Способ электрогидравлической разработки скважин и устройство для его осуществления

 

Использование: изобретение относится к области горной промышленности и строительства , а именно к кумулятивной разработке буровых скважин с использованием струи направленного действия, например, струйный долотам. Сущность изобретения: предлагаемый способ предусматривает с целью обеспечения направленности действия разрушительного эффекта от электрогидравлического разряда а скважине сопровождение разряда на коаксиальных электродах дополнить еще одним разрядом от еще одной пары электродов, размещенных выше по потоку жидкой среды с пространственным сдвигом по фазе, близким к полупериоду в резонансных условиях в присутствии вращающегося магнитного поля. Устройство, реализующее предлагаемый способ, включает в качестве коаксиального электрода трубопровод ит электроизолирующего материала для подачи жидкой электропроводящей среды, представляющего собой жидкий абсолютно расходуемый и самовосстанавливающийся электрод, позволяющий существенно увеличить срок службы подобных устройств. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4913174/03

{22) 09.01.91 (46) 30.08.93. Бюл. 3Ф 32 (76) П.ll.Ãóðêîâñêèé и С.А.Панов

{56) Авторское свидетельство СССР

М 699839, кл. Е 21 С 37/18, 1968.

Авторское свидетельство СССР

М 1019890, кл. E 21 С 37/18, 1981.

Авторское свидетельство СССР

М 882065, кл. Е 21 С 37/18, 1978. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ РАЗРАБОТКИ СКВАЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: изобретение относится к области горной промышленности и строительства, а именно к кумулятивной разработке буровых скважин с использованием струи направленного действия, например, струйный долотам. Сущность изобретения: предлагаемый способ предусматривает с

Изобретение относится к области горной промышленности, в частности к способам и устройствам для разработки скважин.

Целью изобретения является повышение эффективности разработки скважин за счет кумулятивной направленности рабочей струи.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу электрогидравлической разработки скважин в жидкой среде коаксиально размещают электроды и подают на электроды электрические импульсы, при этом разряд на коаксиальных электродах сопровождают дополнительным разрядом, который осуществляют по отношению

„„5U ÄÄ 1838607 А3 (я)э Е 21 В 7/15, Е 21 С 37/18 целью обеспечения направленности действия разрушительного эффекта от электрогидравлического разряда в скважине сопровождение разряда на коаксиальных электродах дополнить еще одним разрядом от еще одной пары электродов, размещенных выше по потоку жидкой среды с пространственным сдвигом по фазе, близким к полупериоду в резонансных условиях в присутствии вращающегося магнитного поля.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, включает в качестве коаксиального электрода трубопровод и электроизолирующего материала для подачи жидкой электропроводящей среды, представляющего собой жидкий абсолютно расходуемый и самовосстанавливающийся электрод, позволяющий существенно увеличить срок службы подобных устройств. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил. 3 к основному разряду с пространственным сдвигом фаз. близким к r.злупериоду.

Кроме этого, дополнительный разряд сопровождают по крайней мере еще одним разрядом с разностью фаз следования, определяемой расстоянием между сечениями, в которых размещены дополнительные электроды, причем последовательность следования разрядов определяют, начиная с пары электродов, находящейся выше по высоте разрабатываемой скважины.

Кроме этого, длительность электрического импульса на коаксиальных электродах близка либо кратна длительности сопровождающего его импульса.

1838607

Кроме этого, на электрический стример, возникающий во время разряда, воздействуют внешним вращающимся магнитным полем, Используя принцип заявляемого спосо ба, может быть построено устройство электрогидравлической разработки скважин, содержащее коаксиальный электрод, выполненный в виде трубопровода для подачи электропроводящей среды и размещенный внутри полого металлического элемента, являющегося вторым электродом, при этом устройство снабжено по крайней мере еще одним дополнительным электродом, выполненным, например, в виде пористой втулки, установленной на коаксиальном электроде с возможностью ограниченного перемещения относительно средств сообщения ее с электропроводящей средой, например, перфорации на поверхности коаксиального электрода, при этом коаксиальный электрод выполнен из электроиэолированного материала, а на боковой поверхности полого металлического элемента, в части, близкой к торцу коаксиального электрода, выполнены сквозные окна, Способ заключается в следующем, При подаче электрического импульса на коаксиальные электроды, размещенные в потоке движущейся жидкой среды происходит двухфазный процесс образования и схлопывания кавитационной каверны образовавшейся за фронтом ударной волны, распространяющейся от канала стримера, в области возникшего разряжения. Форма такой каверны в результате динамической направленности течения жидкой среды, в которой она образуется, будет каплеобразной с расширением сечения в направлении потока, Поэтому ударная волна от другого электрического разряда, инициированного выше по потоку, достигнув поверхности растущей каверны в момент ее максимального размера, соответствующий примерно полупериоду разрядного импульса, схлопнет ее параболическую каплеобразную поверхность с образованием кумулятивного выброса, направленного по оси образования каверны в сторону разрушаемой преграды.

Такая последовательность действий позволяет создать высокоэнергетическую кумулятивную струю, фокусирующую в себе энергию по крайней мере двух разрядов, При условии разнесения нескольких пар электродов вверх по потоку, так чтобы фронт ударной волны от разряда на каждом из них приходил в заданную коаксиальными электродами область образования каверны в одно время, определенное выше названными условиями, получаемый эффект кумуляции может быть усилен и управляем эадействованием только части из приведенной цепи пар электродов. Близость либо кратность длительности электрического импульса на коаксиальных электродах длительности сопровождающего его импульса обеспечивает резонансное взаимодействие ударной волны от сопровождающего импульса с поверхностью пульсирующей ка1О верны, что существенно повышает интенсивность и направленность разрушения от образовавшейся в результате такого взаимодействия кумулятивной струи. Причем под сопровождающим импульсом понимается одиночный импульс либо суммарный результат выше рассмотренной последовательностии разрядов.

Воздействие на электрическую дугу (стример) вращающимся магнитным полем

И позволяет изменить пространственную форму стримера, возникающего в момент пробоя, расширяя или концентрируя электрическое поле разряда в плоскостях параллельных или перпендикулярных оси

2Б электродов, а кроме того, позволяет получать тороидальный стример. Это обеспечивает равномерность направленного ударного поля и способствует более интенсивному развитию разрушающей кумуля80 тивной струи, Используя принцип заявляемого способа, может быть построено устройство электрогидравлической разработки скважин.

На чертеже представлена схема заявляемого устройства, осуществляющего и иллюстрирующего заявляемые способы.

Устройство содержит металлическую трубу 1, охватывающую электроизолированный трубопровод 2, с пористой втулкой 3, 4О размещенной в области отверстий 4 в поверхности трубопровода 2. В торцевой части трубы 1 прорезаны сквозные окна 5, наиболее отстоящее от торца трубы! сечение которых совпадает с торцом трубопровода 2. Электрическая обмотка 6 при этом охватывает трубу-1.

Буквами обозначены: а — свободная ламинарная струя-электрод; в — каверна от первого разряда; с — каверна от второго

- О разряда.

Устройство работает следующим образом.

В металлическую трубу 1 подается рабочая жидкость, циркулирующая между внут55 ранней полостью трубы 1 и образуемой бурением поверхностью скважины. В электроизолированный трубопровод 2 подают электропроводящую жидкость, которая при вытекании из торца трубопровода 2 образует свободно текущую ламинарную струю а в

1838607

30

40

50 потоке рабочей жидкости, При этом пористая| втулка 3 через отверстия 4 в трубопроводе 2 равномерно запитывается электропроводящей жидкостью. При подаче первого электрического импульса разряд проходит в ближайшей к источнику паре ! электродов: пористая втулка с электропровод щей жидкостью и внутренняя поверхность металлической трубы. В момент образования каверны в, имеющей несимметричную е продольном сечении форму, вытянутую по направлению динамической направленности рабочей жидкости, подается торой импульс с близкими к первому частотными характеристиками.

В сечении пористой втулки 3, охваченной, кавитирующим полем и насыщенной двухфазной средой повторный разряд в этот момент пройти не может, т.к. требуется вре ля на повторное заполнение осушенных первым разрядом пор втулки 3 электропроводящей средой иэ трубопровода 2. Поэтому разряд от второго импульса проходит менарду струей а и торцевой частью трубы 1, образуя каверну с, также как и в имеющую вытянутую каплевидную форму.

Волна сжатия от первого разряда в сечении пористой втулки 3 распространяется со скоростью около 2500 м/с, а скорость распространения электрического импульса

Ilo Злектропроводной жидкости составляет

10 м/с. Поэтому, прежде чем волна сжатия от первого разряда дойдет до торца трубопровода 2, из которого берет начало струя а, являющаяся положительным электродом второго коаксиального разрядника, между струей а и торцевой частью трубы 1 успевает пройти круговой стример с образованием волны сжатия, воздействующей через окна

5 и свободный торец трубы 1 на обрабатываемый объект, деструктурируя его.

Расстояние между пористой втулкой 3 и торцом трубопровода 2, а также свойства обеих жидкостей подобраны таким образом, чтобы волна сжатия разряда первого импульса на пористой втулке 3 достигла поверхности каверны с в момент ее максимального размера, Такое наложение обеспечивает образование кумулятивной струи, направленной в сторону обрабатываемогообъекта, скумуляцией энергии отдвух . раэрядов, что позволяет существенно повысить эффективность разработки скважин кумулятивными струями.

Учитывая схожесть частотных характеристик обоих импульсов, такое схлопывание с образованием кумулятивной струи происходит в резонансном режиме взаимодействия импульса сжатия от первого разряда и пульсирующей поверхностью каверны с, что вносит дополнительную долю усиления эффекта.

Пористая втулка 3 при этом получает импульс поступательного движения, пропорциональный степени рассогласования взаимодействия волновых процессов первичного и вторичного разрядов, автоматически устраняя, таким образом, также рассогласование от разряда к разряду, что обеспечивает самонастраиваемость процесса.

При достаточно близком расположении пористой втулки от торца трубопровода 2 (3...5 мм) процесс может быть осуществлен. в один импульс, В этом случае существенную роль играет вводимая статорная обмотка асинхронного двигателя 6, охватывающая любую часть трубы 1. При подключении ее фаз А, В, С. по трубе 1, как по стальному сердечнику, распространяется вращающееся магнитное поле, взаимодействуя с электрическим полем стримеров разрядов, увеличивая и закручивая траектории последних, интенсифицируя этим ïðoцесс кумуляции еще больше за.счет упорядочения и развития поля действия стримеров. А при близком расположении пористой втулки 3 и торца трубопровода 2 вращающееся магнитное поле удерживает развитие стримеров в сбласти пористой втулки 3, т.к, торец трубог ровода 2 совпадает с сечением, ограничивающим сквозные окна 5 со стороны внутреннего объема трубы 1, а окна 5 служат как бы магнитным прерывателем, не позволяющим вращающемуся магнитному полю распространяться даль — торца трубопровода 2. Это обстоятельство предотвращает перекрестное взаимодействие стримеров двух разных разрядников даже при их непосредственной близости.

При использовании жидкого осесимMGTpN÷Hoãо электрода, помимо решения проблемы его расходуемости, существует дополнительный эффект. выраженный в саморегуляции зазора мех,ду таким подвижным электродом и неподвижным, окружающем его периферию имеханическим" электродом (металлическим полым элементом).

Использование заявляемых способов и устройств позволяет значительно унифицировать и ускорить работы, связанные с разработкой прочных грунтов.

Формула изобретения

1. Способ электрогидравлической разработки скважин, согласно которому размещают коаксиально электроды в жидкой среде и подают на электроды электрические импульсы, при этом разряд на коаксиальных

1838607 никающий во время разряда, воздействуют внешним вращающимся магнитным полем.

Составитель A. Гурковский

Редактор Л,Волкова Техред M. Моргентал Корректор С.Лисина

Заказ 2915 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 электродах сопровождают дополнительным разрядом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности разработки скважин за счет кумулятивной направленности рабочей струи, 5 дополнительный разряд осуществляют по отношению к основному разряду с пространственным.сдвигом фаз, близким к полупериоду.

2. Способ по п.1, отличающийся 10 тем, что дополнительный разряд сопровождают по крайней мере еще одним разрядом с . разностью фаз следования, определяемой расстоянием между сечениями, в которых размещены дополнительные электроды,. 15 причем последовательность следования разрядов определяют, начиная с пары электродов, находящейся выше по высоте разрабатываемой скважины.

3, Способ по п.1, отличающийся 20 тем, что длительность электрического импульса на коаксиальных электродах близка, либо кратна длительности сопровождающего его импульса.

4. Способ no nn.1-3, о т л и ч а ю щ и й- 26 с я тем, что на электрический стример, воэ5. Устройство для злектрогидравлической разработки скважин, содержащее коаксиальный электрод, выполненный s виде трубопровода для подачи злектропроводящей среды и размещенный внутри полого металлического элемента, являющегося вторым электродом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что устройство снабжено по крайней мере еще одним дополнительным электродом, выполненным, например, в виде пористой втулки, установленной на коаксиальном электроде с возможностью ограниченного перемещения относительно средств сообщения ее с злектропроводящей средой, выполненных, например, в виде перфорации на поверхности коаксиального электрода, при этом коаксиальный электрод выполнен из злектроизолированного материала, а на боковой поверхности полого металлического элемента в части, близкой к торцу коаксиального электрода, выполнены сквозные окна,