RU2631749C1 - Electric pulse drilling bit - Google Patents
Electric pulse drilling bit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2631749C1 RU2631749C1 RU2016124874A RU2016124874A RU2631749C1 RU 2631749 C1 RU2631749 C1 RU 2631749C1 RU 2016124874 A RU2016124874 A RU 2016124874A RU 2016124874 A RU2016124874 A RU 2016124874A RU 2631749 C1 RU2631749 C1 RU 2631749C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- grounded
- drill bit
- electric pulse
- pulse drill
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title abstract description 24
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 21
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 20
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 abstract description 8
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 17
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 10
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 239000010438 granite Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011001 backwashing Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 2
- 101150113964 MPK5 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000011044 quartzite Substances 0.000 description 1
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
- E21B7/14—Drilling by use of heat, e.g. flame drilling
- E21B7/15—Drilling by use of heat, e.g. flame drilling of electrically generated heat
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21C—MINING OR QUARRYING
- E21C37/00—Other methods or devices for dislodging with or without loading
- E21C37/18—Other methods or devices for dislodging with or without loading by electricity
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к техническим средствам для бурения электроимпульсным способом с обратной промывкой скважин сплошного забоя и может найти применение в горнодобывающей промышленности, для бурения гидрогеологических и гидротермальных скважин, при строительных и других работах, где требуется бурение скважин в крепких горных породах. Изобретение может найти применение и при геологоразведочных работах, т.к. при электроимпульсном бурении разрушение горных пород происходит крупным сколом, и размеры наибольших кусков шлама при больших межэлектродных расстояниях составляют несколько сантиметров и, например, при межэлектродном расстоянии 50 мм достигают 50 мм. Такой крупный шлам может быть использован для геологических анализов вместо керна.The invention relates to technical means for drilling in an electropulse method with backwashing of continuous bottomhole wells and can find application in the mining industry, for drilling hydrogeological and hydrothermal wells, in construction and other works where drilling is required in strong rocks. The invention may find application in exploration work, as during electric-pulse drilling, rock destruction occurs by large cleavage, and the largest pieces of sludge at large interelectrode distances are several centimeters and, for example, at an interelectrode distance of 50 mm, reach 50 mm. Such large sludge can be used for geological analyzes instead of core.
Известно буровое долото для бурения скважин высоковольтными импульсными разрядами, которым оснащен снаряд для электроимпульсного способа бурения скважин с обратной внутренней промывкой (авт. свид. на изобретение SU № 699837, МПК5 Е21С 37/18, приоритет от 13.09.1965, опубл. 15.10.1993. Бюл. № 37-38). Снаряд содержит наружную и внутреннюю токопроводящие колонны труб с присоединенными к ним наружной заземленной и внутренней высоковольтной коронками бурового долота, разделенными высоковольтным сплошным изолятором, выполненными с системой отверстий (окон).Known drill bit for drilling wells with high-voltage pulsed discharges, which is equipped with a projectile for electric pulse method of drilling wells with reverse internal flushing (ed. Certificate for the invention SU No. 699837, MPK5 E21C 37/18, priority from 09/13/1965, publ. 10/15/1993 Bull. No. 37-38). The projectile contains external and internal conductive pipe columns with external grounded and internal high-voltage drill bit crowns connected to them, separated by a high-voltage continuous insulator, made with a system of holes (windows).
Одним из основных недостатков этого известного устройства является низкий срок службы твердотельной изоляции. Это связано с тем, что в нем расстояние между разнополярными электродами равно или близко к величине зазора между наружной заземленной и внутренней высоковольтной коронками, а также к величине зазора между наружной и внутренней токопроводящими колоннами труб. Но для надежной работы твердотельной изоляции даже при использовании электроизоляционных (диэлектрических) промывочных жидкостей необходимо, чтобы величина этого зазора, а, соответственно, и толщины твердотельной изоляции, были хотя бы на 20-30% больше расстояния между разнополярными электродами (коронками) в призабойной части. Другими основными недостатками являются высокие удельные энергозатраты (Wуд, Дж/см3) и невозможность применения для промывки сравнительно дешевых электропроводящих промывочных растворов жидкостей, в т.ч. очищенной воды, т.к. наружные поверхности внутренней токопроводящей (высоковольтной) колонны труб и высоковольтной коронки не изолированы, из-за чего при подаче высоковольтных импульсов происходят растекания (утечки) импульсных токов, и разрушение горной породы не происходит, потому что импульсы высокого напряжения до забоя скважины практически не доходят.One of the main disadvantages of this known device is the low service life of solid-state insulation. This is due to the fact that in it the distance between the bipolar electrodes is equal to or close to the gap between the external grounded and internal high-voltage crowns, as well as to the gap between the outer and inner conductive pipes of the pipes. But for reliable operation of solid-state insulation, even when using electrical insulating (dielectric) flushing fluids, it is necessary that the size of this gap, and, accordingly, the thickness of solid-state insulation, be at least 20-30% greater than the distance between bipolar electrodes (crowns) in the bottom-hole part . Other main disadvantages are the high specific energy consumption (W beats , J / cm 3 ) and the impossibility of using relatively cheap electrically conductive washing solutions of liquids for washing, including purified water, as the outer surfaces of the internal conductive (high-voltage) pipe string and the high-voltage crown are not isolated, due to which, when high-voltage pulses are applied, pulsed currents leak (leak) and rock failure does not occur, because high-voltage pulses practically do not reach the bottom of the well.
Первый недостаток позволяет устранить выбранное за прототип электроимпульсное буровое долото (патент RU №2471987 МПК Е21С 37/18, E21B 10/00 (2006.01), приоритет 08.07.2011, опубл. 10.01.2013), содержащее цилиндрические, коаксиально расположенные и разделенные высоковольтным изолятором наружную и внутреннюю коронки, выполненные с боковыми промывочными окнами, при этом призабойная часть наружной коронки снабжена размещенными равномерно внутренними радиальными ребрами-электродами, между каждой парой которых равноудаленно установлено по одному наружному радиальному ребру-электроду внутренней коронки, причем величина зазора между наружной и внутренней коронками, в котором установлен высоковольтный изолятор, больше межэлектродного расстояния, ширины и высоты или диаметр верхних промывочных окон внутренней коронки больше максимального межэлектродного расстояния, а верхние промывочные окна внутренней коронки выполнены на высоте от ее призабойной торцевой поверхности, большей высоты наибольших кусков керна.The first drawback allows you to eliminate the electropulse drill bit selected for the prototype (patent RU No. 2471987 IPC E21C 37/18, E21B 10/00 (2006.01), priority 08.07.2011, publ. 10.01.2013) containing cylindrical, coaxially located and separated by a high-voltage insulator outer and inner crowns made with side flushing windows, while the bottom-hole part of the outer crown is provided with uniformly distributed inner radial ribs-electrodes, between each pair of which one outer radial is equally spaced the edge electrode of the inner crown, and the gap between the outer and inner crowns in which the high-voltage insulator is installed is greater than the interelectrode distance, width and height, or the diameter of the upper washing windows of the inner crown is greater than the maximum interelectrode distance, and the upper washing windows of the inner crown are made at a height from its bottomhole end surface, the greater the height of the largest core pieces.
Основным недостатком электроимпульсного бурового долота-прототипа является низкая эффективность бурения из-за высоких удельных энергозатрат и отсутствия возможности использования сравнительно дешевых электропроводящих промывочных жидкостей, например воды. Высокие энергозатраты вызваны необходимостью электроимпульсного бурения с отбором керна при сравнительно небольших межэлектродных расстояниях (15-20 мм), т.к. при увеличенных межэлектродных расстояниях приходится бурить скважины, диаметр которых в несколько раз больше диаметра получаемого керна, а это экономически нецелесообразно. Кроме того, для сохранения получаемых столбиков керна бурение следует вести при сравнительно небольшой емкости в разряде (не более 15000 пФ). При увеличении емкости в разряде до 25000-50000 пФ скорость бурения существенно повышается, но керн полностью разрушается. Это ограничивает возможности снижения удельных энергозатрат при использовании известного устройства.The main disadvantage of the electropulse drill bit of the prototype is the low drilling efficiency due to the high specific energy consumption and the inability to use relatively cheap electrically conductive flushing fluids, such as water. High energy costs are caused by the need for electropulse drilling with coring at relatively small interelectrode distances (15-20 mm), because with increased interelectrode distances, it is necessary to drill wells whose diameter is several times larger than the diameter of the obtained core, and this is not economically feasible. In addition, to preserve the obtained core columns, drilling should be carried out at a relatively small capacity in the discharge (not more than 15,000 pF). With an increase in discharge capacity to 25000-50000 pF, the drilling speed increases significantly, but the core completely collapses. This limits the ability to reduce specific energy consumption when using a known device.
Основным техническим результатом предложенного устройства является повышение эффективности бурения за счет снижения в 2 раза и более удельных энергозатрат (при электроимпульсном бурении с внутренней промывкой в крепких горных породах), а также за счет возможности использования сравнительно дешевых электропроводящих промывочных жидкостей. Многочисленные эксперименты по электроимпульсному бурению крепких и очень крепких горных пород (по классификации проф. М.М. Протодъяконова) показали, что при достаточной энергии импульсов размеры наибольших частиц шлама по длине достигают величины межэлектродного расстояния, по толщине 1/3 от этого расстояния, а по ширине 0,4-0,5 межэлектродного расстояния. Такой крупный шлам при необходимости может быть использован для геологических исследований вместо керна, т.е. электроимпульсное бурение целесообразно вести бурами со сравнительно большими межэлектродными расстояниями при низких удельных энергозатратах.The main technical result of the proposed device is to increase the efficiency of drilling by reducing by 2 times or more specific energy consumption (when electropulse drilling with internal flushing in hard rocks), and also due to the possibility of using relatively cheap electrically conductive flushing fluids. Numerous experiments on electropulse drilling of hard and very hard rocks (according to the classification of Prof. M.M. Protodyakonov) showed that, with sufficient pulse energy, the sizes of the largest particles of sludge reach an interelectrode distance in length, 1/3 of that distance in thickness, and across the width of 0.4-0.5 interelectrode distance. Such a large slurry, if necessary, can be used for geological research instead of core, i.e. It is advisable to conduct electric pulse drilling with drills with relatively large interelectrode distances at low specific energy consumption.
Указанный технический результат достигается тем, что в электроимпульсном буровом долоте, содержащем коаксиально расположенные и разделенные высоковольтным сплошным изолятором заземленную и высоковольтную коронки, причем высоковольтная коронка выполнена с боковыми промывочными окнами, а величина зазора между заземленной и высоковольтной коронками, в котором установлен высоковольтный (сплошной) изолятор, больше межэлектродного расстояния между разнополярными электродами в призабойной части электроимпульсного бурового долота, согласно предложенному решению заземленная коронка снабжена равномерно расположенными в призабойной части электроимпульсного бурового долота заземленными стержневыми электродами, между каждой парой которых равноудаленно от них размещены нижние концы высоковольтных стержневых электродов, а верхние их концы прикреплены к цилиндрической части высоковольтной коронки над ее боковыми промывочными окнами, причем наиболее удаленные от осевой линии электроимпульсного бурового долота поверхности заземленных и высоковольтных стержневых электродов расположены на одинаковом расстоянии от этой осевой линии.The specified technical result is achieved by the fact that in an electropulse drill bit containing coaxially located and separated by a high-voltage continuous insulator, the grounded and high-voltage crowns, moreover, the high-voltage crown is made with side flushing windows, and the gap between the grounded and high-voltage crowns in which the high-voltage (solid) is installed insulator, greater than the interelectrode distance between bipolar electrodes in the bottomhole portion of the electric pulse drill bit, co As suggested by the solution, the grounded crown is equipped with grounded rod electrodes uniformly located in the bottomhole portion of the electric pulse drill bit, between each pair of which the lower ends of the high-voltage rod electrodes are equidistant from each other, and their upper ends are attached to the cylindrical part of the high-voltage crown above its side flushing windows, and the surfaces of the grounded and high-voltage core elements removed from the center line of the electric pulse drill bit trodes are located at equal distance from this axial line.
Целесообразно непосредственно над высоковольтным сплошным изолятором установить предохранительный электрод, выполненный в виде многолопастного колеса (крыльчатки).It is advisable to install a safety electrode made directly in the form of a multi-vane wheel (impeller) directly above the high-voltage continuous insulator.
Целесообразно также в полости над высоковольтным сплошным изолятором размещать диэлектрическую жидкость или газ под давлением не менее 10 ат, например азот.It is also advisable to place a dielectric liquid or gas under a pressure of at least 10 atm, for example nitrogen, in a cavity above a high-voltage continuous insulator.
Следует заметить, что ат - это единица измерения технической атмосферы, соответствующая в единицах измерения системы СИ: 9,81⋅104 Н/м2.It should be noted that am is a unit of measurement of the technical atmosphere, corresponding in SI units: 9.81⋅10 4 N / m 2 .
Пример конкретного выполнения содержит пять иллюстраций. На фиг. 1 приведен продольный разрез предложенного электроимпульсного бурового долота, на фиг. 2 представлен его вид с призабойного торца, на фиг. 3 изображена часть бурового снаряда, расположенная над электроимпульсным буровым долотом, на фиг. 4 приведен вид сверху на предохранительный электрод, а на фиг. 5 и фиг. 6 представлены фотографии шлама крупнозернистого гранита, полученного с помощью предложенного устройства с межэлектродным расстоянием 35 мм: на фиг. 5 шлам на сите с отверстиями 10 мм, а на фиг. 6 на проволочном сите с квадратными (20×20 мм) ячейками. Электроимпульсное буровое долото содержит (фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3) разделенные высоковольтным сплошным изолятором 1 заземленную 2 и высоковольтную 3 коронки. Заземленная коронка 2 выполнена с заземленными стержневыми электродами 4, которые равномерно расположены в призабойной части электроимпульсного бурового долота. Между каждой парой этих электродов 4 равноудаленно от них размещены нижние (призабойные) концы высоковольтных стержневых электродов 5, а их верхние концы прикреплены к цилиндрической части высоковольтной коронки 3 над ее боковыми промывочными окнами 6. Для обеспечения подачи потоком промывочной жидкости шлама, в том числе крупных его фракций, во внутреннюю полость высоковольтной коронки 3 ширина и высота или диаметр боковых промывочных окон 6 должны быть больше межэлектродного расстояния. На фиг. 1 показаны наиболее удаленные от осевой линии электроимпульсного бурового долота поверхности заземленных и высоковольтных стержневых электродов 7, которые расположены на одинаковом расстоянии от этой осевой линии (для обеспечения равномерной обработки стенок скважины с сохранением одного диаметра скважины по всей глубине). Электроды изготовлены из стали ШХ-15, предназначенной для шарикоподшипникового производства. В рассматриваемом примере конкретного выполнения расстояние между разнополярными электродами составляет 35 мм, внутренний диаметр высоковольтной коронки 3 равен 49,5 мм, наружный диаметр ее цилиндрической части 57 мм, диаметр электроимпульсного бурового долота в призабойной части - 134 мм. Часть бурового снаряда, расположенная над электроимпульсным буровым долотом (фиг. 3), включает в себя колонну бурильных труб 8, присоединенную с помощью нижнего переходника 9 к заземленной коронке 2, и расположенный в этой колонне коаксиально высоковольтный трубчатый токовод 10 (внутренний диаметр 49,5 мм, наружный - 57 мм). Нижний конец этого токовода 10 и верхний конец высоковольтной коронки 3 вставлены во втулку 11 нижнего центрирующего изолятора 12, выполненного с продольными каналами 13. Колонна бурильных труб 8 снабжена верхним переходником 14, на который навинчена изоляционная труба 15. Сверху в изоляционную трубу 15 ввинчен наголовник 16. Через него пропущена верхняя секция высоковольтного трубчатого токовода 10: к верхнему концу этой секции присоединен отвод восходящего потока промывочной жидкости и шлама 17. Резиновая прокладка 18 и гайка 19 служат для герметизации межтрубной полости бурового снаряда 20, а для заполнения этой полости диэлектрической жидкостью или газом под давлением к наголовнику 16 приварен штуцер 21, снабженный манометром 22 и вентилем 23. В зазоре между стенкой скважины и буровым снарядом нисходящий поток промывочной жидкости создают за счет ее подачи в промывочный патрубок 24, прикрепленный к прижимному устройству 25, под которым размещен кольцевой герметизатор устья скважины 26, выполненный из пористой маслостойкой резины. Чтобы буровой снаряд мог опускаться в скважину в процессе бурения, и при этом промывочная жидкость не вытекала вверх из зазора между буровым снарядом и стенкой скважины, болтами регулируют степень сжатия уплотнительного кольца 27. На фиг. 1 непосредственно под высоковольтным сплошным изолятором приведен предохранительный электрод 28, выполненный в виде многолопастного колеса. На фиг. 4 электрод 28 изображен в натуральную величину. Основными его элементами являются внутреннее кольцо 29, разрядное наружное кольцо 30 и укрепленные между этими кольцами с помощью сварки в среде аргона опорные ребра 31. Для предотвращения развития высоковольтных электрических разрядов в межтрубной полости 20 (фиг. 1 и фиг. 3), расположенной между высоковольтным сплошным изолятором 1 (фиг. 1) и наголовником 16 (фиг. 3), перед подачей высоковольтных импульсов на отвод промывочной жидкости и шлама 17 через штуцер 21 эту полость заполняют диэлектрической жидкостью, например трансформаторным маслом, или газом под давлением не менее 10 ат, например азотом.An example of a specific implementation contains five illustrations. In FIG. 1 shows a longitudinal section of the proposed electropulse drill bit, in FIG. 2 shows a view from the bottom of the butt, in FIG. 3 shows a portion of a drill located above the electric pulse drill bit, in FIG. 4 is a plan view of a safety electrode, and FIG. 5 and FIG. 6 presents photographs of sludge of coarse granite obtained using the proposed device with an interelectrode distance of 35 mm: in FIG. 5 sludge on a sieve with openings of 10 mm, and in FIG. 6 on a wire sieve with square (20 × 20 mm) cells. Electric pulse drill bit contains (Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 3) separated by a high-voltage
Работа предложенного устройства заключается в следующем (фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3). На забой предварительно забуренной скважины диаметром 140 мм и глубиной 0,4 м устанавливают предложенное электроимпульсное буровое долото и полностью собирают весь буровой снаряд. Через прижимное устройство 25 (фиг. 3) сжимают кольцевой герметизатор устья скважины 26, а с помощью болтов регулируют степень сжатия уплотнительного кольца 27 так, чтобы при углубке скважины буровой снаряд мог опускаться в скважину. При необходимости в процессе бурения степень сжатия регулируют дополнительно. Через штуцер 21 межтрубную полость 20 бурового снаряда, расположенную между высоковольтным сплошным изолятором 1 и наголовником 16, заполняют трансформаторным маслом или другой диэлектрической жидкостью с высокой электрической прочностью, например, применяемой для изоляции в трансформаторах, в маслонаполненных кабелях и т.п. При опытных испытаниях межтрубную полость бурового снаряда 20 поочередно заполняли различными газами и их смесями под давлением не менее 10 ат. В результате установлено, что наиболее приемлемым является азот под давлением не менее 10 ат, т.к. азот (в газовых баллонах под давлением) сравнительно дешев, на рынке не является дефицитным. Кроме того, при единичных электрических пробоях азот не создает дополнительно условий для развития электрических разрядов в зоне единичных пробоев, т.к., в отличие от других газов и их смесей, при электрических пробоях азот разлагается сравнительно слабо с образованием незначительного количества электропроводящей сажи. Затем через промывочный патрубок 24 в зазор между стенкой скважины и буровым снарядом подают промывочную жидкость, а на отвод промывочной жидкости и шлама 17 импульсы высокого напряжения (на иллюстрациях источник импульсов высокого напряжения не приведен). Промывочная жидкость, обогащаясь в призабойной зоне скважины шламом, поднимается через боковые промывочные окна высоковольтной коронки 6 (фиг. 1), трубчатую часть высоковольтной коронки 3, высоковольтный трубчатый токовод 10 (фиг. 3) и отвод промывочной жидкости и шлама 17, на дневную поверхность и попадает в шламоприемный узел (не приведен), откуда после отделения шлама снова закачивается в скважину.The operation of the proposed device is as follows (Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 3). On the bottom of a pre-drilled well with a diameter of 140 mm and a depth of 0.4 m, the proposed electropulse drill bit is installed and the entire drill shell is fully assembled. Through the clamping device 25 (Fig. 3), the annular sealant of the
Результаты испытаний. На закрытом для добычи щебенки Степановском карьере г. Томска в окварцованном песчанике без серьезных осложнений (были незначительные утечки промывочной жидкости) пробурена скважина глубиной 11 м. В качестве промывочной жидкости применялось дизельное топливо.Test results. At the Stepanovsky quarry of Tomsk, closed for the production of crushed stone, in silica sandstone without serious complications (there were minor leaks of flushing fluid), a 11 m deep well was drilled. Diesel fuel was used as flushing fluid.
Буровой снаряд показал работоспособность и при использовании для промывки очищенной воды (с начальным удельным сопротивлением 1⋅105 Ом⋅см). Перед использованием в качестве промывочной жидкости очищенной воды через штуцер 21 (фиг. 3) межтрубную полость 20 бурового снаряда заполнили азотом под давлением 10 атм в песчано-глинистом грунте без каких-либо осложнений (на территории Томского политехнического университета) пробурена скважина глубиной 3,5 м. При применении электропроводящих промывочных жидкостей в несколько раз повысить срок службы высоковольтного сплошного изолятора 1 (его нижней поверхности) позволяет предохранительный электрод 28 (фиг. 1), который снижает напряженность электрического поля в наиболее опасной зоне, где находятся нижняя часть высоковольтного сплошного изолятора 1, контактирующая с высоковольтной коронкой 3 (в ее зоне над высоковольтными стержневыми электродами 5), и электропроводящая промывочная жидкость. Кроме того, при наличии предохранительного электрода 28 единичные электрические разряды развиваются не по нижней поверхности высоковольтного сплошного изолятора 1, а между наружной поверхностью этого электрода и заземленными стержневыми электродами 4, предохраняя поверхность изолятора 1 от развития по ней, а затем и внутри изолятора, высоковольтных импульсных разрядов.The drill showed working capacity when used for flushing purified water (with an initial specific resistance of 1⋅10 5 Ohm⋅cm). Before using purified water as a flushing fluid through the nozzle 21 (Fig. 3), the
В таблице приведены удельные энергозатраты Wyд, Дж/см3, полученные при применении рассмотренного бурового снаряда с межэлектродным расстоянием L=35 мм при бурении с промывкой дизельным топливом скважины (глубиной 11 м) в окварцованном песчанике на карьере, а также в крупных блоках других горных пород с использованием буровых долот с межэлектродным расстоянием 15 мм (прототип), 35 мм (в примере конкретного применения) и 70 мм.The table shows the specific energy consumption W yd , J / cm 3 obtained by using the considered drill with an interelectrode distance of L = 35 mm when drilling with a diesel-flushed hole (11 m deep) in quartz sandstone on a quarry, as well as in large blocks of other rocks using drill bits with an interelectrode distance of 15 mm (prototype), 35 mm (in the example of a specific application) and 70 mm
Анализ приведенных в таблице данных показывает следующее. Межэлектродное расстояние предложенного бурового долота, которое испытано на полигоне, составляет 35 мм, что в 2,33 раза больше, чем у бурового долота-прототипа, равное 15 мм, а удельные энергозатраты меньше в 2,26-2,38 раза. Из сравнения данных испытаний предложенного долота с L=35 мм и L=70 мм (увеличение межэлектродного расстояния в два раза) видно, что при этом увеличении межэлектродного расстояния в 2 раза, удельные энергозатраты при бурении в микрокварците и окварцованном песчанике уменьшаются в 2 раза, а при бурении в крупнозернистом граните в 1,7 раза. Из приведенных данных испытаний следует вывод, что при увеличении межэлектродного расстояния долота предложенной конструкции почти во столько же раз снижаются удельные энергозатраты, в т.ч. и при сравнении с устройством-прототипом, который позволяет вести бурение с получением керна и выносом его на поверхность промывочной жидкостью. Как отмечено выше, при использовании бурового долота предложенной конструкции размеры наиболее крупных частиц шлама следующие: по длине равны величины межэлектродного расстояния, по толщине до 0,3, а по ширине до 0,5 от этого расстояния, и могут быть использованы для геологических анализов. Для подтверждения этого представлены фотографии шлама крупнозернистого гранита, полученного при испытаниях предложенного электроимпульсного бурового долота с межэлектродным расстоянием 35 мм: на фиг. 5 представлен шлам на сите с отверстиями 10 мм, а на фиг. 6 - на проволочном сите с квадратными (20×20 мм) ячейками, где (в правом верхнем углу) частица шлама имеет длину более 40 мм. Важно и то, что предложенное долото при очень низком износе электродов (даже при проходке сотен метров в кварцитах) позволяет вести бурение скважин большого диаметра (до 500 мм) при низких удельных энергозатратах в крепких горных породах с обратной промывкой. В связи с этим имеются перспективы его применения при бурении гидрогеологических, гидротермальных и взрывных скважин, скважин для захоронения радиоактивных отходов и др. По бурению водозаборных скважин имеются предложения из Республики Алтай, Крыма, Киргизии, Швейцарии и др.Analysis of the data in the table shows the following. The interelectrode distance of the proposed drill bit, which was tested at the test site, is 35 mm, which is 2.33 times greater than the prototype drill bit, equal to 15 mm, and the specific energy consumption is 2.26-2.38 times less. A comparison of the test data of the proposed bit with L = 35 mm and L = 70 mm (a twofold increase in the interelectrode distance) shows that with this increase in the interelectrode distance by a factor of 2, the specific energy consumption during drilling in microquartzite and silicified sandstone decreases by a factor of 2, and when drilling in coarse granite 1.7 times. From the above test data, it follows that with an increase in the interelectrode distance of the bit of the proposed design, the specific energy consumption is reduced by almost the same amount, including and when compared with the prototype device, which allows drilling to produce core and carry it to the surface with flushing fluid. As noted above, when using the drill bit of the proposed design, the sizes of the largest sludge particles are as follows: along the length, the interelectrode distance is equal in thickness, up to 0.3 in thickness, and up to 0.5 in width from this distance, and can be used for geological analyzes. To confirm this, photographs of the coarse-grained granite sludge obtained during testing of the proposed electropulse drill bit with an interelectrode distance of 35 mm are presented: FIG. 5 shows sludge on a sieve with openings of 10 mm, and in FIG. 6 - on a wire sieve with square (20 × 20 mm) cells, where (in the upper right corner) the sludge particle has a length of more than 40 mm. It is also important that the proposed bit with very low electrode wear (even when driving hundreds of meters in quartzite) allows you to drill large diameter wells (up to 500 mm) at low specific energy consumption in strong rocks with backwashing. In this regard, there are prospects for its use in the drilling of hydrogeological, hydrothermal and blast holes, wells for the disposal of radioactive waste, etc. There are proposals from the Republic of Altai, Crimea, Kyrgyzstan, Switzerland, etc. for drilling water wells.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016124874A RU2631749C1 (en) | 2016-06-21 | 2016-06-21 | Electric pulse drilling bit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016124874A RU2631749C1 (en) | 2016-06-21 | 2016-06-21 | Electric pulse drilling bit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2631749C1 true RU2631749C1 (en) | 2017-09-26 |
Family
ID=59931220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016124874A RU2631749C1 (en) | 2016-06-21 | 2016-06-21 | Electric pulse drilling bit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2631749C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2721147C1 (en) * | 2019-10-30 | 2020-05-18 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» | Electric pulse drill bit |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060038437A1 (en) * | 2004-08-20 | 2006-02-23 | Tetra Corporation | Electrohydraulic boulder breaker |
| RU2409735C1 (en) * | 2009-10-26 | 2011-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" | Electric pulse drill head |
| 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 |
| RU2471987C1 (en) * | 2011-07-08 | 2013-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Electric pulse 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 |
| RU2580860C1 (en) * | 2015-01-30 | 2016-04-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Electric-pulse non-rotating drill bit |
-
2016
- 2016-06-21 RU RU2016124874A patent/RU2631749C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060038437A1 (en) * | 2004-08-20 | 2006-02-23 | Tetra Corporation | Electrohydraulic boulder breaker |
| RU2409735C1 (en) * | 2009-10-26 | 2011-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" | Electric pulse drill head |
| 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 |
| RU2471987C1 (en) * | 2011-07-08 | 2013-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Electric pulse 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 |
| RU2580860C1 (en) * | 2015-01-30 | 2016-04-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Electric-pulse non-rotating drill bit |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2721147C1 (en) * | 2019-10-30 | 2020-05-18 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» | Electric pulse drill bit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2683438C1 (en) | Method of increasing gas permeability for methane wells in coal seams with the using of blowout technology by explosion under the influence of electric impulses | |
| US10280723B2 (en) | Plasma source for generating nonlinear, wide-band, periodic, directed, elastic oscillations and a system and method for stimulating wells, deposits and boreholes using the plasma source | |
| CN109577864B (en) | Electrode drill bit for coiled tubing high-voltage electric pulse-mechanical composite drilling | |
| RU2471987C1 (en) | Electric pulse drilling bit | |
| Yudin et al. | Electrical discharge drilling of granite with positive and negative polarity of voltage pulses | |
| RU82764U1 (en) | PULSE DRILLING TIP | |
| Zhu et al. | Effect of high-voltage thermal breakdown on pore characteristics of coal | |
| RU2631749C1 (en) | Electric pulse drilling bit | |
| RU2409735C1 (en) | Electric pulse drill head | |
| RU2656653C1 (en) | Electropulse drill bit | |
| RU156405U1 (en) | LOW DRILL POSITION ASSEMBLY WITH JET PUMP | |
| RU2319009C2 (en) | Method for rock drilling with electrical pulsed discharges and drilling tool | |
| RU2721147C1 (en) | Electric pulse drill bit | |
| RU2441127C1 (en) | Electropulse rock-breaking device | |
| RU2580860C1 (en) | Electric-pulse non-rotating drill bit | |
| RU2500873C1 (en) | Electric pulse drilling assembly | |
| Jiangpeng et al. | Application of pneumatic DTH hammer in drilling rescue of mine accidents | |
| RU2407885C2 (en) | Electrode system of well electric hydraulic pulse device | |
| RU89170U1 (en) | DRILLING EQUIPMENT | |
| RU2286432C1 (en) | Electropulse drilling head | |
| RU2445430C1 (en) | Electropulse drilling rig | |
| RU2725373C2 (en) | Mobile electrohydrodynamic drilling rig | |
| CN219570090U (en) | High-voltage electric pulse system for deep coal seam | |
| RU2254444C2 (en) | Cleaning device for oil well | |
| RU117499U1 (en) | WELL PUNCHING DEVICE |