RU2319009C2 - Method for rock drilling with electrical pulsed discharges and drilling tool - Google Patents

Method for rock drilling with electrical pulsed discharges and drilling tool Download PDF

Info

Publication number
RU2319009C2
RU2319009C2 RU2005133268/03A RU2005133268A RU2319009C2 RU 2319009 C2 RU2319009 C2 RU 2319009C2 RU 2005133268/03 A RU2005133268/03 A RU 2005133268/03A RU 2005133268 A RU2005133268 A RU 2005133268A RU 2319009 C2 RU2319009 C2 RU 2319009C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
drill
drilling
pulses
source
drill bit
Prior art date
Application number
RU2005133268/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005133268A (en
Inventor
Владислав Федорович Важов
Владимир Васильевич Лопатин
Василий Михайлович Муратов
Original Assignee
Научно-исследовательский институт высоких напряжений
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 Научно-исследовательский институт высоких напряжений filed Critical Научно-исследовательский институт высоких напряжений
Priority to RU2005133268/03A priority Critical patent/RU2319009C2/en
Publication of RU2005133268A publication Critical patent/RU2005133268A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2319009C2 publication Critical patent/RU2319009C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

FIELD: mining, particularly methods or devices for dislodging, particularly by electricity.
SUBSTANCE: method involves transferring high-voltage pulses with frequency defined by head rotation rate on rotary drilling head. Drilling tool includes serially connected drilling string 9, drilling head 1, high-voltage pulse source 11 arranged directly in drilling tool over drilling head 1 and charging means 12. The charging means 12 is arranged in drilling tool over high-voltage pulse source 11.
EFFECT: increased drilling efficiency due to increased operational drilling tool reliability.
3 cl, 6 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к горному делу и предназначено для бурения скважин и стволов при геологоразведочных работах, в нефте- и газодобывающей отраслях, для проходки горных выработок, при строительных работах, а также в других областях.The invention relates to mining and is intended for drilling wells and shafts during exploration, in the oil and gas industries, for mining, during construction work, as well as in other areas.

Известен способ бурения скважин электрическими импульсными разрядами (Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. - Л.: Машиностроение, 1988. - с.61-64).A known method of drilling wells by electric pulsed discharges (Yutkin L.A. Electro-hydraulic effect and its application in industry. - L .: Mashinostroenie, 1988. - S. 61-64).

По известному способу на электроды бурового наконечника, установленного на горную породу, которая покрыта промывочной жидкостью, подают импульсы высокого напряжения. Происходит разряд между электродами. Канал разряда проходит или по поверхности горной породы, или происходит внедрение канала разряда в горную породу, что характерно для очень пористых горных пород с низкой электрической прочностью. В канале разряда взрывообразно выделяется энергия, запасенная в источнике высоковольтных импульсов, что приводит к разрушению горной породы в зоне прохождения канала.According to the known method, high voltage pulses are applied to the electrodes of a drill bit mounted on a rock that is coated with a flushing fluid. A discharge occurs between the electrodes. The discharge channel passes either over the surface of the rock, or the discharge channel is introduced into the rock, which is typical for very porous rocks with low dielectric strength. The energy stored in the source of high-voltage pulses is explosively released in the discharge channel, which leads to the destruction of the rock in the channel passage zone.

Недостатком этого способа является низкая эффективность процесса бурения, т.к. отсутствует взаимосвязь скорости вращения бурового наконечника с частотой подачи импульсов высокого напряжения.The disadvantage of this method is the low efficiency of the drilling process, because there is no relationship between the rotation speed of the drill bit and the frequency of supply of high voltage pulses.

Известен буровой снаряд (Юткин Л.А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности. - Л.: Машиностроение, 1986. - с.171-173), реализующий указанный выше способ. Он состоит из наружной буровой трубы - корпуса, высоковольтного ввода, буровой коронки - наружного электрода, центрального высоковольтного вращающегося электрода, электродвигателя для вращения центрального электрода.A well-known drill (Yutkin L.A. Electro-hydraulic effect and its application in industry. - L .: Mashinostroenie, 1986. - p. 171-173) that implements the above method. It consists of an external drill pipe - housing, a high-voltage input, a drill bit - an external electrode, a central high-voltage rotating electrode, an electric motor for rotating the central electrode.

Работа бурового снаряда заключается в следующем: в буровой снаряд подается промывочная жидкость; включается электродвигатель для вращения центрального высоковольтного электрода, на который подаются импульсы высокого напряжения, происходит разрушение горной породы на забое скважины; разрушенная горная порода - шлам выносится потоком промывочной жидкости в шламосборник.The work of the drill is as follows: flushing fluid is supplied to the drill; an electric motor is turned on to rotate the central high-voltage electrode, to which high voltage pulses are supplied, rock is destroyed at the bottom of the well; destroyed rock - the sludge is carried out by the flow of washing liquid into the sludge collector.

Недостатки известного бурового снаряда связаны с тем, что источник высоковольтных импульсов и зарядное устройство расположены отдельно от бурового снаряда, что приводит к уменьшению эффективности бурения за счет потерь энергии и искажения параметров импульса высокого напряжения в передающей системе - высоковольтный кабель от источника высоковольтных импульсов к буровому снаряду и сам буровой снаряд изменяющейся длины в процессе бурения скважины.The disadvantages of the known drill are due to the fact that the source of high voltage pulses and the charger are located separately from the drill, which leads to a decrease in drilling efficiency due to energy losses and distortion of the parameters of the high voltage pulse in the transmission system - a high voltage cable from the source of high voltage pulses to the drill and the drill itself of varying lengths while drilling a well.

Прототипом предложенного способа является электроимпульсный способ разрушения горных пород (патент РФ №2232271, МПК 7 Е21С 37/18, опубл. 10.07.04). Способ заключается в том, что на перемещающееся 2-электродное устройство подаются импульсы высокого напряжения. При этом шаг перемещения электродов устройства между двумя электрическими импульсами выбирают из следующего условия:The prototype of the proposed method is an electropulse method of rock destruction (RF patent No. 2232271, IPC 7 Е21С 37/18, publ. 10.07.04). The method consists in the fact that high voltage pulses are supplied to the moving 2-electrode device. The step of moving the electrodes of the device between two electrical pulses is selected from the following conditions:

Figure 00000002
Figure 00000002

причем

Figure 00000003
moreover
Figure 00000003

где m - шаг перемещения электродов устройства, мм;where m is the step of moving the electrodes of the device, mm;

Wз - энергия, запасенная источником импульсов, Дж;W s - energy stored source of pulses, J;

L - межэлектродный промежуток, мм;L is the interelectrode gap, mm;

Wопт1 - оптимальная энергия разрушения за один импульс для горной породы с коэффициентом по Проподъяконову, равным 5, Дж;W opt1 — optimal fracture energy per pulse for a rock with a propodyakonov coefficient of 5 J;

n - число импульсов на межэлектродном промежутке.n is the number of pulses on the interelectrode gap.

Недостатком известного способа является отсутствие условий выбора оптимальной частоты подачи импульсов высокого напряжения в зависимости от скорости перемещения электродного устройства.The disadvantage of this method is the lack of conditions for choosing the optimal frequency of supply of high voltage pulses depending on the speed of movement of the electrode device.

Прототипом предложенного бурового снаряда является снаряд, приведенный в описании к изобретению «Электроимпульсный буровой снаряд» (авторское свидетельство SU №730022, МПК 4 Е21С 37/18, опубл. 30.12.87 Бюл. №48). Буровой снаряд состоит из высоковольтного ввода, металлической буровой колонны, внутри которой расположена токопроводящая система, центрируемая изоляторами, и встроен генератор высоковольтных импульсов, закрепленный с помощью изоляторов между колонной труб и буровым наконечником.The prototype of the proposed drill is the projectile described in the description of the invention "Electropulse drill" (copyright certificate SU No. 730022, IPC 4 E21C 37/18, publ. 30.12.87 Bull. No. 48). The drill consists of a high-voltage input, a metal drill string, inside which there is a conductive system centered by the insulators, and a high-voltage pulse generator is mounted, which is secured with insulators between the pipe string and the drill bit.

Работа бурового снаряда осуществляется следующим образом. Передача энергии по токопроводящей системе к генератору высоковольтных импульсов осуществляется от источника постоянного тока. Импульсы высокого напряжения формируются непосредственно на буровом наконечнике без какой-либо передачи их по токопроводящей системе бурового снаряда. Процесс разрушения осуществляется буровым наконечником с последующим выносом шлама из зоны разрушения.The work of the drill is as follows. Energy is transmitted through a conductive system to a high-voltage pulse generator from a direct current source. High voltage pulses are formed directly on the drill bit without any transmission through the conductive system of the drill. The destruction process is carried out by a drill bit, followed by the removal of sludge from the destruction zone.

Недостатком выбранного за прототип бурового снаряда является необходимость подачи высокого постоянного зарядного напряжения с поверхности земли по токопроводящей системе бурового снаряда, что связано с трудностью осуществления изоляции токопроводящей системы. Например, необходим высоковольтный кабель на рабочее зарядное напряжение. Кроме того, у этого бурового снаряда не предусмотрено вращение бурового наконечника, что существенно ухудшает эффективность бурения. Увеличивает потери при передаче энергии от зарядного устройства, расположенного на поверхности, по токопроводящей системе бурового снаряда к генератору высоковольтных импульсов, расположенному непосредственно над буровым наконечником, увеличивает металлоемкость бурового наконечника и, как следствие, нагрузку на генератор высоковольтных импульсов, а также не позволяет применять комбинированные способы разрушения.The disadvantage of a drill selected for the prototype of the drill is the need to supply a high constant charging voltage from the earth's surface through the conductive system of the drill, which is associated with the difficulty of isolating the conductive system. For example, you need a high voltage cable for a working charging voltage. In addition, the rotation of the drill bit is not provided for this drill, which significantly affects the efficiency of drilling. It increases losses during the transfer of energy from the surface-mounted charger through the drill pipe conductive system to the high-voltage pulse generator located directly above the drill bit, increases the metal consumption of the drill bit and, as a result, the load on the high-voltage pulse generator, and also prevents the use of combined destruction methods.

Основной технический результат предложенных способа и бурового снаряда заключается в выборе оптимальной частоты подачи импульсов высокого напряжения в зависимости от скорости перемещения (вращения) электродного устройства по забою скважины и расположении источника высоковольтных импульсов и зарядного устройства непосредственно в снаряде, что позволяет устранить указанные выше недостатки известных технических решений: низкая эффективность процесса бурения, т.к. отсутствует взаимосвязь скорости вращения бурового наконечника с частотой подачи импульсов высокого напряжения; устройство расположено отдельно от бурового снаряда. Кроме этого, наличие рубашки у источника высоковольтных импульсов и зарядного устройства (по п.п.2 и 3 формулы изобретения) позволяет производить их интенсивное охлаждение потоком промывочной жидкости, технически просто производить их обслуживание и замену в случае необходимости.The main technical result of the proposed method and the drill is to select the optimal frequency of supply of high voltage pulses depending on the speed of movement (rotation) of the electrode device along the bottom of the well and the location of the source of high voltage pulses and the charger directly in the shell, which eliminates the above disadvantages of the known technical solutions: low efficiency of the drilling process, as there is no relationship between the rotation speed of the drill bit and the frequency of supply of high voltage pulses; the device is located separately from the drill. In addition, the presence of a jacket at the source of high-voltage pulses and a charger (according to claims 2 and 3 of the claims) allows them to be intensively cooled by a flow of washing liquid, it is technically simple to carry out their maintenance and replacement if necessary.

Основной технический результат достигается тем, что в предложенном способе бурения скважины электрическими импульсными разрядами импульсы высокого напряжения подают на вращающийся буровой наконечник согласно предложенному решению с частотойThe main technical result is achieved by the fact that in the proposed method for drilling wells using electrical impulse discharges, high voltage pulses are supplied to the rotating drill bit according to the proposed solution with a frequency

Figure 00000004
Figure 00000004

где f - частота подачи импульсов, имп./с;where f is the frequency of the pulses, imp./s;

V - окружная скорость вращения бурового наконечника, мм/с;V is the peripheral speed of rotation of the drill bit, mm / s;

m - шаг перемещения бурового наконечника между двумя импульсами, мм/имп.m is the step of movement of the drill bit between two pulses, mm / imp.

Для достижения основного технического результата предложен также буровой снаряд для бурения электрическими импульсными разрядами, который, как и прототип, содержит последовательно соединенные колонну бурильных труб, буровой наконечник, источник высоковольтных импульсов, расположенный непосредственно в буровом снаряде над буровым наконечником, и согласно предложенному решению зарядное устройство источника высоковольтных импульсов, расположенное непосредственно над этим источником.To achieve the main technical result, a drill for drilling by electric pulse discharge is also proposed, which, like the prototype, contains a series of drill pipe string, drill bit, a source of high-voltage pulses located directly in the drill over the drill bit, and according to the proposed solution, a charger source of high voltage pulses located directly above this source.

Целесообразно также источник высоковольтных импульсов и зарядное устройство снабжать рубашкой, которая образует канал для потока промывочной жидкости между колонной бурильных труб и рубашкой.It is also advisable to supply the source of high voltage pulses and the charger with a jacket, which forms a channel for the flow of flushing fluid between the drill pipe string and the jacket.

Пример конкретного выполнения предложенного способа. На фиг.1, 2, 3 и 4 представлены снаряды с буровыми наконечниками в 2- и 3-электродном исполнении, реализующие выполнение предложенного способа. Двухэлектродный буровой наконечник (фиг.1 и 2) предназначен для бурения скважин с керном. Он состоит из корпуса 1, короночного изолятора 2 с отверстиями 3 для прохода потока промывочной жидкости, высоковольтного токопровода 4, высоковольтного электрода 5 и заземленного электрода 6.An example of a specific implementation of the proposed method. In figure 1, 2, 3 and 4 presents shells with drill bits in 2- and 3-electrode versions that implement the proposed method. A two-electrode drill bit (Figs. 1 and 2) is designed for core drilling. It consists of a housing 1, a core insulator 2 with openings 3 for the passage of the washing liquid flow, a high voltage current lead 4, a high voltage electrode 5 and a grounded electrode 6.

Способ осуществляется следующим образом. В буровой снаряд подается промывочная жидкость, которая заполняет внутреннюю полость снаряда, проходит через отверстия 3 короночного изолятора 2 бурового наконечника 1 до забоя 8 скважины 7 и заполняет затрубное пространство между стенками скважины и колонной бурильных труб. Включается устройство вращения бурового снаряда с заданной скоростью. Включается источник высоковольтных импульсов с частотой подачи импульсов, определяемой из выражения:The method is as follows. Flushing fluid is supplied to the drill, which fills the internal cavity of the drill, passes through the holes 3 of the core insulator 2 of the drill bit 1 to the bottom 8 of the well 7 and fills the annulus between the walls of the well and the drill pipe string. The device for rotating the drill at a given speed is turned on. The source of high-voltage pulses is switched on with a pulse supply frequency determined from the expression:

Figure 00000004
Figure 00000004

где f - частота подачи импульсов, имп./с;where f is the frequency of the pulses, imp./s;

V - окружная скорость вращения бурового наконечника, мм/с;V is the peripheral speed of rotation of the drill bit, mm / s;

m - шаг перемещения бурового наконечника между двумя импульсами, мм/имп.m is the step of movement of the drill bit between two pulses, mm / imp.

На забое 8 скважины 7 между электродами 5 и 6 происходит электрический разряд в толще горной породы, что приводит к ее отрыву и разрушению. Разрушенная порода-шлам подхватывается промывочной жидкостью и выносится на поверхность. За время ожидания следующего импульса напряжения буровой наконечник перемещается на расстояние равное шагу m, и происходит следующий разряд. Канал разряда проходит в твердом диэлектрике (горной породе), как наименее электрически прочном. Поэтому он внедряется в толщу горной породы как на забое скважины, так и в ее стенки. Происходит разработка стенок скважины и керна, что способствует свободному вращению наконечника и отсутствию его зависания на стенке скважины. В результате двухэлектродный буровой наконечник разбуривает щель, а в центре скважины остается керн.At the bottom 8 of the well 7 between the electrodes 5 and 6, an electric discharge occurs in the rock mass, which leads to its separation and destruction. The destroyed rock-sludge is picked up by flushing fluid and carried to the surface. While waiting for the next voltage pulse, the drill bit moves a distance equal to step m, and the next discharge occurs. The discharge channel passes in a solid dielectric (rock), as the least electrically durable. Therefore, it is introduced into the rock mass both at the bottom of the well and in its walls. The development of the walls of the well and core takes place, which contributes to the free rotation of the tip and the absence of its hovering on the wall of the well. As a result, a two-electrode drill bit drills a gap, and a core remains in the center of the well.

Трехэлектродный буровой наконечник (фиг.3, 4) предназначен для бурения сплошным забоем (без керна). Он состоит из корпуса 1, короночного изолятора 2 с отверстиями 3 для прохода потока промывочной жидкости, высоковольтного токопровода 4, высоковольтных электродов 5 и заземленного электрода 6.Three-electrode drill bit (Fig.3, 4) is designed for continuous drilling (without core). It consists of a housing 1, a core insulator 2 with holes 3 for the passage of the flow of flushing fluid, high-voltage conductor 4, high-voltage electrodes 5 and a grounded electrode 6.

Работа этого бурового наконечника аналогична работе двухэлектродного наконечника. Отличие заключается в том, что применение третьего центрального высоковольтного электрода вызывает развитие каналов разрядов как между ним и заземленным электродом, так и между периферийным высоковольтным и заземленным электродами, что приводит к разрушению керна, и бурение осуществляется сплошным забоем.The operation of this drill bit is similar to that of a two-electrode bit. The difference lies in the fact that the use of the third central high-voltage electrode causes the development of discharge channels both between it and the grounded electrode, and between the peripheral high-voltage and grounded electrodes, which leads to core destruction, and drilling is carried out by a continuous slaughter.

Результаты конкретного бурения наконечником, который имел два электрода (фиг.1, 2): высоковольтный электрод положительной полярности и заземленный электрод. Наружный диаметр наконечника Днак=98 мм. В качестве образца использовался мелкозернистый песчаник с удельной механической прочностью на сжатие σсж=86 МПа (коэффициент крепости по шкале проф. М.М.Протодьяконова равен 5). Промывочной жидкостью являлась вода с удельным сопротивлением ρ=8·103 Ом·см. Электрическое сопротивление бурового наконечника составляло 530 Ом. Расстояние между электродами 25 мм. Вращение наконечника осуществлялось от внешнего привода с заданной скоростью перемещения электродов v=33 мм/с. При этом шаг перемещения изменялся с изменением частоты следования импульсов в соответствии с выражениемThe results of a specific drilling tip, which had two electrodes (Fig.1, 2): a high voltage electrode of positive polarity and a grounded electrode. The outer diameter of the tip D nak = 98 mm As a sample, fine-grained sandstone with a specific mechanical compressive strength σ cr = 86 MPa was used (the coefficient of strength on the scale of Prof. M. M. Protodyakonov is 5). The washing liquid was water with a specific resistance ρ = 8 · 10 3 Ohm · cm. The drill bit electrical resistance was 530 ohms. The distance between the electrodes is 25 mm. The rotation of the tip was carried out from an external drive with a given speed of movement of the electrodes v = 33 mm / s. In this case, the displacement step changed with a change in the pulse repetition rate in accordance with the expression

Figure 00000005
Figure 00000005

В образцах песчаника были пробурены скважины глубиной 160 мм.Wells 160 mm deep were drilled in sandstone samples.

В табл.1 приведены результаты бурения, гдеTable 1 shows the drilling results, where

f - частота подачи импульсов, имп./с;f is the frequency of the pulses, imp./s;

m - шаг перемещения бурового наконечника между двумя импульсами, мм/имп;m is the step of movement of the drill bit between two pulses, mm / imp;

Wуд - удельные энергозатраты на разрушение единицы объема горной породы, Дж/см3;W beats - specific energy consumption for the destruction of a unit volume of rock, J / cm 3 ;

Дскв - средний диаметр пробуренной скважины, мм.D SLE - the average diameter of the drilled well, mm

Наиболее объективной и информативной характеристикой разрушения горной породы при бурении электрическими импульсными разрядами являются удельные энергозатраты Wуд (Дж/см3). Сравнение эффективности бурения при различных частотах подачи импульсов производилось по удельным энергозатратам Wуд.The most objective and informative characteristic of rock destruction during drilling by electric impulse discharges is specific energy consumption W beats (J / cm 3 ). Comparison of the drilling efficiency at different frequencies of the pulse supply was carried out by specific energy consumption W beats .

Таблица 1Table 1 № п/пNo. p / p f, имп./сf, imp./s m, мм/имп.m, mm / imp. Wуд, Дж/см3 W beats , j / cm 3 Дскв, mm SLE mm 1one 1,71.7 1919 332332 100one hundred 22 2,32,3 14fourteen 210210 105105 33 3,33.3 1010 255255 107107 4four 4,04.0 8,38.3 410410 108108

Из таблицы 1 видно, что с увеличением частоты подачи импульсов удельные энергозатраты Wуд изменяются с минимумом (строка 2 табл.1). Минимальное значение Wуд соответствует наиболее эффективному процессу бурения и, как следствие, оптимальной частоте подачи импульсов, т.е. условию

Figure 00000006
Уменьшение частоты менее чем
Figure 00000007
при v=const (строка 1, табл.1), увеличивает шаг перемещения электродов m по забою скважины, что вызывает увеличение Wуд в 1,58 раза, т.к. уменьшается объем разрушения, из-за снижения затраченной энергии на разрушение при перемещении электродной системы на длину межэлектродного промежутка. Кроме того, уменьшение частоты подачи импульсов меньше оптимальной при v=const приводит к уменьшению среднего диаметра скважины. При диаметре бурового наконечника 98 мм разработка среднего диаметра скважины для строки 1, табл.1 составляет 2 мм, т.е. 1 мм на сторону. Поскольку разрушение горной породы электрическими импульсными разрядами происходит крупным сколом, то стенки скважины оказываются с выступами и впадинами, что приводит к зацеплению бурового наконечника за выступы стенок скважины и, как следствие, к затратам дополнительной энергии на вращение бурового снаряда и даже «зависанию» его на стенках скважины, что дополнительно снижает эффективность бурения. Увеличение частоты подачи импульсов более чем
Figure 00000008
при v=const (строка 3, 4, табл.1) уменьшает шаг перемещения электродов по забою скважины, что приводит также к увеличению удельных энергозатрат в 1,21÷1,95 раза, которые тратятся на переизмельчение продуктов разрушения - шлама и увеличение среднего диаметра скважины. Разработка среднего диаметра скважины для строки 3, табл.1 составляет 9 мм, т.е. 4,5 мм на сторону. Увеличение среднего диаметра скважины - положительный эффект, который способствует более свободному вращению наконечника на забое скважины, отсутствию «зависания» бурового снаряда на стенках скважины, возможности регулирования диаметра скважины с изменением частоты, улучшению выноса на поверхность крупных частиц шлама.From table 1 it is seen that with increasing frequency of the supply of pulses, the specific energy consumption W beats varies with a minimum (row 2 of table 1). The minimum value of W beats corresponds to the most efficient drilling process and, as a consequence, to the optimal pulse feed frequency, i.e. condition
Figure 00000006
Frequency reduction less than
Figure 00000007
at v = const (line 1, Table 1), increases the step of moving the electrodes m along the bottom of the well, which causes an increase in W beats by 1.58 times, because the volume of destruction is reduced due to a decrease in the energy consumed for destruction when moving the electrode system to the length of the interelectrode gap. In addition, a decrease in the frequency of the pulse supply is less than optimal at v = const leads to a decrease in the average diameter of the well. With a drill bit diameter of 98 mm, the development of the average well diameter for line 1, table 1 is 2 mm, i.e. 1 mm per side. Since rock destruction by electric impulse discharges occurs as a large cleavage, the walls of the borehole are ledges and depressions, which leads to the engagement of the drill bit over the bumps of the borehole walls and, as a result, to the cost of additional energy for the rotation of the drill string and even its “freezing” on the walls of the well, which further reduces the efficiency of drilling. An increase in pulse frequency of more than
Figure 00000008
at v = const (line 3, 4, Table 1) it reduces the step of moving the electrodes along the bottom of the well, which also leads to an increase in specific energy consumption by 1.21 ÷ 1.95 times that are spent on regrinding of fracture products - sludge and an increase in the average borehole diameter. The development of the average borehole diameter for line 3, table 1 is 9 mm, i.e. 4.5 mm per side. An increase in the average borehole diameter is a positive effect that contributes to a more free rotation of the tip at the bottom of the borehole, the absence of a “hang” of the drill string on the borehole walls, the possibility of controlling the borehole diameter with a change in frequency, and the improvement of the removal of large particles of sludge to the surface.

Пример конкретного выполнения предложенного бурового снаряда. На фиг.5 приведен буровой снаряд, состоящий из колонны бурильных труб 9, к которым прикреплен наконечник 1 с помощью изолятора 2.An example of a specific implementation of the proposed drill. Figure 5 shows the drill, consisting of a string of drill pipes 9, which are attached to the tip 1 using an insulator 2.

Зарядное устройство 12 и источник высоковольтных импульсов 11 размещены внутри колонны бурильных труб 9 и непосредственно над буровым наконечником 1. На поверхности земли на буровой площадке размещены: силовой шкаф 13, от которого силовым кабелем 14 на напряжение 380 В запитывается зарядное устройство 12, бак для сбора шлама 19, насосное оборудование, напорные шланги и т.д. (не показаны).The charger 12 and the source of high-voltage pulses 11 are placed inside the drill pipe string 9 and directly above the drill bit 1. On the surface of the earth on the drilling site are located: a power cabinet 13, from which a charger 12 is powered by a power cable 14 to a voltage of 380 V, a collection tank sludge 19, pumping equipment, pressure hoses, etc. (not shown).

Буровой снаряд работает следующим образом. Колонна бурильных труб 9 и скважина 7 заполнены промывочной жидкостью, которая подается с помощью насоса через штуцер 16 в верхнюю часть бурового снаряда. Жидкость через отверстия 3 изолятора 2 (фиг.2, 4, 5) поступает к буровому наконечнику 1 и через затрубное пространство 17, кондуктор 10 и штуцер 18 сливается в бак 19. В момент выхода жидкости из штуцера 18 включается устройство вращения бурового снаряда (на чертеже не показано) и включается зарядное устройство 12 и источник высоковольтных импульсов 11. Импульсы амплитудой 350 кВ поступают от источника высоковольтных импульсов 11 на высоковольтные электроды 5 наконечника 1. В зоне забоя 8 происходит пробой породы между заземленным 6 и высоковольтными электродами 5 и отколотый шлам выносится вверх промывочной жидкостью. В соответствии с оптимальным режимом работы согласно п.1 формулы изобретения осуществляется равномерная выработка (разрушение и вынос породы) зоны забоя 8 и снаряд погружается в массив породы. После отключения источника высоковольтных импульсов 11 процесс промывки осуществляется до момента, пока весь шлам не будет удален из скважины.Drill works as follows. The drill string 9 and well 7 are filled with flushing fluid, which is pumped through a fitting 16 to the top of the drill. The fluid through the holes 3 of the insulator 2 (FIGS. 2, 4, 5) enters the drill bit 1 and through the annulus 17, the conductor 10 and the nozzle 18 are discharged into the tank 19. At the moment the fluid exits the nozzle 18, the rotation device of the drill string is turned on (on the drawing is not shown) and the charger 12 and the source of high-voltage pulses 11 are turned on. Pulses with an amplitude of 350 kV come from the source of high-voltage pulses 11 to the high-voltage electrodes 5 of tip 1. In the face zone 8, rock breakdown occurs between grounded 6 and high-voltage electric by rods 5 and the chipped sludge is carried out upward by the flushing liquid. In accordance with the optimal mode of operation according to claim 1 of the claims, uniform production (destruction and removal of the rock) of the face zone 8 is carried out and the projectile is immersed in the rock mass. After turning off the source of high-voltage pulses 11, the flushing process is carried out until all the cuttings are removed from the well.

Достоинство предложенной конструкции бурового снаряда по п.2 формулы изобретения заключается в следующем. До настоящего времени при электроимпульсном бурении зарядное устройство располагалось вне бурового снаряда на поверхности земли (см. прототип), а источник высоковольтных импульсов, расположенный в колонне бурильных труб, соединялся с зарядным устройством высоковольтным кабелем (1,5÷40 кВ). В предложенной конструкции бурового снаряда питание от силового шкафа 13 до зарядного устройства 12 передается кабелем 14, рассчитанным на рабочее напряжение 380 В, что упрощает процесс энергопитания, повышается надежность работы снаряда и, как следствие, повышается эффективность бурения за счет еще более надежной работы колонны бурильных труб.The advantage of the proposed design of the drill according to claim 2 of the claims is as follows. Until now, in electric-pulse drilling, the charger was located outside the drill on the surface of the earth (see prototype), and the source of high-voltage pulses located in the drill pipe string was connected to the charger with a high-voltage cable (1.5 ÷ 40 kV). In the proposed design of the drill, the power from the power cabinet 13 to the charger 12 is transmitted by a cable 14 designed for an operating voltage of 380 V, which simplifies the power supply process, increases the reliability of the projectile and, as a result, increases the drilling efficiency due to even more reliable operation of the drill string pipes.

На фиг.6 приведен буровой снаряд, в котором зарядное устройство 12 и источник высоковольтных импульсов 11 размещены внутри колонны бурильных труб 9 непосредственно над буровым наконечником 1. Принцип промывки бурового снаряда аналогичен представленному на фиг.5, с той лишь разницей, что в нижней части снаряда жидкость протекает между рубашкой, в которую заключены зарядное устройство и источник высоковольтных импульсов 11, и стенкой бурильной трубы (согласно п.3 формулы изобретения).Figure 6 shows the drill, in which the charger 12 and the source of high-voltage pulses 11 are placed inside the drill pipe 9 directly above the drill bit 1. The principle of flushing the drill is similar to that shown in figure 5, with the only difference being that in the lower part projectile, the fluid flows between the jacket, in which the charger and the source of high-voltage pulses 11 are enclosed, and the wall of the drill pipe (according to claim 3).

Буровой снаряд работает следующим образом. После выполнения процедуры наполнения промывочной жидкостью колонны бурильных труб 9 и скважины 7 включается устройство вращения снаряда (на рисунке не показано) и включаются зарядное устройство 12 и источник высоковольтных импульсов 11.Drill works as follows. After completing the procedure for filling drilling pipe string 9 and well 7 with drilling fluid, the device rotates the projectile (not shown) and the charger 12 and the source of high-voltage pulses 11 are turned on.

В соответствии с п.3 формулы изобретения на фиг.6 зарядное устройство 12 и источник высоковольтных импульсов 11 помещены в рубашку 20 источника высоковольтных импульсов 11. Зазор между зарядным устройством 12, источником высоковольтных импульсов 11 и рубашкой 20 источника высоковольтных импульсов 11 заполнен диэлектрическим материалом. При подаче промывочной жидкости через штуцер 16 в колонну бурильных труб 9 поток жидкости проходит между колонной бурильных труб 9 и рубашкой 20 источника высоковольтных импульсов 11. Такое исполнение обеспечивает эффективность охлаждения зарядного устройства 12 и источника высоковольтных импульсов 11 и повышает эффективность бурения за счет повышения надежности работы бурового снаряда.In accordance with claim 3 of FIG. 6, the charger 12 and the source of high voltage pulses 11 are placed in the jacket 20 of the source of high voltage pulses 11. The gap between the charger 12, the source of high voltage pulses 11 and the jacket 20 of the source of high voltage pulses 11 is filled with dielectric material. When flushing fluid is supplied through the nozzle 16 to the drill pipe string 9, a fluid flow passes between the drill pipe string 9 and the jacket 20 of the high-voltage pulse source 11. This design provides cooling efficiency of the charging device 12 and the high-voltage pulse source 11 and increases drilling efficiency by increasing the reliability of operation drill shell.

Claims (3)

1. Способ бурения скважин электрическими импульсными разрядами, при котором импульсы высокого напряжения подают на вращающийся буровой наконечник, отличающийся тем, что импульсы подают с частотой1. The method of drilling wells by electrical impulse discharges, in which high voltage pulses are fed to a rotating drill bit, characterized in that the pulses are fed with a frequency
Figure 00000009
Figure 00000009
где f - частота подачи импульсов, имп./с;where f is the frequency of the pulses, imp./s; V - окружная скорость вращения бурового наконечника, мм/с;V is the peripheral speed of rotation of the drill bit, mm / s; m - шаг перемещения бурового наконечника между двумя импульсами, мм/имп.m is the step of movement of the drill bit between two pulses, mm / imp.
2. Буровой снаряд для бурения электрическими импульсными разрядами, состоящий из последовательно соединенных колонн бурильных труб, бурового наконечника, источника высоковольтных импульсов, расположенного непосредственно в буровом снаряде над буровым наконечником, и его зарядного устройства, отличающийся тем, что зарядное устройство источника высоковольтных импульсов расположено непосредственно над источником высоковольтных импульсов.2. A drill for drilling by electric impulse discharges, consisting of series-connected drill pipe columns, a drill bit, a source of high voltage pulses located directly in the drill above the drill bit, and its charging device, characterized in that the charger of the source of high voltage pulses is located directly above the source of high voltage pulses. 3. Буровой снаряд по п.2, отличающийся тем, что источник высоковольтных импульсов и зарядное устройство снабжены рубашкой, которая образует канал для потока промывочной жидкости между колонной бурильных труб и рубашкой.3. The drill according to claim 2, characterized in that the source of high voltage pulses and the charger are equipped with a jacket, which forms a channel for the flow of flushing fluid between the drill pipe string and the jacket.
RU2005133268/03A 2005-10-31 2005-10-31 Method for rock drilling with electrical pulsed discharges and drilling tool RU2319009C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005133268/03A RU2319009C2 (en) 2005-10-31 2005-10-31 Method for rock drilling with electrical pulsed discharges and drilling tool

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005133268/03A RU2319009C2 (en) 2005-10-31 2005-10-31 Method for rock drilling with electrical pulsed discharges and drilling tool

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005133268A RU2005133268A (en) 2007-05-10
RU2319009C2 true RU2319009C2 (en) 2008-03-10

Family

ID=38107561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005133268/03A RU2319009C2 (en) 2005-10-31 2005-10-31 Method for rock drilling with electrical pulsed discharges and drilling tool

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2319009C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2445430C1 (en) * 2010-08-04 2012-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Electropulse drilling rig
RU2464402C2 (en) * 2010-12-23 2012-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Electric pulse well drilling method, and drilling bit
RU2500873C1 (en) * 2012-04-28 2013-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Electric pulse drilling assembly
RU2725373C2 (en) * 2016-07-27 2020-07-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" Mobile electrohydrodynamic drilling rig

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2445430C1 (en) * 2010-08-04 2012-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Electropulse drilling rig
RU2464402C2 (en) * 2010-12-23 2012-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Electric pulse well drilling method, and drilling bit
RU2500873C1 (en) * 2012-04-28 2013-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Electric pulse drilling assembly
RU2725373C2 (en) * 2016-07-27 2020-07-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" Mobile electrohydrodynamic drilling rig

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005133268A (en) 2007-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10407995B2 (en) Repetitive pulsed electric discharge drills including downhole formation evaluation
CN109577864B (en) Electrode drill bit for coiled tubing high-voltage electric pulse-mechanical composite drilling
EP2870316B1 (en) Apparatuses and methods for supplying electrical power to an electrocrushing drill
US10060195B2 (en) Repetitive pulsed electric discharge apparatuses and methods of use
US8567522B2 (en) Apparatus and method for supplying electrical power to an electrocrushing drill
US9700893B2 (en) Virtual electrode mineral particle disintegrator
RU2393319C2 (en) Drilling method, drilling machine, drilling head and equipment of bottom of drilling column for drilling by means of electric discharge pulses
US10738536B2 (en) Drilling a rock formation with a drill bit assembly-with electrodes
CA3142102C (en) Repetitive pulsed electric discharge apparatus for downhole formation evaluation
CN109577859B (en) Continuous tube high-voltage electric pulse-mechanical composite rock breaking drilling method
CN103917736A (en) Apparatus and process for drilling a borehole in a subterranean formation
EP2329095A2 (en) Pulsed electric rock drilling apparatus with non-rotating bit and directional control
CA2873152C (en) Virtual electrode mineral particle disintegrator
CN108222839A (en) Multi-electrode electric crushing drill bit and electric crushing experimental device
RU2319009C2 (en) Method for rock drilling with electrical pulsed discharges and drilling tool
RU2471987C1 (en) Electric pulse drilling bit
RU2464402C2 (en) Electric pulse well drilling method, and drilling bit
RU2409735C1 (en) Electric pulse drill head
US3881559A (en) Method for stress wave drilling
RU2500873C1 (en) Electric pulse drilling assembly
RU2631749C1 (en) Electric pulse drilling bit
RU2445430C1 (en) Electropulse drilling rig
CN213359997U (en) Plasma pulse rock breaking pile machine
RU89170U1 (en) DRILLING EQUIPMENT
RU2725373C2 (en) Mobile electrohydrodynamic drilling rig

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20101101