RU2721147C1 - Electric pulse drill bit - Google Patents

Electric pulse drill bit Download PDF

Info

Publication number
RU2721147C1
RU2721147C1 RU2019134686A RU2019134686A RU2721147C1 RU 2721147 C1 RU2721147 C1 RU 2721147C1 RU 2019134686 A RU2019134686 A RU 2019134686A RU 2019134686 A RU2019134686 A RU 2019134686A RU 2721147 C1 RU2721147 C1 RU 2721147C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
drill bit
electrodes
voltage
electrode
attached
Prior art date
Application number
RU2019134686A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Артем Сергеевич Юдин
Михаил Юрьевич Журков
Сергей Юрьевич Дацкевич
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
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 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Priority to RU2019134686A priority Critical patent/RU2721147C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2721147C1 publication Critical patent/RU2721147C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/14Drilling by use of heat, e.g. flame drilling
    • E21B7/15Drilling by use of heat, e.g. flame drilling of electrically generated heat
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21CMINING OR QUARRYING
    • E21C37/00Other methods or devices for dislodging with or without loading
    • E21C37/18Other 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

FIELD: soil or rock drilling.
SUBSTANCE: invention relates to well drilling by electropulse method. Electropulse drill bit is designed for driving of horizontal wells of large diameter in strong rocks and can be used to increase efficiency of drilling in mining and construction areas. To tubular housing (5) rod earthed electrodes (3) are attached, alternating with rod high-voltage electrodes (4), one ends of which are bent towards the end of the drill bit; other ends are attached to central high-voltage electrode (7) made with axial flushing channel (6). Grounded and high-voltage electrode systems are separated by insulator (1) made with longitudinal flushing openings (2). Two adjacent grounded electrodes (3) and bent end of high-voltage electrode (4) located between them are equipped with external current-conducting pads (8). Thickness of each pad is not less than 1/3 of inter-electrode gap value, and width does not exceed width of electrode, to which pad is attached.
EFFECT: higher efficiency of drilling, fewer clamps and bells of drill bit in horizontal well with considerably smaller amount of flushing liquid supplied to the well.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к техническим средствам для бурения горизонтальных скважин большого диаметра (350 мм и более) в крепких горных породах электроимпульсным способом высоковольтными разрядами, развивающимися непосредственно внутри горных пород, с отрывом крупных кусков шлама, и может быть использовано в горнодобывающей и строительной отраслях промышленности, а также при бурении гидрогеологических, геотермальных и других скважин, в том числе наклонных и веерных.The invention relates to technical means for drilling horizontal wells of large diameter (350 mm or more) in strong rocks by electric pulse method of high voltage discharges developing directly inside the rocks, with the separation of large pieces of sludge, and can be used in mining and construction industries, and also when drilling hydrogeological, geothermal and other wells, including inclined and fan ones.

Известен электроимпульсный буровой наконечник [Б.В. Семкин, А.Ф. Усов, В.Н. Курец «Основы электроимпульсного разрушения материалов». - СПб.: Наука, 1995. - С. 11-14, 234-237], состоящий из разделённых высоковольтным изолятором, выполненным с продольными промывочными каналами, заземленной и высоковольтной электродных систем, снабженных чередующимися стержневыми заземленными и высоковольтными электродами. Заземленные электроды прикреплены к нижнему концу трубчатого корпуса наконечника. Высоковольтные электроды, чередующиеся с заземленными, прикреплены к центральному высоковольтному электроду, выполненному без осевого промывочного канала. Known electrical pulse drill bit [B.V. Semkin, A.F. Usov, V.N. Kurets "Fundamentals of electropulse fracture of materials." - SPb .: Nauka, 1995. - S. 11-14, 234-237], consisting of a separated high-voltage insulator made with longitudinal flushing channels, grounded and high-voltage electrode systems, equipped with alternating rod grounded and high-voltage electrodes. Grounded electrodes are attached to the lower end of the tubular body of the tip. High-voltage electrodes alternating with grounded ones are attached to a central high-voltage electrode made without an axial flushing channel.

Однако при использовании этого наконечника из-за плохих условий промывки не обеспечивается своевременный, бесперебойный вынос крупного шлама из горизонтальной скважины, что существенно снижает эффективность бурения и в отдельных случаях происходит полное прекращение процесса углубки скважины из-за подклинки бурового наконечника. Для транспортировки бурового шлама по горизонтальной скважине требуется скорость движения жидкости большая, чем для выноса шлама из скважины, проходимой сверху вниз. Основные причины этого следующие. Так как при электроимпульсном бурении разрушение горных пород происходит крупным сколом, наибольшие частицы шлама при бурении в крепких ненарушенных горных породах имеют длину, равную межэлектродному промежутку между разнополярными электродами, толщину до 1/3, а ширину до 40-50% от величины межэлектродного промежутка. Так, при межэлектродном промежутке 50 мм длина наибольших частиц шлама достигает 50 мм, ширина - 20-25 мм, толщина - 17 мм; следует учитывать, что электрические разряды развиваются и в стенках скважины, при межэлектродном промежутке 50 мм на глубину 17 мм. Но в горизонтальной скважине буровой наконечник лежит непосредственно на нижней (горизонтальной) стенке скважины и перекрывает необходимый для промывки зазор между ним и этой стенкой скважины. Основной поток жидкости наибольшую часть шлама, в том числе весь крупный, вынужден поднимать и подавать в верхний зазор между буровым наконечником и верхней стенкой горизонтальной скважины. Но проблемы промывки создает не только крупный шлам. Так, если при бурении электроимпульсным способом вертикальной скважины в ненарушенных горных породах зазор между буровым наконечником и стенкой скважины везде одинаков, то при бурении горизонтальной скважины он увеличивается от нулевого значения между буровым наконечником и нижней стенкой скважины до максимального между этим наконечником и верхней стенкой скважины. Мелкий шлам и шлам средних размеров загоняется потоком промывочной жидкости и в узкий зазор ниже его максимального значения, что дополнительно способствует подклиниванию шламом бурового наконечника в скважине. Подклинивания шламом, прихваты иногда удается ликвидировать путем создания дополнительной осевой нагрузки, но при использовании электроимпульсных буровых снарядов такая нагрузка не должна превышать 6-8 кН. Следует заметить, что уже несколько десятилетий высоковольтные изоляторы для буровых устройств изготавливают в основном из полиэтилена высокого давления. При высоком осевом давлении выполненные из полиэтиленовых заготовок элементы буровых наконечников и колонн бурильных труб выходят (выдавливаются) из мест своего крепления, что приводит к прекращению процесса разрушения горных пород.However, when using this tip, due to poor flushing conditions, a timely, uninterrupted removal of large cuttings from a horizontal well is not ensured, which significantly reduces drilling efficiency and, in some cases, the process of deepening the well completely stops due to the sticking of the drill bit. For transporting drill cuttings through a horizontal well, a fluid velocity is required greater than for the removal of cuttings from the well, which is passed from top to bottom. The main reasons for this are as follows. Since the destruction of rocks occurs during electropulse drilling in large chips, the largest particles of drill cuttings in strong undisturbed rocks have a length equal to the interelectrode gap between bipolar electrodes, a thickness of up to 1/3, and a width of up to 40-50% of the interelectrode gap. So, with an interelectrode gap of 50 mm, the length of the largest particles of sludge reaches 50 mm, a width of 20-25 mm, a thickness of 17 mm; it should be borne in mind that electrical discharges develop in the well walls, with an interelectrode gap of 50 mm to a depth of 17 mm. But in a horizontal well, the drill bit lies directly on the bottom (horizontal) wall of the well and closes the gap necessary for flushing between it and this wall of the well. The main fluid stream, the largest part of the sludge, including all large, is forced to lift and feed into the upper gap between the drill bit and the upper wall of the horizontal well. But flushing problems are created not only by large sludge. So, while when drilling a vertical well in undisturbed rocks by electric pulse method, the gap between the drill bit and the wall of the well is the same everywhere, when drilling a horizontal well, it increases from zero between the drill bit and the bottom of the well to the maximum between this tip and the top of the well. Fine sludge and medium-sized sludge are driven by the flow of flushing fluid and into a narrow gap below its maximum value, which additionally contributes to wedging of the drill bit in the borehole sludge. Sometimes wedges and sticking sticks can be eliminated by creating an additional axial load, but when using electric impulse drill bits such a load should not exceed 6-8 kN. It should be noted that for several decades, high-voltage insulators for drilling devices have been manufactured mainly from high-pressure polyethylene. At high axial pressure, elements of drill bits and drill pipe columns made of polyethylene blanks come out (squeezed out) from their attachment points, which leads to the cessation of the rock destruction process.

Известен электроимпульсный буровой наконечник [RU 2286432 C1, МПК Е21В 7/00 (2006.01), опубл. 27.10.2006], выбранный в качестве прототипа, который состоит из высоковольтной и заземленной электродных систем, разделённых изолятором с продольными промывочным окнами, и выполнен с осевым промывочным каналом, в призабойной части которого в седле установлен временный гидрозатвор, а над седлом выполнен один или несколько электродных каналов, в каждом из которых размещен дополнительный подпружиненный электрод. Временный гидрозатвор выполнен шаровым из эластичного материала или из тающего, или растворяющегося в промывочной жидкости материала. Центральный высоковольтный электрод выполнен с осевым промывочным каналом. Стержневые высоковольтные электроды верхними концами прикреплены к центральному высоковольтному электроду. Нижние (призабойные) концы стержневых высоковольтных электродов загнуты в сторону торца бурового наконечника.Known electrical pulse drill bit [RU 2286432 C1, IPC ЕВВ 7/00 (2006.01), publ. 10.27.2006], selected as a prototype, which consists of high-voltage and grounded electrode systems, separated by an insulator with longitudinal flushing windows, and made with an axial flushing channel, in the bottom part of which there is a temporary water seal in the saddle, and one or more electrode channels, in each of which an additional spring-loaded electrode is placed. Temporary water seal is made of ball from an elastic material or from melting or dissolving in a washing liquid material. The central high-voltage electrode is made with an axial flushing channel. Rod high-voltage electrodes with their upper ends are attached to the central high-voltage electrode. The lower (bottomhole) ends of the rod high-voltage electrodes are bent towards the end face of the drill bit.

Конструкция такого электроимпульсного бурового наконечника по сравнению с аналогом позволяет удалять шлам и из центральной части забоя скважины промывочной жидкостью, поступающей по осевому промывочному каналу, но благодаря этому эффективность бурения горизонтальных скважин существенно не повышается, так как проблемы полного выноса шлама из горизонтальной скважины остаются те же. The design of such an electropulse drill bit, in comparison with the analogue, allows to remove sludge from the central part of the bottom of the well by flushing fluid coming through the axial flushing channel, but due to this, the efficiency of drilling horizontal wells does not significantly increase, since the problems of complete removal of cuttings from a horizontal well remain the same .

Техническим результатом предложенного решения является повышение эффективности бурения за счёт улучшения условий промывки и своевременного бесперебойного выноса из скважины всего шлама, в том числе его крупных фракций, снижение количества прихватов и заклинок бурового наконечника в горизонтальной скважине, при существенно меньшем количестве подаваемой в скважину промывочной жидкости.The technical result of the proposed solution is to increase drilling efficiency by improving the flushing conditions and timely uninterrupted removal of all sludge from the well, including its large fractions, reducing the number of sticks and jigs of the drill bit in a horizontal well, with a significantly smaller amount of flushing fluid supplied to the well.

Предложенный электроимпульсный буровой наконечник, также как в прототипе, состоит из разделенных изолятором, выполненным с продольными промывочными окнами, заземленной и высоковольтной электродных систем, снабженных чередующимися, равномерно расположенными по окружности стержневыми заземленными и высоковольтными электродами, причем стержневые заземленные электроды прикреплены к нижнему концу трубчатого корпуса электроимпульсного бурового наконечника, а чередующиеся с ними стержневые высоковольтные электроды верхними концами прикреплены к выполненному с осевым промывочным каналом центральному высоковольтному электроду, нижние же призабойные концы прикрепленных к нему электродов, загнуты в сторону торца бурового наконечника.The proposed electropulse drill bit, as in the prototype, consists of a grounded and high voltage electrode systems, separated by an insulator made with longitudinal flushing windows, provided with alternating, grounded and high voltage rod electrodes that are evenly spaced around the circumference, and rod ground electrodes attached to the lower end of the tubular body electric pulse drill bit, and alternating with them high-voltage rod electrodes with the upper ends of ikrepleny to executed with an axial flushing channel high voltage central electrode, the lower ends of the bottomhole secured thereto electrodes are bent toward the tip end of the drill.

Согласно изобретению два соседних стержневых заземленных электрода и расположенный между ними призабойный конец загнутого стержневого высоковольтного электрода снабжены наружными, контактирующими непосредственно с горизонтальной нижней стенкой скважины токопроводящими накладками, толщина каждой из которых составляет не менее 1/3 величины межэлектродного промежутка между двумя соседними разнополярными электродами, а ширина не превышает ширину электрода, к которому накладка прикреплена.According to the invention, two adjacent ground rod electrodes and the bottom-hole end of the bent rod high voltage electrode located between them are provided with external conductive plates in direct contact with the horizontal bottom wall of the well, each of which has a thickness of at least 1/3 of the interelectrode gap between two adjacent bipolar electrodes, and the width does not exceed the width of the electrode to which the pad is attached.

Каждая наружная токопроводящая накладка выполнена как одно целое с соответствующим ей электродом.Each external conductive pad is made integrally with its corresponding electrode.

Призабойная часть центрального высоковольтного электрода выполнена с промывочными прорезями, например, пилообразной формы.The bottom-hole part of the central high-voltage electrode is made with flushing slots, for example, a sawtooth shape.

На фиг. 1 представлен продольный разрез предложенного устройства, размещенного в горизонтальной скважине.In FIG. 1 shows a longitudinal section of the proposed device, placed in a horizontal well.

На фиг. 2 (вид А) показаны торцевые поверхности всех электродов устройства. In FIG. 2 (view A) shows the end surfaces of all electrodes of the device .

На фиг. 3 приведена фотография горизонтальной скважины, пробуренной электроимпульсным буровым наконечником с образованием в ее нижней стенке промывочного желоба.In FIG. Figure 3 shows a photograph of a horizontal well drilled by an electric pulse drill bit with the formation of a flush trough in its lower wall.

Электроимпульсный буровой наконечник (фиг. 1) содержит разделённые изолятором 1, выполненным с продольными промывочными окнами 2, заземленную и высоковольтную электродную системы, которые снабжены чередующимися, равномерно расположенными по окружности стержневыми заземленными 3 и высоковольтными 4 электродами. Стержневые заземленные электроды 3 прикреплены к нижнему концу трубчатого корпуса 5 электроимпульсного бурового наконечника, а чередующиеся с ними стержневые высоковольтные электроды 4 верхними концами прикреплены к выполненному с осевым промывочным каналом 6 центральному высоковольтному электроду 7. Нижние концы высоковольтных электродов 4 загнуты в сторону торца бурового наконечника. Два соседних стержневых заземленных электрода 3 (фиг. 2) и расположенный между ними загнутый конец стержневого высоковольтного электрода 4 снабжены наружными, токопроводящими накладками 8, толщина F каждой из которых составляет не менее 1/3 величины электродного промежутка между двумя соседними разнополярными электродами 3 и 4, а ширина S не превышает ширину электрода, к которому накладка прикреплена, так как в противном случае частично или все высоковольтные электрические разряды будут развиваться не в горной породе, а с выступающих граней накладок на соседние электроды другой полярности. The electropulse drill bit (Fig. 1) contains a grounded and a high-voltage electrode system separated by an insulator 1, made with longitudinal flushing windows 2, which are equipped with alternating, evenly spaced rod grounded 3 and high-voltage 4 electrodes. Grounded rod electrodes 3 are attached to the lower end of the tubular body 5 of the electric pulse drill bit, and alternating with them high-voltage rod electrodes 4 with their upper ends are attached to the central high-voltage electrode 7 made with an axial flushing channel 6. The lower ends of the high-voltage electrodes 4 are bent towards the end face of the drill bit. Two adjacent grounded rod electrodes 3 (Fig. 2) and the bent end of the rod high-voltage electrode 4 located between them are equipped with external conductive plates 8, the thickness F of each of which is at least 1/3 of the electrode gap between two adjacent bipolar electrodes 3 and 4 , and the width S does not exceed the width of the electrode to which the plate is attached, because otherwise, partially or all high-voltage electric discharges will develop not in the rock, but from the protruding faces akladok to adjacent electrodes of the other polarity.

На фиг. 1 токопроводящие накладки 8 изображены таким образом, чтобы показать их продольную форму и продольное расположение на наружных поверхностях электродов 3 и 4, а на фиг. 2 видны только торцевые поверхности всех токопроводящих накладок и электродов.In FIG. 1, the conductive plates 8 are shown so as to show their longitudinal shape and longitudinal location on the outer surfaces of the electrodes 3 and 4, and in FIG. 2 only the end surfaces of all conductive plates and electrodes are visible.

Увеличить механическую прочность электродных систем позволяет изготовление каждой наружной токопроводящей накладки как одного целого с соответствующим электродом, например, путем ее крепления к электроду электросваркой. Наружные токопроводящие накладки изготавливают из того же материала, что и электроды, в частности, из стали ШХ15.The mechanical strength of the electrode systems can be increased by the manufacture of each external conductive plate as a whole with the corresponding electrode, for example, by attaching it to the electrode by electric welding. The outer conductive pads are made of the same material as the electrodes, in particular, of steel ШХ15.

Выполнение призабойной части центрального высоковольтного электрода 7 (фиг. 1 и фиг. 2) с промывочными прорезями 9, например, пилообразной формы, позволяет дополнительно повышать эффективность бурения, так как при таком конструктивном решении неравномерность электрического поля в призабойной части увеличивается, в связи с чем снижается число холостых (не в горной породе) разрядов; также улучшается вынос шлама из центральной зоны забоя скважины. Для предотвращения поворота одной электродной системы относительно другой в трубчатом корпусе 5 (фиг. 1) установлено и закреплено винтами два стопорных сегмента 10; втулка 11 плотно насажена в изоляторе 1 при его изготовлении в пресс-форме из гранул полиэтилена высокого давления; верхняя (хвостовая) часть центрального высоковольтного электрода 7 и внутренняя часть втулки 11 выполнены с подвижными шлицевыми соединениями. Подвижность необходима для поддержания постоянного контакта высоковольтных электродов с горной породой на забое скважины за счёт давления пружины 12. Две гайки 13 препятствуют выпадению высоковольтный электродной системы из бурового наконечника и служат для регулирования уровня опережения электродами этой системы стержневых заземленных электродов 3. Для подвода к высоковольтной электродной системе импульсов высокого напряжения полый высоковольтный токовод 14 выполнен контактирующим с втулкой 11. С заземляемой бурильной трубой 15 трубчатый корпус 5 бурового наконечника соединен с помощью трапецеидальной резьбы 16.The implementation of the bottom-hole part of the central high-voltage electrode 7 (Fig. 1 and Fig. 2) with flushing slots 9, for example, a sawtooth shape, can further increase the efficiency of drilling, since with such a constructive solution the unevenness of the electric field in the bottom-hole part increases, and therefore the number of idle (not in rock) discharges decreases; the removal of sludge from the central zone of the bottom of the well is also improved. To prevent rotation of one electrode system relative to another in the tubular body 5 (Fig. 1), two stop segments 10 are installed and fixed with screws; the sleeve 11 is tightly mounted in the insulator 1 when it is manufactured in a mold from granules of high pressure polyethylene; the upper (tail) part of the central high-voltage electrode 7 and the inner part of the sleeve 11 are made with movable splined joints. Mobility is necessary to maintain constant contact of the high-voltage electrodes with the rock at the bottom of the well due to the pressure of the spring 12. Two nuts 13 prevent the high-voltage electrode system from falling out of the drill bit and are used to control the level of advance of the grounded rod electrodes by the electrodes 3. To supply to the high-voltage electrode the high-voltage pulse system, the hollow high-voltage current lead 14 is made in contact with the sleeve 11. With a grounded drill pipe 15 tubing The first drill bit body 5 is connected with a trapezoidal thread 16.

Диаметр бурового наконечника (фиг. 1) с межэлектродным промежутком 50±2 мм без учёта толщины токопроводящих накладок 8 составляет 308 мм, радиус 154 мм, а радиус с учетом толщины токопроводящих накладок равен 174 мм; наибольший межэлектродный промежуток между соседними разнополярными накладками равен 64 мм.The diameter of the drill bit (Fig. 1) with an interelectrode gap of 50 ± 2 mm without taking into account the thickness of the conductive plates 8 is 308 mm, the radius is 154 mm, and the radius, taking into account the thickness of the conductive plates, is 174 mm; the largest interelectrode gap between adjacent bipolar overlays is 64 mm.

При работе электроимпульсный буровой наконечник устанавливают на забой горизонтальной скважины. Бурильную трубу 15 заземляют, в полость между этой трубой и полым высоковольтным тоководом 14, а также внутрь токовода подают диэлектрическую промывочную жидкость (в частности, неочищенное трансформаторное масло) в количестве 1100 л/мин, которая через продольные промывочные окна 2 изолятора 1, через полый высоковольтный токовод 14 и осевой промывочный канал 6 поступает на забой скважины. По тоководу 14 импульсы высокого напряжения (400 кВ) с частотой 5-6 импульсов в секунду подают на втулку 11 и через неё на центральный высоковольтный электрод 7, а через него на все остальные высоковольтные электроды 4. Между высоковольтными электродами 4 и заземленными 3 непосредственно в горной породе развиваются высоковольтные электрические разряды, отрывающие от массива кусочки горной породы (шлам), которые по зазору между стенкой скважины и трубчатым корпусом 5, бурильной трубой 15 выносятся из скважины промывочной жидкостью.During operation, an electric pulse drill bit is installed on the bottom of a horizontal well. The drill pipe 15 is earthed, a dielectric flushing fluid (in particular, crude transformer oil) in the amount of 1100 l / min is supplied into the cavity between this pipe and the hollow high-voltage current lead 14 and also through the hollow washing windows 2 of the insulator 1 through the hollow the high-voltage current lead 14 and the axial flushing channel 6 enters the bottom of the well. Through current lead 14, high voltage pulses (400 kV) with a frequency of 5-6 pulses per second are fed to the sleeve 11 and through it to the central high-voltage electrode 7, and through it to all other high-voltage electrodes 4. Between the high-voltage electrodes 4 and the grounded 3 directly into high-voltage electric discharges develop in the rock, tearing pieces of rock (sludge) from the massif, which, by the gap between the borehole wall and the tubular body 5, and the drill pipe 15, are removed from the borehole by flushing fluid.

На фиг. 3 видно, что при бурении горизонтальной скважины буровым наконечником в нижней стенке скважины образуется промывочный желоб, глубина которого (фиг. 2) равна 41 мм. 41 мм - это сумма толщины токопроводящий накладки 8 (20 мм) и глубины внедрения высоковольтного разряда в стенку скважины (21 мм, что составляет 1/3 от наибольшего электродного промежутка между соседними разнополярными накладками, то есть от 64 мм). Ширина промывочного желоба превышает расстояние между двумя однополярными накладками 8 на заземленных электродах 3,между которыми на высоковольтном электроде 4 расположена накладка 8 противоположной полярности, то есть ширина промывочного желоба существенно превышает наибольшую длину самых крупных кусков шлама, в конкретном случае 50 мм, при глубине желоба 41 мм. In FIG. Figure 3 shows that when drilling a horizontal well with a drill bit, a flushing trough is formed in the lower wall of the well, the depth of which (Fig. 2) is 41 mm. 41 mm is the sum of the thickness of the conductive linings 8 (20 mm) and the depth of introduction of the high-voltage discharge into the borehole wall (21 mm, which is 1/3 of the largest electrode gap between adjacent bipolar linings, i.e., from 64 mm). The width of the washing chute exceeds the distance between two unipolar plates 8 on the grounded electrodes 3, between which on the high-voltage electrode 4 there is a plate 8 of opposite polarity, that is, the width of the washing chute significantly exceeds the largest length of the largest pieces of sludge, in the particular case 50 mm, with a depth of the chute 41 mm.

При бурении горизонтальных скважин известными электроимпульсными буровыми наконечниками, выбранными за аналог и прототип, они лежат непосредственно на нижней (горизонтальной) стенке скважины, полностью перекрывая зазор между буровым наконечником и этой стенкой, из-за чего мощный поток промывочной жидкости вынужден поднимать весь крупный шлам в верхнюю часть призабойной зоны и вымывать его из горизонтальной скважины через узкий верхний зазор между буровым наконечником и верхней стенкой скважины. Этот зазор не позволяет без дополнительного дробления беспрепятственно выносить крупный шлам, так как высота зазора составляет всего 1/3 от величины электродного промежутка, то есть при промежутке 50 мм высота зазора не превышает 17 мм, тогда как длина наибольших частиц шлама может быть равной величине этого промежутка (50 мм), а ширина составлять 40-50% от размера межэлектродного промежутка, т.е. 20-25 мм. Все это приводит к заклинкам и прихватам, а также к необходимости повышать расход промывочной жидкости.When drilling horizontal wells with well-known electropulse drill bits selected for analogue and prototype, they lie directly on the bottom (horizontal) wall of the well, completely blocking the gap between the drill bit and this wall, due to which a powerful flow of flushing fluid is forced to raise all the large sludge into the upper part of the bottomhole zone and wash it out of the horizontal well through a narrow upper gap between the drill bit and the upper wall of the well. This gap does not allow coarse slurry to be freely carried out without additional crushing, since the gap height is only 1/3 of the electrode gap, i.e., with a gap of 50 mm, the gap height does not exceed 17 mm, while the length of the largest particles of the slurry can be equal to this gap (50 mm), and the width is 40-50% of the size of the interelectrode gap, i.e. 20-25 mm. All this leads to spells and sticks, as well as to the need to increase the flow rate of flushing fluid.

Бурение горизонтальных скважин предложенным буровым наконечником позволяет исключить эти проблемы, так как промывочный желоб позволяет беспрепятственно и бесперебойно выносить из горизонтальной скважины все крупные куски шлама без их додрабливания и при меньшем (в 1,5 раза) расходе промывочной жидкости (1100 л/мин вместо 1700 л/мин). При полномасштабном бурении в реальных условиях расход промывочной жидкости может быть снижен в несколько раз.Drilling horizontal wells with the proposed drill bit eliminates these problems, since the flushing trench allows unhindered and uninterrupted removal of all large pieces of sludge from the horizontal well without modifying them and with a smaller (1.5 times) flow rate of flushing fluid (1100 l / min instead of 1700 l / min). With full-scale drilling in real conditions, the flow rate of flushing fluid can be reduced several times.

Бурение с образованием промывочного желоба весьма эффективно и при бурении вертикальных скважин диаметром 350 мм и более, особенно при образовании в процессе проходки скважины большого количества крупного шлама, например, в трещиноватых, нарушенных выветриванием горных породах.Drilling with the formation of a flushing trough is also very effective when drilling vertical wells with a diameter of 350 mm or more, especially when a large amount of coarse sludge is formed during the course of a well sinking, for example, in fractured rocks disturbed by weathering rocks.

Claims (3)

1. Электроимпульсный буровой наконечник, состоящий из разделенных изолятором, выполненным с продольными промывочными окнами, заземленной и высоковольтной электродных систем, снабженных чередующимися равномерно расположенными по окружности стержневыми заземленными и высоковольтными электродами, причем стержневые заземленные электроды прикреплены к нижнему концу трубчатого корпуса электроимпульсного бурового наконечника, а чередующиеся с ними стержневые высоковольтные электроды верхними концами прикреплены к выполненному с осевым промывочным каналом центральному высоковольтному электроду, нижние концы прикрепленных к нему электродов загнуты в сторону торца бурового наконечника, отличающийся тем, что два соседних стержневых заземленных электрода и расположенный между ними конец загнутого стержневого высоковольтного электрода снабжены наружными токопроводящими накладками, толщина каждой из которых составляет не менее 1/3 величины межэлектродного промежутка между двумя соседними разнополярными электродами, а ширина не превышает ширину электрода, к которому накладка прикреплена.1. Electropulse drill bit, consisting of separated by an insulator made with longitudinal flushing windows, grounded and high voltage electrode systems, equipped with alternating rod grounded and high voltage electrodes alternating evenly spaced around the circumference, and rod ground electrodes attached to the lower end of the tubular body of the electric pulse drill bit alternating high-voltage rod electrodes with their upper ends are attached to the axial m flushing channel to the central high-voltage electrode, the lower ends of the electrodes attached to it are bent towards the end face of the drill bit, characterized in that the two adjacent ground grounded electrodes and the end of the bent high-voltage rod electrode located between them are equipped with external conductive plates, each of which has a thickness of at least 1/3 of the interelectrode gap between two adjacent bipolar electrodes, and the width does not exceed the width of the electrode to which pad attached. 2. Электроимпульсный буровой наконечник по п. 1, отличающийся тем, что каждая наружная токопроводящая накладка выполнена как одно целое с соответствующим ей электродом.2. The electric pulse drill bit according to claim 1, characterized in that each external conductive plate is made integrally with the corresponding electrode. 3. Электроимпульсный буровой наконечник по п. 1, отличающийся тем, что призабойная часть центрального высоковольтного электрода выполнена с промывочными прорезями, например, пилообразной формы.3. Electric pulse drill bit according to claim 1, characterized in that the bottom-hole part of the central high-voltage electrode is made with flushing cuts, for example, a sawtooth shape.
RU2019134686A 2019-10-30 2019-10-30 Electric pulse drill bit RU2721147C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019134686A RU2721147C1 (en) 2019-10-30 2019-10-30 Electric pulse drill bit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019134686A RU2721147C1 (en) 2019-10-30 2019-10-30 Electric pulse drill bit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2721147C1 true RU2721147C1 (en) 2020-05-18

Family

ID=70735322

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019134686A RU2721147C1 (en) 2019-10-30 2019-10-30 Electric pulse drill bit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2721147C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112459722A (en) * 2020-11-23 2021-03-09 中国矿业大学 Punching device and method based on cooperation of nano-fluid-based electrohydraulic breakdown and infrared thermal radiation

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU730027A1 (en) * 1971-12-30 1994-04-15 Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова Electric-pulse drill tip
WO2005054620A1 (en) * 2003-12-01 2005-06-16 Unodrill As Method, drilling machine, drill bit and bottom hole assembly for drilling by electrical discharge pulses
US20050150688A1 (en) * 2002-02-12 2005-07-14 Macgregor Scott J. Plasma channel drilling process
RU2286432C1 (en) * 2005-03-14 2006-10-27 Государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт высоких напряжений при ТПУ" Electropulse drilling head
RU82764U1 (en) * 2008-11-24 2009-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет PULSE DRILLING TIP
DE102008049943A1 (en) * 2008-10-02 2010-04-08 Werner Foppe Method and device for melt drilling
RU2631749C1 (en) * 2016-06-21 2017-09-26 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Electric pulse drilling bit

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU730027A1 (en) * 1971-12-30 1994-04-15 Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова Electric-pulse drill tip
US20050150688A1 (en) * 2002-02-12 2005-07-14 Macgregor Scott J. Plasma channel drilling process
WO2005054620A1 (en) * 2003-12-01 2005-06-16 Unodrill As Method, drilling machine, drill bit and bottom hole assembly for drilling by electrical discharge pulses
RU2286432C1 (en) * 2005-03-14 2006-10-27 Государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт высоких напряжений при ТПУ" Electropulse drilling head
DE102008049943A1 (en) * 2008-10-02 2010-04-08 Werner Foppe Method and device for melt drilling
RU82764U1 (en) * 2008-11-24 2009-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет PULSE DRILLING TIP
RU2631749C1 (en) * 2016-06-21 2017-09-26 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Electric pulse drilling bit

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112459722A (en) * 2020-11-23 2021-03-09 中国矿业大学 Punching device and method based on cooperation of nano-fluid-based electrohydraulic breakdown and infrared thermal radiation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109577864B (en) Electrode drill bit for coiled tubing high-voltage electric pulse-mechanical composite drilling
Yudin et al. Electrical discharge drilling of granite with positive and negative polarity of voltage pulses
US9190190B1 (en) Method of providing a high permittivity fluid
RU82764U1 (en) PULSE DRILLING TIP
US20170058608A1 (en) Rock formation drill bit assembly with electrodes
EA010696B1 (en) System and method for drilling a borehole
RU2721147C1 (en) Electric pulse drill bit
Kusaiynov et al. On electric-pulse well drilling and breaking of solids
CN112593849B (en) Electric pulse-mechanical composite rock breaking drill bit for deep difficult-to-drill stratum
RU2471987C1 (en) Electric pulse drilling bit
RU2656653C1 (en) Electropulse drill bit
CN107558930A (en) A kind of PDC impact head drill bits with pre-impact effect
RU179832U1 (en) HYDRAULIC NOZZLE FOR JET CEMENT
CN110886582A (en) Integrated drilling tool for crushing and cleaning drilling well debris deposit bed
RU2409735C1 (en) Electric pulse drill head
WO2008071666A1 (en) Method for breaking up hard rock, and a drilling apparatus
EP3739163A1 (en) Drill head for electro-pulse-boring
CN104088278B (en) A kind of construction method of powerful water column hole reaming of anchor rod and device
RU2580860C1 (en) Electric-pulse non-rotating drill bit
RU69152U1 (en) PULSE DRILL BIT
RU2286432C1 (en) Electropulse drilling head
CN109306853B (en) Fishing device with bridging plug milling function
RU2441127C1 (en) Electropulse rock-breaking device
RU2631749C1 (en) Electric pulse drilling bit
CN217632332U (en) Drilling tool for crushing and cleaning drilling well debris deposit bed