Способ термомеханического бурения скважин и устройство для его осуществления

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3312638/22-03 (22) 30.06.81 (46) 15,08.86. Бюл. Н - 30 (71) Специальное конструкторское бюро самоходного горного оборудования (72) А.В. Дугарцыренов и И.В.Чугунов (53) 622 ° 243.94(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 188407, кл. E 21 В 7/14, 1965.

Авторское свидетельство СССР

М 685825, кл. Е 21 В 7/14, 1978. (54) СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО БУРЕ. НИЯ СКВАЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ .(57) 1. Способ термомеханического бурения скважин, 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 пространства скважин с последующим охлаждением частиц абразива и продуктов разруше„.Я0„„977672 А (51) 4 Е 21 В 7/14, Е 21 В 7/18 ния на участке перемещения по скважине до места эжектирования, о тл и .ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности бурения путем уменьшения нагрева частиц абразива, сжигание смеси горючего и окислителя проводят ниже участка охлаждения частиц абразива, а подачу их от места эжектирования в зону сжигания осуществляют потоком газообразного окислителя.

2. Устройство для осуществления способа по и. 1, включающее сообщенную с магистралями подвода горючего и окислителя камеру сгорания и примыкающую к ней трубчатую насадку с окнами дпя эжектирования частиц абразива и диффузором на выходе, имеющую открытые в пространство сква.жины каналы для подвода охлаждающего флюида, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что камера сгорания расположена в диффузоре трубчатой насадки, а на входе в нее установлено соединенное с магистралью подвода окислителя сопло.

977672

Изобретение касается способа термомеханического бурения скважин высокотемпературной струей газа с частицами абразива и устройства для

его осуществлений 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 истекающую струю за счет эжекции.

При этом частицы абразива постоянно подвергаются нагреву как в зоне высокотемпературной струи, так и на периферийной части скважины в потоке газа, отраженного от забоя. В результате 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, причем в насадке. отсутствуют каналы для подвода охлаждающего 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 пространства скважины,при .этом частицы 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 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.

Благодаря наличию указанных каналов достигается охлаждение частиц абразива на ограниченном участке скважины от забоя до места их эжектирования. Однако последующее эжекти" рование и движение этих частиц к забою в высокотемпературной струе газа, истекающей из камеры сгорания и имеющей наибольшую температуру на участ10 ке от сопла камеры до забоя, приводит к интенсивному нагреву частиц абразива и потере ими своей твердости, что снижает эффективность процесса бурения. I5

Цель изобретения — повышение эА" фективности бурения путем. уменьшения нагрева частиц абразива.

Цель достигается тем, что согласно способу термомеханического бурения скважины, 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 пространства скважины с последующим охлаждением частиц абразива и продуктов

30 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, включающем

40 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, 45 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 бурения скважин.

55 Устройство имеет сопло 1, соединенное с магистралью 2 подвода газообразного окислителя, например воздуха. Соосно соплу 1 установлена

977672 трубчатая насадка 3, скрепленная с магистралью 2 ребрами 4 и снабженная цилиндрическим каналом 5 для разгона частиц абразива 6, который на выходе заканчивается открытым в сторону забоя 7 скважины 8 диффуэором 9.

Для подачи частиц абразива 6 в канал 5 трубчатой насадки 3 служат эжектируЮщие окна 10, расположенные 10 между ребрами 4 несколько выше сопла 1.

В диффузоре 9 смонтированы форсунки 11 для распыпивания жидкого горючего, поступающего по подводящей магистрали 12, и свеча 13 зажигания, соединенная электрическим кабелем

14 с источником тока (не показан).

Пространство диффуэора 9 служит по этой причине камерой сгорания. 20

В теле трубчатой насадки 3 выпол1 иены каналы 15 для подвода охлаждающего флюида в пространстве скважины

8 выше диффузора 9, чтобы охлаждать частицы абразива 6, эжектируемые затем струей газа, подаваемой через сопло 1, в канал 5 насадки 3 через окна 10.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом.

Истекающий через сопло 1 газооб. разный окислитель, например воздух, поступает по каналу 5 трубчатой насадки 3 в пространство ее диффузора

9, где смешивается с жидким горючим э 35 распыливаемым форсункой 11. Образующаяся топливная смесь воспламеняется от свечи 13 зажигания. Продукты сгорания воздействуют на забой 7 скважины 8 и после вместе с продукта40 ми разрушения удаляются вверх по скважине 8. На забой 7 скважины 8 предварительно засыпается порция частиц 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

50 охлаждающего 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 эжектирования.

Циркуляция 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 выше 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 термомеханическое 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 для эжектирования частиц абразива.

977672

Корректор M. Максимишинец

Техред И.Гайдош

Редактор П.Горькова

Заказ 4347/1

Тираж 548 Подписное. ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4