Способ термомеханического бурения скважин

Союз Советских Соцналнсткческих РеспубликОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ оо 889820 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт. свид-ву У 685825 (22) Заявлено 21.0380 (21) 2897674/22-03 с присоединением заявки Мо Государственный комитет СССР но дЕдам нзобретеннй н открытий(72) Авторы изобретения Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт(54) СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН Изобретение относится к способам термомеханического бурения путем воздействия на забой высокотемпературной струи газа и частиц абразивного материала.По основному авт. св. Р 685825 известен способ термомеханического бурения скважин путем воздействия на забой высокотемпературной струи газа и частиц абразивного материала, которые вводят в истекающую струю, газа, затем вместе с продуктами разрешения перемещают отработанным газом вверх по периферийной части и эжектируют в истекающую высокотеипературную струю газа,при этом для сохранения твердости абразивных частиц стенки скважины в призабойной.зоне и частицы абразивного матерйала на участке их движения от забоя до места эжектирования подвергают охлаждению с помощью создания водяной завесы 11. Недостаток известного способа заключается в том, что частицы абразивного материала довольно большое время находятся в затрубном пространстве до попадания в камеру разгона. Частицы абразивного материа" ла перемещаются из призабойной зоны под действием аэродинамической силы восходящих газовых потоков. В районе расположения эжекционных окон камеры разгона и выше, где диаметр.1инструмента становится меньше ,аэродинамическая сила восходящих газовых потоков снижается, происходит торможение частиц. Часть их эжектируется в камеру разгона сразу. Большая часть частиц по,инерции поднимается в затрубном пространстве, а затем опускается назад к эжекционным окнам и только после этого эфектируется 15 в камеру разгона. Чем больший путьпролетают частицы абразивного материала по инерции, тем более продолжительное время находятся в эатрубном пространстве. Это приводит к 20 уменьшению количества ударов, наносимых каждой частицей по забою в единицу времени. Чтобы поддержать частоту ударов по забою на уровне, обеспечивающем проходку скважины с максимальной эффективностью, в призабойную зону помещают повышенное количество частиц абразивного материала. Однако в этом случае повышается расход энергии на цирку ляцию частиц абразивного материала, 889820что приводит к снижению эффективности тепловой обработки забоя.Цель изобретения - повышение эффективности процесса.Цель достигается тем, что скважину одновременно с бурением расширяют ныше места эжектирования частиц5 абразивного материала.Диаметр расширения скважины определяют из ссотношения1 Р, аК,аРа 0 где Й - диаметр расширения скважиРны;Йи - диаметр бурового инструмента выше нижнего уровня 15эжекционных окон;Р - суммарный массовый расходгаза выше нижнего уровняэжекционных окон;К - коэффициент аэродинамического сопротивления идеального шара 1КФ - коэффициент формы;плотность газа;р - плотность частицы абразивГного материала;Й - диаметр частицы абразивного материала;с - ускорение свободного падения.ЗОСозданием расширенной части скважины обеспечиваетсяторможение абразивных частиц вблизи от эжекцион-, ных окон и соответственно сокращение времени их пребывания н затрубном пространстве перед их попаданием в камеру разгона в истекающую высоко- . температурную струю газа.На чертеже показано устройство, с помощью которого может быть реализован способ. 40Устройство содержит реактивнуюгорелку 1, которая имеет сопла прямое 2 для подачи высокотемпературной газовой струи в камеру 3 разгонаи боковое 4 для подачи высокотемпературной газовой струи на стенкискважины с целью ее разбуривания. Втеле камеры 3 разгона имеются тракты,5, соединенные с помощью каналов 6с охлаждающими трактами 7 горелкии с помощью каналов 8 с затрубнымпространстном 9. На забой скнажинызасыпается определенная порция твердыхчастиц 10 иэ абразивного материала циркулирующих в затрубном пространстве и попадающих в камеру 3 разгона через эжекционные окна 11.Устройство работает следующим образом.Частицы 10 под воздействием аэродинамической силы отраженных от забоя 0газовых потоков поднимаются в затрубном пространстве 9 до нижнего уровняэжекционных окон 11, где снижаетсяскорость их движения, так как аэродинамическая сила подъема меньше ве са абразивных частиц . Часть частиц 10 вместе с потоком эжектируется в камеру 3 разгона, а часть пролетает по инерции выше эжекционных окон 11, Пролетев определенное расстояние, пока скорость подъема не становится равной нулю, эти частицы возвращаются назад к эжекционным окнам 11. Ниже их нижнего уровня частицы 10 опус" титься не смогут, так как аэродинамическая сила подъема больше их веса, Находясь всегда напротив эжекционных окон 11, возвратившиеся частицы 10 -н конечном итоге, под действием аэро-. динамической силы эжектируемого газа попадают в камеру 3 разгона. Части" цы 10, эжектированные в камеру 3 разгона, разгоняются там до определенных скоростей, ударяются о термонапряженный забой и производят разрушение минеральной среды. Далее частицы 10 снова поднимаются , и цикл понторяется. Продукты разрушения, как более легкие, практически не теряют скорости движения в районе эжекционных окон 11. Пролетев по инерции этот участок, они попадают в восходящие газовые потоки от боко- . вой струи и выносятся вверх. В случае попадания продуктов разрушения в камеру 3 разгона они измельчаются при соударении с забоем и выно-сятся из скважины. Расширение скважины осуществляется высокотемпературной газовой струей, направляемой на ее стенки из бокового сопла 4 реактивной горелки 1. В процессе разго,на н камере 3 частицы 10 нагревают,ся, а при подъеме в затрубном пространстве 10 охлаждаются в водяной завесе, образованной в результате сбрасывания воды из трактов 5 через каналы 8. Температура потока в камере 3 разгона регулируется количеством, эжектируемой из затрубного пространства 9 ноды.Предлагаемый способ бурения позволяет использовать при бурении камеру разгона малого диаметра, ее диаметр можно сделать меньше диаметра реактивной горелки, Это упрощает конструкцию камеры разгона. Энергоемкость процесса разрушения в целом снижается, так как часть объема минеральной среды разрушается н процессе бурения, а часть разрушается в процессе разбуривания.Формула изобретения1. Способ термомеханического бурения скважин по ант.сн. Р 685825, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса, скважИну одновременно с бурением расширяют выше места эжектиронания частиц абразивного материала.