Электротермомеханический инструмент для проходки скважин в мерзлых породах кольцевым забоем

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И С А Н И Е .647450

ИЗОБРЕТЕН ИЯ > .»

---4 (61) Дополнительное к авт, свил-ву (22) Заявлено04. 10.76 (21) 2408416/2;-= -ОЗ (51) М. Кл.

E 21 С 87/18

Е "- 1 В 25/00

E 21 С 1/14 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Государственный номнтет

СССР по делам кзооретеннй к отнрыткй

1)публиконано 15.02.79.Б»ол)»етень %6 (53) УДК 622.24.

1, 088. 8) Дата опубликования описания 18.02,7С) (72) Авторы изобретения

В. А. Хоминский, К. М. Мисник, O. В. (1(онин и А. С. Гр фи «

Ленинградский орденов Ленина, Октябрьской Рсвопк)ц!»и и Трудового Красного Знамени горный институт им. Г. B. Плехано ">à (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОТЕРМОМЕХАН1(ЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТ

ДЛЯ ПРОХОДКИ СКВАЖИ((В МЕРЗЛЫХ ПОРОДАХ

КОЛЬ 11 E Bb(:x» ЗА ВОЕМ

l 2

Изобретение относится и горной промышЛЕННОСтн, а ИМЕННО К ЭЛЕКтРОтЕРМОмЕХаНИЧЕСКИМ !II!СТP>>MЕНTЯ >1 . >,. IЯ f!PОXÎДI(И СКВгЖИН В мерзлых породах кольцевым забоем.

ИЗВсстс н злеl(I ротер мохlсха и и чески Й и!»стру»>»ент,:>.,»я прох0,.1ки скВажи!! В мерз 1k>Ix породах кольцевым забоем, Выполненный в

ВИ,IЕ ДВ 1 . К()ЕI КСИ Еl, l!>!10 Pr»C li0,:!ОЖСНН Ы Х И

ПОДИ.IIO !0I!!I!>!X К ИСТОЧНИКМ Э1СКТРОМ!11 НИТнОЙ эl»срги и э.;п>ктродОВ, слт>ка»ци Й дг!11 ВВОда электромагнитной энергии в породу (1).

КаждыЙ электрол со стороны торца оснащен породоразруша!01цими резца.яи, являющимися о..»повременно излучателями электромагнит»»ой энергии. Пространство между электродами заполнено диэлектрическим материалом так, что ему придана форма цилиндрическстго корпуса. Резцы жестко прикреплены к электродам и размещены В продольных пазах, имеющихся на наружной и внутренней сторонах диэлектрического корпуса. В процессе работы такого инструмента резць> соприка àþòñÿ со стенками керна и скважинь>, в связи с чем часть электромагнитной энергии, излучаемой резцами, передается в керн и стенки скважины, вызывая т»ротаивание породы вокруг каждого резца.

В рсз IbTBTE увеличивают я потери энергии на оурение нарушается естественная структура керна и снижается прочность и устойшвость стенок скважины. !

1зпсстсн Tакжс электротерx!омеxàíè÷åñкий инструм(нт для проходки скважин в мсрзлых породах 1>1)льцевым забоем, вклю »е» 1011»ИЙ ко,»ьц! !»Ук) кОРОн кУ, к TOPI»ОВОЙ ча сти которой прикреплены резцы, служагцие излучателем электромагнитной энергии (2)

Этот электротсрмомсханический инструмент по технической су»цности и достигаемому эффекту наиболее близок к описываемому изобретению. При его работе электромагнитная энергия в забой излучается как резцами, так и расположенными между резцами участками кольцевого зазора, образованного двумя коаксиальными электродами, при этом последними излучается основная часть электром а гнитной энергии, подведенной к торцовой части инструмента. Излучение энергии указанными участками межэлектродного кольцевого зазора вследствие целого ряда причин, а именно затеклния тока на внешние поверхности электродов, краевого эффекта, радиального растекания энергии и т. д., неизбежно сопровождается боковым, 647450

2S т. е. ненаправленным на забой излучением электромагнитной энергии. Боковое излучение не позволяет полностью у транить тепловое воздействие на керн и стенки скважины в процессе бурения и сохранить тем самым их естественную структуру.

Целью изобретения является сохранение естественной структуры керна путем устранения теплового воздействия электромагнитной энергии на керн и стенки скважины.

Цель достигается тем, что излучатель электромагнитной энергии выполнен в виде каналов прямоугольного сечения у внешней и внутренней кромок торца коронки, в каждом из которых параллельно широкой стенке установлена перегородка, разделяющая участок канала, прилегающий к торцу коронки, на две части, при этом в ближайшей к средней линии торца части канала расположена фазосдвигающая пластина.

Широкие стенки каналов ориентированы перпендикулярно к радиусу кольцевой коронки, соединяющему ось вращения коронки с центром канала.

На фиг. 1 изображен предлагаемый инструмент, общий вид с местным вырывом; на фиг. 2 — то же, вид на торец инструмента по стрелке А; на фиг. 3--- узел 1 на фиг. 2 (торцовая часть инструмента в увеличенном масштабе); на фиг. 4 — сечение Б Б на фиг. 3 (по торцовой части инструмента); на фиг. 5 — схема, иллюстрирующая характер воздействия поля на забой.

Электротермомеханический инструмент для проходки скважин в мерзлых породах кольцевым забоем представляет собой снабженную резцами 1 кольцевую коронку 2, в теле которой выполнены сообщенные с генератором электромагнитной энергии каналы 3 прямоугольного сечения. Выходные сечения

4 каналов расположены на торцовой поверхности 5 коронки, при этом сечения 4 нескольких каналов, например половины общего количества, размещены у внешней кромки б торца коронки, а сечения 4 остальных каналов — у внутренней кромки 7. Каналь. 3 ориентированы так, что их широкие стенки

8 перпендикулярны к радиусу, соединяющему ось 9 вращения коронки с центром 10 соответствующего канала. В полостях каналов 3 параллельно их широким стенкам 8 установлена металлическая перегородка 11, разделяющая участок канала, прилегающий к торцу коронки, на две части !2. В каждом канале в одной из частей 12, ближайшей к средней линии 13 торца коронки, размещена диэлектрическая пластина 14. Указанная пластина сдвигает фазу электромагнитного поля в части канала, в которой она расположена, по отношению к фазе электромагнитного поля в соседней «пустой» Iacти канала. Наличие разности фаз на выходе двух частей канала позволяет направить поток электромагнитной энергии не прямо по

5о

55 оси канала, а под некоторым углом в сторону расположения фазосдвигающей пластины в плоскости, перпендикулярной к широкой стенке канала. Величина этого угла определяется, в основном, продольным положением пластин в канале. Вход в канал должен быть защищен диэлектрическим вклады1пем 15.

Инструмент работает следх ющим образом.

При включении генератора электромагнитная энергия равномерно распределяется

llo каналам 3 и передается и"IH к торцу коронки. Благодаря созданию соответствукнцего сдвига фаз на днуxKBHB.Iüllo»l участке канала 3 выходные сечения 4 к-налов 3, размещенные у внешней кромки торца, создают поток энергии, направленный от нее в сторону внутренней кромки (см. фиг. 5), а сечения 4, расположенные у внутренней кромки, -- в сторону внешней кромки. Таким образом, при вращении инструмента мерзлая порода в кольцевом забое обрабатывается двумя потоками энергии. исходящими от кромок торца коронки и направленными к центральной части кольцевого забоя. Разупрочнение (нагрев) породы создает благоприятные условия для ее доразрушения резцами коронки.

Тепловое воздействие электромагнитной энергии на керн и стснки скважины при этом практически полностью исключается ввиду того, что излучению придан HBII(lJBленный характер, способствующий отводу электромагнитной энеогии от керна и стенок скважины. Кроме того, це учитывать следующее. В процессе вращения коронки каждый излучающий канал. воздействуя на забой, создает в нем разупрочненную (талую) зону, отличающуюся повышенной по отношению к массиву поглощающей спосооностью. Наличие такой зоны су|цественно изменяет распределение электромагнитного поля, создаваемого в забое следующим I:o ходу движения излучателем, расположенным на проfHBollollî>êной кромке торца коронки — его поле как бы «втягивается» в указанную сильно поглонСаюгцую зону.

Поскольку для каждого излучателя такая зона расположена у противоположного торца коронки, это приводит к «втягиванию» возможной радиальной утечки под торец коронки.

Наибольший эффект при наличии в канале диэлектрической пластины 4 достигается при расположении широкой стенки канала перпендикулярно к радиусу, соединяющему ось вращения коронки с центроM канала, так как в этом случае смещение направления основного излучения происходит в радиальном направлении, т. е. непосредственно к средней линии торца коронки.

Однако возможно расположение и под углом к радиусу, отличным от 90, в случае

647450

Формула изобретения

Du@A фив.1 фее.2

Е к

Ю-5

1Ф

12 и

1 фив.в

) б> (Риг.5

Составитель Ю. Власов

Техред О. Луговая Корректор Л. Веселовская

Тираж 656 Подписное

Редактор Н. Корченко

Заказ 271/29

llHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная. 4 несимметричного или неоднородного заполнения канала фазосдвигающим диэлектриком.

1. Электротермомеханический инструмент для проходки скважин в мерзлых породах кольцевым забоем, включаюший кольцевую коронку, к торцовой части которой прикреплены резцы, служашие-излучателем электромагнитной энергии, отличающийся тем, что, с целью сохранения естественной структуры керна путем устранения теплового воздействия электромагнитной энергии на керн и стенки скважины, излучатель выполнен в виде каналов прямоугольного сечения у внешней и внутренней кромок торца коронки, в каждом из которых параллельно широкой стенке установлена перегородка, разделяющая участок канала, прилегающий к торцу коронки, на две части. при этом в ближайшей к средней линии торца части канала установлена фазосдвигающая пластиНЯ.

2. Инструмент по и. 1, отличающийся тем, что широкие стенки каналов ориентированы перпендикулярно к радиусу кольце1О вои коронки, соединяющему ось вращения коронки с центром канала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство № 318696, кл. E 21 С 37/18, 1970.

2. Авторское свидетельство № 446655, кл. E 21 С 37/18, 1973.