RU2204008C2 - Method and device for superhigh frequency of electrothermomechanical drilling - Google Patents

Method and device for superhigh frequency of electrothermomechanical drilling Download PDF

Info

Publication number
RU2204008C2
RU2204008C2 RU2000105732/03A RU2000105732A RU2204008C2 RU 2204008 C2 RU2204008 C2 RU 2204008C2 RU 2000105732/03 A RU2000105732/03 A RU 2000105732/03A RU 2000105732 A RU2000105732 A RU 2000105732A RU 2204008 C2 RU2204008 C2 RU 2204008C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rock
drilling
microwave
electromagnetic
mechanical
Prior art date
Application number
RU2000105732/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000105732A (en
Inventor
С.М. Цыганенко
Г.С. Бродов
И.С. Афанасьев
А.А. Молчанов
М.Г. Эскин
Original Assignee
Всероссийский научно-исследовательский институт методики и техники разведки
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Всероссийский научно-исследовательский институт методики и техники разведки filed Critical Всероссийский научно-исследовательский институт методики и техники разведки
Priority to RU2000105732/03A priority Critical patent/RU2204008C2/en
Publication of RU2000105732A publication Critical patent/RU2000105732A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2204008C2 publication Critical patent/RU2204008C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: well drilling, particularly, methods and technical facilities for drilling in hard rocks of prospecting and development wells, including horizontal and complicated directional wells in oil and gas industry. SUBSTANCE: rock cutting is effected by continuously rotating mechanical tool with pulses of superhigh frequency energy reducing rock strength. In this case, mechanical instrument is rotated at frequency depending on pulse duration. Device for method embodiment provides for superhigh frequency energy transmission to well bottom with the help of H01 type wave through hollow flexible continuous drill pipe with low losses. Electromagnetic wave radiator is made in the form of cylindrical transmission adjustable resonator. EFFECT: higher efficiency of superhigh frequency electrothermomechanical drilling process. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике, а именно к способам и техническим средствам бурения в крепких породах разведочных и эксплуатационных скважин, в том числе горизонтальных (ГС) и сложно-направленных (СНС) в нефтегазовой промышленности. The invention relates to drilling equipment, and in particular to methods and technical means of drilling in hard rocks of exploratory and production wells, including horizontal (GS) and complex directional (SNA) in the oil and gas industry.

Известны нетрадиционные эффективные способы бурения скважин в крепких породах, одним из которых является СВЧ ЭТМ способ бурения [1]. Этот способ не требует создания больших осевых усилий, что особенно важно при бурении забойными двигателями ГС и СНС, т.к. в этом случае передача больших осевых усилий на забой затруднена вследствие трения тяжелой бурильной колонны о стенки скважины. Known non-traditional effective methods of drilling wells in hard rocks, one of which is a microwave ETM drilling method [1]. This method does not require the creation of large axial forces, which is especially important when drilling with downhole motors ГС and СНС, since in this case, the transfer of large axial forces to the bottom is difficult due to the friction of the heavy drill string against the borehole wall.

Физическая сущность этого способа заключается в том, что при вращении бурового органа на забой скважины подают в режиме резонанса электромагнитных волн мощные импульсы СВЧ энергии, в результате воздействия которых на приповерхностный слой породы снижается их крепость и слой разрушается по каналам теплового пробоя, после чего ослабленная порода доразрушается резцами бурового органа и удаляется из скважины сжатым воздухом [2]. Этот способ принят нами за прототип. Одним из важных достоинств противопоставляемого способа является то, что передача электромагнитной энергии в породы производится в режиме резонанса электромагнитных волн, в результате чего обеспечивается практически полная передача (до 95%) в породы подводимой к ним энергии и повышается эффективность электромагнитного воздействия на породы за счет резкого резонансного повышения напряженности электрической составляющей электромагнитного поля. The physical essence of this method consists in the fact that during the rotation of the drilling body, powerful pulses of microwave energy are applied to the bottom of the well in resonance mode of electromagnetic waves, as a result of which their strength decreases on the surface layer of the rock and the layer breaks down through the thermal breakdown channels, after which the weakened rock is destroyed by the cutters of the drilling organ and is removed from the well by compressed air [2]. This method is accepted by us as a prototype. One of the important advantages of the opposed method is that the transfer of electromagnetic energy to the rocks is carried out in the mode of resonance of electromagnetic waves, which ensures almost complete transfer (up to 95%) of the energy supplied to the rocks and increases the efficiency of electromagnetic effects on the rocks due to the sharp resonant increase in the electric component of the electromagnetic field.

Исследования СВЧ ЭТМ способа бурения показали, что скорость бурения этим способам по крепким породам в 2-3 раза превышает скорости бурения шарошечным инструментом. Примерно в 1,5-2 раза уменьшается энергоемкость процесса разрушения, а осевое усилие снижается минимум в 5 раз. Studies of the microwave ETM of the drilling method showed that the drilling speed of these methods for hard rocks is 2-3 times higher than the speed of drilling with a roller cone tool. The energy intensity of the fracture process decreases by about 1.5-2 times, and the axial force decreases by at least 5 times.

К недостаткам известного СВЧ ЭТМ способа бурения относятся:
- несогласованное воздействие на забой электромагнитными импульсами и механическим инструментом, что снижает реальную эффективность разрушения пород при бурении;
- не одновременное, а последовательное облучение зон забоя электромагнитным полем, в результате чего разрушение породы на забое осуществляется периодически с периодом в 1 оборот, что также снижает производительность бурения.
The disadvantages of the known microwave ETM drilling method include:
- inconsistent impact on the face of electromagnetic pulses and a mechanical tool, which reduces the real effectiveness of the destruction of rocks during drilling;
- not simultaneous, but sequential irradiation of the face zones with an electromagnetic field, as a result of which rock destruction at the face is carried out periodically with a period of 1 revolution, which also reduces drilling productivity.

Целью предлагаемого способа является повышение эффективности СВЧ ЭТМ процесса разрушения пород при бурении. The aim of the proposed method is to increase the efficiency of the microwave ETM process of destruction of rocks during drilling.

Достижение указанной цели в предлагаемом способе, включающем комбинированное воздействие на забой скважины сильным электромагнитным полем, снижающим прочность породы и механическим резцовым инструментом без применения больших осевых нагрузок, доразрушающим ослабленную породу, удаление которой из скважины производят сжатым воздухом, и передачей энергии СВЧ в породу импульсами в режиме резонанса электромагнитных волн при непрерывном вращении механического инструмента, достигается тем, что механический инструмент вращают с частотой, зависящей от длительности импульса, при этом длительность импульса tu, длительность паузы tn между импульсами, в течение которой доразрушают и удаляют с забоя ослабленный слой породы, а также частоту вращения n механического инструмента определяют исходя из электрических, механических и тепловых свойств породы, а также плотности, передаваемой в породу мощности, в соответствии с установленными при исследованиях зависимостями (размерность величин по международной системе СИ):
tu=ΔТкр•ρ•с/Ру (1)
tn=(2-3)tu (2)
n = 2ε•α3/tu (3)
где ΔТкр - критический перепад температур (град.) разрушаемого слоя породы по условию теплового пробоя за время действия импульса, определяется по формуле
ΔTкр = 2δp(1-ν)/β•Eю (4)
δp - предел прочности породы на растяжение, обусловленный перепадом температур ΔTкр при тепловом пробое (Н/м2); ν - коэффициент Пуассона (безразмерный); ρ - плотность породы (кг/м3); с - теплоемкость породы (Дж/(кг•град. )); β - коэффициент линейного расширения породы (безразмер.); Ею - модуль Юнга (Н/м2); ε - относительная диэлектрическая проницаемость породы (безразмер. ); α3 - коэффициент затухания электромагнитной волны в породе (безразмер.) - отношение теряемой в разрушаемом слое породы мощности к передаваемой мощности; Ру - плотность передаваемой в породу мощности (кВт/м3).
Achieving this goal in the proposed method, including the combined impact on the bottom of the well with a strong electromagnetic field, reducing the strength of the rock and a mechanical cutting tool without the use of large axial loads, damaging the weakened rock, which is removed from the well by compressed air, and the transmission of microwave energy to the rock by pulses to The resonance mode of electromagnetic waves during continuous rotation of a mechanical tool is achieved by the fact that the mechanical tool is rotated with a frequency depending on the duration of the pulse, with the pulse duration t u , the duration of the pause t n between pulses, during which the weakened rock layer is additionally destroyed and removed from the bottom, as well as the rotation frequency n of the mechanical tool is determined based on the electrical, mechanical and thermal properties of the rock, as well as the density transmitted to the rock of power, in accordance with the dependencies established during research (the dimension of the values according to the international SI system):
t u = ΔТ cr • ρ • s / P y (1)
t n = (2-3) t u (2)
n = 2ε • α 3 / t u (3)
where ΔТ kr is the critical temperature difference (degrees) of the rock being destroyed by the condition of thermal breakdown during the pulse, is determined by the formula
ΔT cr = 2δ p (1-ν) / β • E w (4)
δ p is the tensile strength of the rock due to the temperature difference ΔT cr during thermal breakdown (N / m 2 ); ν is the Poisson's ratio (dimensionless); ρ - rock density (kg / m 3 ); s is the heat capacity of the rock (J / (kg • deg.)); β is the coefficient of linear expansion of the rock (dimensionless.); E Yu - Young's modulus (N / m 2 ); ε is the relative dielectric constant of the rock (dimensionless.); α 3 - attenuation coefficient of the electromagnetic wave in the rock (dimensionless.) - the ratio of power lost in the destructible layer of the rock to the transmitted power; P y - the density of the power transmitted to the rock (kW / m 3 ).

В результате применения предлагаемого способа скорость бурения СВЧ ЭТМ способом по сравнению с механическим шарошечным способом возрастет до 4-5 раз, а осевое усилие снизится не менее чем на порядок. Нам неизвестны способы бурения скважин, обладающие совокупностью вышеперечисленных признаков, что означает соответствие предлагаемого способа требованиям, предъявляемым к изобретениям. As a result of the application of the proposed method, the drilling speed of the microwave ETM method in comparison with the mechanical roller cone method will increase up to 4-5 times, and the axial force will decrease by at least an order of magnitude. We do not know how to drill wells that have a combination of the above characteristics, which means that the proposed method meets the requirements for inventions.

Известно устройство для бурения скважин СВЧ ЭТМ способом, включающее буровой станок с системой подачи, генератор СВЧ-энергии, бурильную колонну с волноводной линией передачи, породоразрушающий орган с резцовым инструментом и встроенным излучателем электромагнитной энергии в виде проходного настраиваемого резонатора [3]. Указанное устройство принято нами за прототип. A device for drilling a microwave ETM method is known, including a drilling rig with a feed system, a microwave energy generator, a drill string with a waveguide transmission line, a rock cutting tool with a cutting tool and a built-in electromagnetic energy emitter in the form of a tunable resonator [3]. The specified device is accepted by us as a prototype.

Недостатками указанного устройства являются:
- большие потери СВЧ-энергии в волноводной линии передачи, выполненной в виде прямоугольного волновода, работающего на волне типа Н10, вследствие чего это устройство может быть применено только для бурения неглубоких скважин протяженностью примерно до 50 м;
- несимметричное расположение излучателя СВЧ-энергии относительно оси устройства, в связи с чем разрушение породы производится периодически с периодом в 1 оборот, что снижает эффективность бурения;
- несогласованное воздействие на забой электромагнитным полем СВЧ и механическим инструментом, что также снижает эффективность бурения СВЧ ЭТМ буровым устройством.
The disadvantages of this device are:
- large losses of microwave energy in the waveguide transmission line, made in the form of a rectangular waveguide operating on a wave of type H 10 , as a result of which this device can only be used for drilling shallow wells with a length of up to about 50 m;
- asymmetric arrangement of the microwave energy emitter relative to the axis of the device, in connection with which the destruction of the rock is carried out periodically with a period of 1 revolution, which reduces the efficiency of drilling;
- inconsistent impact on the bottom of the microwave electromagnetic field and a mechanical tool, which also reduces the efficiency of drilling microwave ETM drilling device.

Целью, на достижение которой направлено изобретение, является повышение эффективности бурения СВЧ ЭТМ буровым устройством и расширение области его применения. Для достижения указанной цели в предлагаемом устройстве для СВЧ ЭТМ бурения, включающем буровой станок с системой подачи, генератор СВЧ энергии, бурильную колонну с волноводной линией передачи, породоразрушающий орган с резцовым инструментом и встроенным излучателем электромагнитной энергии в виде проходного настраиваемого резонатора, отличием является то, что бурильная колонна для передачи электромагнитной энергии СВЧ к забою на волне типа H01 с малыми потерями, выполнена в виде полой гибкой непрерывной бурильной трубы, а излучатель электромагнитной энергии снабжен возбудителем электромагнитных волн, при этом проходной настраиваемый резонатор выполнен цилиндрическим, верхняя часть которого ограничена прикрепленной к торцу возбудителя диафрагмой с отверстиями связи, а нижняя, примыкающая к забою, разделена клиновыми перегородками на два или большее число волноводных каналов. С целью обеспечения передачи энергии СВЧ через забойный двигатель вал ротора двигателя выполнен полым.The aim to which the invention is directed is to increase the efficiency of drilling a microwave ETM drilling device and expand its scope. To achieve this goal in the proposed device for microwave ETM drilling, including a drilling rig with a feed system, a microwave energy generator, a drill string with a waveguide transmission line, a rock cutting tool with a cutting tool and an integrated emitter of electromagnetic energy in the form of a tunable resonator, the difference is drill string for transmission of electromagnetic energy of microwave to the bottom 01 on the H-type wave, low loss, it is formed as a hollow flexible continuous drill pipe, and an emitter lektromagnitnoy energy provided exciter electromagnetic waves thus pass tunable resonator is cylindrical, the upper part is limited by end attached to the diaphragm with connection openings of agent, and the bottom adjacent to the bottom, the wedge is divided by partitions into two or more waveguide channels. In order to ensure microwave energy transfer through the downhole motor, the rotor shaft of the motor is hollow.

Указанные признаки позволяют устранить названные недостатки, присущие известным СВЧ ЭТМ буровым устройством, и дадут возможность бурить глубокие скважины, в том числе горизонтальные (ГС) и сложнонаправленные (СНС) с малыми потерями СВЧ энергии и небольшими осевыми нагрузками. These signs can eliminate these drawbacks inherent in the well-known microwave ETM drilling device, and will make it possible to drill deep wells, including horizontal (horizontal wells) and complex (SSS) with low losses of microwave energy and small axial loads.

Нам неизвестны устройства для СВЧ ЭТМ бурения скважин, обладающие совокупностью вышеперечисленных признаков, что означает соответствие предлагаемого устройства требованиям, предъявляемым к изобретениям. На фиг.1 изображен общий вид СВЧ ЭТМ буровой установки для бурения ГС и СНС; на фиг. 2 - породоразрушающий орган; на фиг. 3 - вид В на фиг.2 (вид на торец породоразрушающего органа); на фиг.4 - разрез по А-А на фиг.2; на фиг.5 - вид Б на фиг.2. We are not aware of devices for microwave ETM well drilling that have a combination of the above features, which means that the proposed device meets the requirements for inventions. Figure 1 shows a General view of the microwave ETM drilling rig for drilling a horizontal well and SSS; in FIG. 2 - rock-breaking organ; in FIG. 3 - view In figure 2 (view of the end face of the rock cutting body); figure 4 is a section along aa in figure 2; figure 5 is a view of B in figure 2.

Установка, фиг. 1, включает породоразрушающий СВЧ ЭТМ орган 1; забойный двигатель 2 с полым валом; гибкую, наматываемую на барабан лебедки непрерывную трубу 3, по внутренней полости которой к забою одновременно подают электромагнитную энергию СВЧ на волне типа H01 и сжатый газообразный агент для очистки забоя от разрушенной породы; податчик 4 бурильной трубы 3, на забой; буровой станок 5 с лебедкой для намотки гибкой непрерывной трубы 3 на барабан; 6 - энергоблок СВЧ энергии, состоящий из блока питания и генератора СВЧ, который соединен вращающимся волноводным соединением (на чертеже не показан) с концом бурильной трубы, выходящим через ось барабана; компрессор 7 - для подачи газообразного очистного агента в бурильную трубу 3.Installation, FIG. 1, includes rock-cutting microwave ETM body 1; downhole motor 2 with a hollow shaft; a flexible continuous pipe 3 wound on a winch drum, through the inner cavity of which a microwave electromagnetic energy is fed to the face at the wave of type H 01 and a compressed gaseous agent is used to clean the face of the destroyed rock; drill pipe feeder 4, downhole; drill rig 5 with a winch for winding a flexible continuous pipe 3 on a drum; 6 - microwave power unit, consisting of a power supply and a microwave generator, which is connected by a rotating waveguide connection (not shown) to the end of the drill pipe extending through the axis of the drum; compressor 7 - for supplying a gaseous treatment agent to the drill pipe 3.

Породоразрушающий орган 1, фиг.2, 3, 4 и 5, содержит резцовый инструмент 9; излучатель энергии СВЧ, выполненный в виде цилиндрического проходного настраиваемого резонатора 8, нижняя часть которого, примыкающая к забою, образована корпусом 10 и закрепленными в нем клиновыми перегородками 11, которые разделяют цилиндрическую полость резонатора на два или большее число выходящих на забой волноводных каналов 12, резцов 13, оконтуривающих торцы корпуса 10 и клиновых перегородок 11. К верхней части разонатора 8 с помощью резьбы 14 прикреплен возбудитель электромагнитных волн 15, состоящий из корпуса 16 и перехода 17 с цилиндрического волновода 18 на прямоугольные волноводы 19, оканчивающиеся отверстиями связи 20 в прикрепленной с торца возбудителя 15 электромагнитных волн диафрагме 21. Между корпусом 10 резонатора 8 и корпусом 16 возбудителя 15 размещены регулировочные кольца 22. The rock-breaking organ 1, FIGS. 2, 3, 4 and 5, contains a cutting tool 9; microwave energy emitter, made in the form of a tunable tuned resonator 8 through passage, the lower part of which adjacent to the bottom is formed by a housing 10 and wedge walls 11 fixed therein, which divide the cylindrical cavity of the resonator into two or more number of waveguide channels 12 leading to the bottom, cutters 13, outlining the ends of the housing 10 and the wedge walls 11. To the upper part of the razonator 8 by means of a thread 14 is attached an exciter of electromagnetic waves 15, consisting of a housing 16 and a transition 17 with a cylindrical of the waveguide 18 to rectangular waveguides 19, ending with communication holes 20 in the diaphragm 21 attached to the end face of the pathogen 15 of the electromagnetic waves 21. Between the housing 10 of the resonator 8 and the housing 16 of the pathogen 15 are placed adjusting rings 22.

Работа предложенного устройства и способ СВЧ ЭТМ бурения скважин с его помощью заключается в следующем. Перед спуском породоразрушающего органа в скважину производят настройку встроенного в него цилиндрического проходного настраиваемого резонатора 8 на максимальную передачу энергии СВЧ в породу, что контролируется измерением величины коэффициента стоящей волны (КСВН) в волноводной линии. При этом настройку резонатора 8 по модулю коэффициента отраженной волны производят путем или замены диаграммы 21 на другую с отличающимися по размерам отверстия связи 20 или путем подстройки генератора СВЧ по частоте. Настройку резонатора 8 по фазе коэффициента отражения производят путем изменения длины резонатора 8 за счет изменения количества регулировочных колец 22. The operation of the proposed device and the method of microwave ETM well drilling with its help is as follows. Before the rock-cutting organ is lowered into the well, a tunable cylindrical tuned resonator 8 embedded in it is tuned to the maximum microwave energy transfer to the rock, which is controlled by measuring the standing wave coefficient (VSWR) in the waveguide line. In this case, the resonator 8 is tuned modulo the coefficient of the reflected wave by either replacing the diagram 21 with another with different sizes of the communication hole 20 or by adjusting the microwave generator in frequency. The resonator 8 is adjusted according to the phase of the reflection coefficient by changing the length of the resonator 8 by changing the number of adjusting rings 22.

По формулам (1), (2) и (3) устанавливают частоту вращения породоразрушающего органа, а также длительность импульса и паузы в зависимости от плотности передаваемой в породу мощности. According to formulas (1), (2) and (3), the rotational speed of the rock-breaking organ, as well as the pulse and pause duration, is established depending on the density of power transmitted to the rock.

В процессе бурения при вращении породоразрушающего органа, прижатого к забою податчиком 4, к возбудителю 15 от генератора СВЧ (на чертеже не показан) по внутренней полости бурильной трубы 3 подают мощные импульсы энергии СВЧ, которые возбудитель 15 передает к отверстиям связи 20 и через них возбуждает в резонаторе 8 электромагнитные волны, излучаемые затем в породу через волноводные каналы 12. При этом с целью резкого уменьшения потерь энергии передачу ее производят на волне с малыми потерями типа H01. В результате воздействия на породу импульсом СВЧ энергии она разупрочняется и разрушается по каналам теплового пробоя.During drilling, during rotation of the rock cutting body, pressed against the bottom by the feeder 4, to the pathogen 15 from the microwave generator (not shown) through the internal cavity of the drill pipe 3, powerful microwave energy pulses are supplied, which the pathogen 15 transfers to the communication holes 20 and through them excites in the resonator 8, electromagnetic waves are then radiated into the rock through the waveguide channels 12. Moreover, in order to drastically reduce energy losses, it is transmitted on a wave with small losses of type H 01 . As a result of exposure to the rock with a microwave energy pulse, it softens and is destroyed along the thermal breakdown channels.

В связи с тем что добротность цилиндрического проходного настраиваемого резонатора невысокая, а пределы изменения электрических свойств пород в диапазоне СВЧ сужены, резонатор практически не требует перестройки при бурении. Due to the fact that the quality factor of a tunable cylindrical tuned resonator is low, and the limits of changes in the electrical properties of rocks in the microwave range are narrowed, the resonator practically does not require tuning during drilling.

После каждого импульса, за время паузы, с помощью механического резцового инструмента производят доразрушение ослабленного слоя породы и удаление его из скважины сжатым газообразным агентом. После снятия ослабленного слоя породы с помощью автоматической системы управления подают очередной импульс и процесс бурения повторяется. After each impulse, during a pause, with the help of a mechanical tool, additional destruction of the weakened rock layer and its removal from the well by a compressed gaseous agent is performed. After removing the weakened rock layer using an automatic control system, another impulse is given and the drilling process is repeated.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР 231465, МПК Е 21 в, опубликовано 28.11.68 г. Бюллетень 36.
Sources of information:
1. USSR author's certificate 231465, IPC E 21 c, published on November 28, 68 Bulletin 36.

2. Цыганенко С.М. Комбинированный СВЧ-механический способ бурения. Тезисы докладов на семинаре ИГД им. А.А.Скочинского 21-23 ноября 1990 г. "Новое в теории, технологии и технике бурения", М., 1991, с. 10-13. 2. Tsyganenko S.M. Combined microwave mechanical drilling method. Abstracts at the seminar IGD them. A.A. Skochinsky November 21-23, 1990 "New in the theory, technology and drilling technique", M., 1991, p. 10-13.

3. Авторское свидетельство СССР 394547, Е 21 с 37/18, опубликовано 22.08.73 г. Бюллетень 34, Е 21 с 21/00. 3. USSR author's certificate 394547, Е 21 с 37/18, published on 08/22/73, Bulletin 34, Е 21 с 21/00.

Claims (3)

1. Способ СВЧ ЭТМ бурения, согласно которому разрушение породы осуществляют путем комбинированного воздействия на забой скважины сильным электромагнитным полем, снижающим прочность породы, и механическим резцовым инструментом, не требующим больших осевых нагрузок, доразрушающим при вращении ослабленную породу, удаление которой из скважины производят газообразным агентом, при этом передачу энергии СВЧ в породу производят импульсами в режиме резонанса электромагнитных волн при непрерывном вращении механического инструмента, отличающийся тем, что механический инструмент вращают с частотой, зависящей от длительности импульса, при этом длительность импульса tu, длительность паузы tn между импульсами, в течение которой доразрушают и удаляют с забоя ослабленный слой породы, а также частоту вращения n механического инструмента определяют исходя из электрических, механических и тепловых свойств породы, а также плотности передаваемой в породу мощности СВЧ в соответствии с зависимостями:
tu = ΔТкр • ρ • с/Ру,
tn = (2÷3)tu,
n = 2ε•α3/tu,
ΔTкр = 2δp(1-ν)/β•Eю,
где ΔТкр - критический перепад температур разрушаемого слоя породы по условию теплового пробоя за время действия импульса, град. ;
δp - предел прочности породы на растяжение, обусловленный перепадом температур ΔТкр при тепловом пробое, Н/м2;
ν - коэффициент Пуассона (безразмерный);
ρ - плотность породы, кг/м3;
с - теплоемкость породы, Дж/кг•град. ;
β - коэффициент линейного расширения породы (безразмер. );
Ею - модуль Юнга, Н/м2;
ε - относительная диэлектрическая проницаемость породы (безразмер. );
α3 - коэффициент затухания электромагнитной волны в породе (безразмер. ) - отношение теряемой в разрушаемом слое породы мощности к передаваемой мощности;
Ру - плотность передаваемой в породу мощности, кВт/м3.
1. The method of microwave ETM drilling, according to which the destruction of the rock is carried out by combined exposure to the bottom of the well with a strong electromagnetic field, reducing the strength of the rock, and a mechanical cutting tool that does not require large axial loads, damaging the weakened rock during rotation, which is removed from the well by a gaseous agent , while the transfer of microwave energy to the rock is produced by pulses in the resonance mode of electromagnetic waves with continuous rotation of a mechanical tool, distinguishing Take into account that the mechanical tool is rotated with a frequency depending on the duration of the pulse, while the pulse duration t u , the duration of the pause t n between pulses, during which the weakened rock layer is further destructed and removed from the bottom, and the rotation frequency n of the mechanical tool is determined based on from the electrical, mechanical and thermal properties of the rock, as well as the density of the microwave power transmitted to the rock in accordance with the dependencies:
t u = ΔТ cr • ρ • s / P y ,
t n = (2 ÷ 3) t u ,
n = 2ε • α 3 / t u ,
ΔT cr = 2δ p (1-ν) / β • E w ,
where ΔТ kr is the critical temperature difference of the rock layer being destroyed by the condition of thermal breakdown during the pulse, deg. ;
δ p is the tensile strength of the rock due to the temperature difference ΔТ cr during thermal breakdown, N / m 2 ;
ν is the Poisson's ratio (dimensionless);
ρ is the density of the rock, kg / m 3 ;
s - heat capacity of the rock, J / kg • deg. ;
β is the coefficient of linear expansion of the rock (dimensionless.);
E Yu - Young's modulus, N / m 2 ;
ε is the relative dielectric constant of the rock (dimensionless.);
α 3 - attenuation coefficient of the electromagnetic wave in the rock (dimensionless.) - the ratio of power lost in the destructible layer of the rock to the transmitted power;
P y - the density of the power transmitted to the rock, kW / m 3 .
2. Устройство для СВЧ ЭТМ бурения, включающее буровой станок с системой подачи, генератор СВЧ энергии, бурильную колонну с волноводной линией передачи, породоразрушающий орган с резцовым инструментом и встроенным излучателем электромагнитной энергии в виде проходного настраиваемого резонатора, отличающееся тем, что для бурения горизонтальных и сложно-направленных скважин с использованием забойного двигателя, бурильная колонна для передачи электромагнитной энергии СВЧ к забою на волне типа Н01 с малыми потерями, выполнена в виде полой гибкой непрерывной бурильной трубы, а излучатель электромагнитной энергии снабжен возбудителем электромагнитных волн, при этом проходной настраиваемый резонатор выполнен цилиндрическим, верхняя часть которого ограничена прикрепленной к торцу возбудителя диафрагмой с отверстиями связи, а нижняя, примыкающая к забою, разделена клиновыми перегородками на два или большее число волноводных каналов.2. A device for microwave ETM drilling, including a drilling rig with a feed system, a microwave energy generator, a drill string with a waveguide transmission line, a rock cutting tool with a cutting tool and an integrated electromagnetic energy emitter in the form of a tunable tuned resonator, characterized in that for drilling horizontal and difficult directional boreholes using a downhole motor, the drill string for transmission of electromagnetic energy of microwave to the bottom on the wave types H 01 with small losses, is designed as a hollow a continuous drill pipe, and the electromagnetic energy emitter is equipped with an electromagnetic wave exciter, while the tunable through-flow resonator is cylindrical, the upper part of which is limited by a diaphragm with communication holes attached to the exciter end, and the lower one adjacent to the bottom is divided by two or more wedge walls waveguide channels. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что, с целью передачи энергии СВЧ через забойный двигатель, вал ротора двигателя выполнен полым. 3. The device according to p. 2, characterized in that, in order to transfer microwave energy through the downhole motor, the rotor shaft of the motor is made hollow.
RU2000105732/03A 2000-03-07 2000-03-07 Method and device for superhigh frequency of electrothermomechanical drilling RU2204008C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000105732/03A RU2204008C2 (en) 2000-03-07 2000-03-07 Method and device for superhigh frequency of electrothermomechanical drilling

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000105732/03A RU2204008C2 (en) 2000-03-07 2000-03-07 Method and device for superhigh frequency of electrothermomechanical drilling

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000105732A RU2000105732A (en) 2002-01-20
RU2204008C2 true RU2204008C2 (en) 2003-05-10

Family

ID=20231591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000105732/03A RU2204008C2 (en) 2000-03-07 2000-03-07 Method and device for superhigh frequency of electrothermomechanical drilling

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2204008C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA014050B1 (en) * 2008-08-25 2010-08-30 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный горный университет" (МГГУ) System for rock mine working in complex massifs of hard rock

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA014050B1 (en) * 2008-08-25 2010-08-30 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный горный университет" (МГГУ) System for rock mine working in complex massifs of hard rock

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2041389B1 (en) Resonance enhanced drilling: method and apparatus
CN101057058B (en) Electroacoustic method and device for stimulation of mass transfer process for enhanced well recovery
GB2469866A (en) Inducing torsional vibration in a drill string for friction reduction
CA2877788A1 (en) Apparatuses and methods for supplying electrical power to an electrocrushing drill
US7730970B2 (en) Drilling efficiency through beneficial management of rock stress levels via controlled oscillations of subterranean cutting levels
EA010696B1 (en) System and method for drilling a borehole
CA3011247A1 (en) Force stacking assembly for use with a subterranean excavating system
EP2935754A1 (en) Repetitive pulsed electric discharge apparatuses and methods of use
US11280171B2 (en) Axial-field multi-armature alternator system for downhole drilling
RU2204008C2 (en) Method and device for superhigh frequency of electrothermomechanical drilling
US3307641A (en) Self-excited hammer drill
US8199609B2 (en) Multi-mode downhole acoustic source
CN105507804A (en) Ultrasonic vibration cord coring drill tool
US3384188A (en) Sonic method and apparatus for driving a casing utilizing reaming techniques
RU2000105732A (en) METHOD AND DEVICE OF SUPER HIGH-FREQUENCY ELECTROTHERMOMECHANICAL DRILLING
RU2167991C2 (en) Method and device for electromechanical drilling of holes
AU2021364834B2 (en) Sonic-powered methods for horizontal directional drilling
RU2009303C1 (en) Method for percussion-rotary drilling of wells and device for its realization
NZ799105B2 (en) Sonic-powered methods for horizontal directional drilling
RU2135730C1 (en) Process of borehole drilling