемпературной струи, так и на периферийной части скважины в потоке газа, отраженного от забоя. В резуль тате нагрева частицы абразива становятся пластичными, что приводит к их неупругому соударению с забоем и снижению эффективности разрушения горной породы.. Устройство, реализующее этот способ, содержит камеру сгорания с соплом, к которому примыкает,трубчатая насадка с окнами для эжектирования частиц абразива, причём в насадке отсутствуют каналы для подвода охлаж дающего флюида на забой Наиболее близким к предлагаемому является способ термомеханического, бурения скважин высокотемпературной струей газа с частицами абразива, в соответствии с которым образующиеся при сжигании смеси жидкого горючего и газообразного окислителя продукты сгорания направляют на забой и в истекающую струю газа вводят частицы абразива путем эжектирования их вместе с продуктами разрушения из пространстваскважины,при .этом части цы абразива и продукты разрушения на участке перемещения по скважине до места эжектирования охлаждают. Устройство для осуществления известного способа включает сообщаемую с магистралями подвода горючего И окислителя камеру сгорания и примы кающую к ней трубчатую насадку с окнами для эжектирования частиц абразива и диффузором на выходе, именмцую открытые в пространство скважины каналы для подвода охлаждающего флюида Благодаря наличию указанных канаов достигается охлаждение частиц абразива на ограниченном участке скважины от забоя до места их эжектирования « Однако последующее эжектирование и движение этих частиц к забою в высокотемпературной струе газа, истекающей из камерм сгорания и имеющей наибольшую температуру на участке от сопла камеры до забоя, приводит к интенсивному нагреву частиц абразива и потере ими своей твердости, что снижает эффективность процесса урения. I Цель изобретения - повьш1ение эффективности бурения путем уменьшения нагрева частиц абразива. Цель достигается тем, что согласно способу термомеханического бурения скважины, в соответствии с которым образукяциеся при сжигании смеси жидкого горючего и газообразного окислителя продукты сгорания направляют на забой и в истекающую струю газа вводят частицы абразива путем эжектирования их вместе с продуктами разрушения из пространства скважины с последующим охлаждением частиц абразива и продуктов разрушения на участке перемещения по скважине до места эжектирования, сжигание смеси горючего и окислителя проводят ниже участка охлаждения частиц абразива, а подачу их от места эжектирования в зону сжигания осуществляют потоком газообразного окислителя. В устройстве для термомеханического бурения скважин, включаницем сообщенную с магистралью подвода горючего и окислителя камеру сгорания и примыкающую к ней трубчатую насадку с окнами для эжектирования частиц абразива и диффузором на выходе, имеющую открытые в пространство скважины каналы для подвода охлаждающего флюида, камера сгорания расположена в диффузоре трубчатой насадки, а на входе в нее установлено соединенное с магистралью подвода, окислителя, сопло. На чертеже показана, схема устройства для термомеханического буре.ния скважин. Устройство имеет сопло 1, соединенное с магистралью 2 подвода газообразного окислителя, например воздуха. Соосно соплу 1 установлена трубчатая насадка 3, скрепленная с магистралью 2 ребрами 4 и снабженна цилиндрическим каналом 5 для разгон частиц абразива 6, который на выход заканчивается открытым в сторону забоя 7 скважины 8 диффузором 9, Для подачи частиц абразива 6 в канал 5 трубчатой насадки 3 эжектирукядае окна 10, расположенные между ребрами 4 несколько выше сопла 1 . В диффузоре 9 смонтированы форсу ки 11 для распьтивания жидкого горючего, поступающего по подводящей магистрали 12, и свеча 13 зажигания соединенная электрическим кабелем 14 с источником тока (не показан). Пространство диффузора 9 служит по этой причине камерой сгорания. В теле трубчатой насадки 3 вьшолнены каналы 15 для подвода охлаждающего флюида в пространстве скважины 8 выше диффузора 9,, чтобы охлаждать частицы абразива 6, эжектируемые за тем струей газа, подаваемой через сопло 1, в канал 5 насадки 3 через окна 10, Устройство для осуществления способа работ ет следующим образом Истекающий через сопло 1 газообразный окислитель, например воздух, поступает по каналу 5 трубчатой насадки 3 в пространство ее диффузора 9, где смешивается с жидким горючим распыливаемым форсункой 11. Образующаяся топливная смесь воспламеняется от свечи 13 зажигания. Продукты сгорания воздействуют на забой 7 скважины 8 и после вместе с продукта ми разрушения удаляются вверх по скважине 8. На забой 7 скважины 8 предварительно засыпается порция час тиц абразива 6, например металлических шарниров. Под воздействием аэродинамических :сил отработанных продуктов сгорания частицы абразива 6 также перемещаются вверх по периферийной части скважины 8. Проходя на участке выброса охлаждаклцего флюида из каналов 15 насадки 3 частицы абразива 6 и продукты разрушения охлаждаются образующей водной завесой. Газовый поток отработанных продуктов сгорания при выходе за пределы трубчатой насадки 3 резко теряет свою скорость, в результате чего несомые им частицы абразива 6 и продуктов разрушения испытывают торможение и через окна 10 вводятся В канал 5 трубчатой насадки 3, где они ускоряются до определенной скорости струей газообразного окислителя и далее при соударении с забоем 7 производят разрушение породы. Затем частицы абразива 6 вместе с продуктами разрушения удаляются с забоя 7 и по периферийной части скважины 8 перемещаются к месту эжектированияоЦиркуляция частиц абразива 6 в указанной последовательности постоянно повторяется. При этом продукты разрушения в силу меньшей плотности и малых размеров по сравнению с частицами абразива 6 не испытывают торможения при резком падении скорости газового потока вьпие насадки 3 и выносятся за пределы скважины 8. В процессе бурения охлаждающий флюид непрерывно подается по каналам 15 в периферийную часть скважины 8, ограничивая высокотемпературную область горения. Благодаря предлагаемой конструкции устройства удается избежать нагрева частиц абразива в процессе их разгона и сохранить их твердость до соударения с забоем, что позволяет более эффективно вести термомехани- ческое бурение. В то же время расположение камеры сгорания в диффузоре насадки упрощает конструкцию устройства. Отсутствие внутренней камеры сгорания перед входом в насадку позволяет свести до минимума поперечное сечение устройства выше насадки и создать тем самым в указанной области скважины наиболее благоприятные условия дпя жектирования частиц абразива.

1. Способ термомеханического бурения скважин, в соответствии с которым, образующиеся при сжигании смеск жидкого горючего и газообразного окислителя продукты сгорания направляют на забой и в истекающую струю газа вводят частицы абразива путем эжектирования их вместе с продуктами разрушения из пространства скважин с последующим охлаждением частиц абразива и продуктов разрушения на участке перемещения по скважине до места эжектирования, отличающийся тем, что, с целью повьшения эффективности бурения путем уменьшения нагрева частиц абразива, сжигание смеси горючего и окислителя проводят ниже участка охлаждения частиц абразива, а подачу их от места эжектировзния в зону сжигания осуществляют потоком газообразного окислителя, 2. Устройство для осущесгиления способа по п. 1, включающее сообщенную с магистралями подвода горючего и окислителя камеру сгорания и примыкающую к ней трубчатую насадку с СО окнами для эжектирования частиц с: абразива и диффузором на выходе, имеющую открытые в пространство сква§ .жины каналы для подвода охлаждающего флюида, отличающееся тем, что камера сгорания расположена в диффузоре трубчатой насадки, а на входе в нее установлено соединенное с магистралью подвода окислиОд теля сопло. ю