Способ термомеханического бурения скважин и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) 01) 7 ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ЕТЕНИЯ констру горного ско ор и И. рцыренов 4(088.8) свидетел Е 21 В 7 видетель Е 21 В 7 гуно ьство СССР14, 1965,тво СССР14, 1978. ЕСКОГО БУРЕВО Я ЕГО АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ.(57) 1,бурениякоторымсмеси жиного окнаправлструю гпутем эпродуктва сквачастиц СОБ ТЕРМОМЕХАНИЧВИН И УСТРОИСТ ДЛЛЕНИЯСпособ термомеханического скважин, в соответствии собразующиеся при сжигании дкого горючего и газообразслителя продукты сгорания ют на забой и в истекающую за вводят частицы абразива ектирования их вместе с ми разрушения из пространстжин с последующим охлаждением бразива и продуктов разруше(51)4 Е 21 В 7/14, Е 21 ния на участке перемещения по скважине до места эжектирования, о т -л и .ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения эффективности бурения путем уменьшения нагрева частицабразива, сжигание смеси горючего иокислителя проводят ниже участка охлаждения частиц абразива, а подачуих от места эжектирования в зонусжигания осуществляют потоком газообразного окислителя,2. Устройство для осуществления способа по п. 1, включающее сообщенную 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 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.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 неечастицами абразива, которые послесоударения с забоем перемещают вверхотработанные 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 зоневысокотемпературной струи, так и напериферийной части скважины в потокегаза, отраженного от забоя. В результате нагрева частицы абразива становятся пластичными, что приводит к ихнеупругому соударению с забоем иснижению эффективности разрушениягорной породы.Устройство, реализующее этот способ, содержит камеру сгорания с соплом, к которому примыкает, трубчатаянасадка с окнами для эжектированиячастиц абразива, причем в насадкеотсутствуют каналы для подвода охлаждающего флюида на забой,Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ термомеханического,бурения скважин высокотемпературнойструей газа с частицами абразива, всоответствии с которым образующиесяпри сжигании смеси жидкого горючегои газообразного окислителя продуктысгорания направляют,на забой и вистекающую струю газа вводят частицыабразива путем эжектирования ихвместе с продуктами разрушения изпространства скважины,при,этом частицы абразива и продукты разрушения научастке перемещения по скважине доместа 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 частицабразива на ограниченном участкескважины от забоя до места их эжек 5 тирования. Однако последующее эжекти"рование и движение этих частиц к забою в высокотемпературной струе газа,истекающей из камеры сгорания и имеющей наибольшую температуру на участ 1 О ке от сопла камеры до забоя, приводит к интенсивному нагреву частиц абразива и потере ими своей твердости,что снижает эффективность процессабурения.15Цель изобретения - повышение эф"фективности бурения путем уменьшениянагрева частиц абразива.Цель достигается тем, что согласно способу термомеханического бурения скважины, в соответствии с которым образующиеся при сжиганиисмеси жидкого горючего и газообразного окислителя продукты сгорания25 направляют на забой и в истекающуюструю газа вводят частицы абразивапутем эжектирования их вместе спродуктами разрушения из пространства скважины с последующим охлаждением частиц абразива и продуктов30разрушения на участке перемещенияпо скважине до места эжектирования,сжигание смеси горючего и окислителя проводят ниже участка охлаждениячастиц абразива, а подачу их от мес 35 та эжектирования в зону сжиганияосуществляют потоком газообразногоокислителя.В устройстве для термомеханического бурения скважин, включающем4 О сообщенную с магистралью подвода горючего и окислителя камеру сгоранияи примыкающую к ней трубчатую насадку с окнами для эжектирования частицабразива и диффузором на выходе,45 имеющую открытые в пространствоскважины каналы для подвода охлаждающего флюида, камера сгорания расположена в диффузоре трубчатой насадки, а на входе в нее установленосоединенное с магистралью подводаокислителя. сопло,На чертеже показана. схема устройства для термомеханического буренияскважин.55 Устройство имеет сопло 1, соединенное с магистралью 2 подвода газообразного окислителя, напримервоздуха. Соосно соплу 1 установленатрубчатая 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 1 О 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. 20В теле трубчатой насадки 3 выполиены 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 горючимф 35 распыливаемым форсункой 11. Образующаяся топливная смесь воспламеняется от свечи 13 зажигания. Продукты сгорания воздействуют на забой 7 скважины 8 и после вместе с продукта 40 ми разрушения удаляются вверх по скважине 8. На забой 7 скважины 8 предварительно засыпается порция частиц абразива 6, например металлических шарниров.45Под воздействием аэродинамических;сил отработанных продуктов сгорания частицы абразива 6 также перемещаются вверх по периферийной части скважины 8. Проходя на участке выброса50 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 нагревачастиц 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 й создать тем самым в указанной области скважины наиболее благоприятные условия для эжектирования частиц абразива.