RU2804095C1 - Method of drilling wells in continental ice - Google Patents
Method of drilling wells in continental ice Download PDFInfo
- Publication number
- RU2804095C1 RU2804095C1 RU2023110486A RU2023110486A RU2804095C1 RU 2804095 C1 RU2804095 C1 RU 2804095C1 RU 2023110486 A RU2023110486 A RU 2023110486A RU 2023110486 A RU2023110486 A RU 2023110486A RU 2804095 C1 RU2804095 C1 RU 2804095C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ice
- drilling
- well
- pressure
- mpa
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области бурения скважин в континентальных льдах Антарктиды комбинированным способом с использованием струи жидкости под высоким давлением и режущих элементов вращающейся гидроструйной головки с очисткой всего ствола скважины от шлама незамерзающей промывочной жидкостью.The invention relates to the field of drilling wells in the continental ice of Antarctica using a combined method using a high-pressure liquid jet and cutting elements of a rotating hydraulic jet head with cleaning of the entire wellbore from slurry with a non-freezing flushing liquid.
Известен способ бурения глубокой скважины в ледяном покрове Антарктиды на российской станции Восток (Н.И. Васильев, А.Н. Дмитриев, П.А. Блинов. Бурение глубокой скважины на российской антарктической станции Восток. ВЕСТНИК ОНЗ РАН, ТОМ 4, NZ2001, doi: 10.2205/2012ТЯ000111, 2012.), который заключается в бурении скважины электромеханическим колонковым буровым снарядом опускаемым в скважину, которая заполнена заливочной жидкостью, на грузонесущем электрокабеле. В процессе бурения осуществляется очистка забоя скважины от ледяного шлама с помощью местной призабойной циркуляции заливочной жидкости c помощью встроенного в буровой снаряд циркуляционного насоса с накоплением ледяного шлама в специальном отсеке бурового снаряда. При наполнении шламового отсека ледяным шламом и/или заполнения колонковой трубы керном, буровой снаряд извлекается из скважины с помощью лебедки. Длина рейса варьируется от 3 м в верхней зоне скважины до 1 м при работе на глубинах свыше 3000 м, при скорости спуска – подъема снаряда в скважине в среднем 0,7 м/с. В качестве заливочной жидкости применяется смесь авиационного керосина с фреоном F-141b. С ростом глубины скважины рейсовая скорость бурения составляет менее 0,5 м/ч.There is a known method for drilling a deep well in the ice cover of Antarctica at the Russian Vostok station (N.I. Vasiliev, A.N. Dmitriev, P.A. Blinov. Drilling a deep well at the Russian Antarctic station Vostok. BULLETIN OF ONZ RAS, VOL. 4, NZ2001, doi: 10.2205/2012ТЯ000111, 2012.), which consists of drilling a well with an electromechanical core drilling rig lowered into a well that is filled with drilling fluid on a load-carrying electric cable. During the drilling process, the bottom of the well is cleaned of ice sludge using local bottom-hole circulation of the drilling fluid using a circulation pump built into the drill string with the accumulation of ice slurry in a special compartment of the drill string. When filling the cuttings compartment with ice slurry and/or filling the core pipe with core, the drill string is removed from the well using a winch. The length of the trip varies from 3 m in the upper zone of the well to 1 m when working at depths of over 3000 m, with a speed of descent and ascent of the projectile in the well on average 0.7 m/s. A mixture of aviation kerosene and freon F-141b is used as a filling fluid. As the well depth increases, the drilling speed is less than 0.5 m/h.
Недостатками способа является низкая техническая скорость бурения из-за повышенной цикличности процесса бурения.The disadvantages of this method are the low technical drilling speed due to the increased cyclicity of the drilling process.
Известен способ бурения глубоких разведочных скважин в ледниковых покровах, (John W. Goodge, Jeffrey P. Severinghaus. Rapid Access Ice Drill: a new tool for exploration of the deep Antarctic ice sheets and subglacial geology. Journal of Glaciology (2016), 62(236) 1049-1064.), который заключается в бурении льда механическим способом с помощью вращающихся бурильных труб, на конце которых располагается режущая коронка. Устройство для вращения труб располагается на поверхности. Для удаления ледяного шлама из скважины используется буровой насос и замкнутая система циркуляции незамерзающей жидкости, оснащенная сепаратором для отделения ледяного шлама. В качестве промывочной жидкости используется Estinol 140, который остается в скважине после бурения и служит для обеспечения сохранности ствола скважины при глубоком бурении.There is a known method for drilling deep exploration wells in ice sheets (John W. Goodge, Jeffrey P. Severinghaus. Rapid Access Ice Drill: a new tool for exploration of the deep Antarctic ice sheets and subglacial geology. Journal of Glaciology (2016), 62( 236) 1049-1064.), which consists of drilling ice mechanically using rotating drill pipes, at the end of which there is a cutting bit. The device for rotating the pipes is located on the surface. To remove ice sludge from a well, a mud pump and a closed antifreeze fluid circulation system equipped with an ice slurry separator are used. Estinol 140 is used as a flushing fluid, which remains in the well after drilling and serves to ensure the safety of the wellbore during deep drilling.
Недостатки способа является возможность внесения загрязнений в экосистему буровой скважины, пробуренную традиционными буровыми технологиями.The disadvantage of this method is the possibility of introducing pollution into the ecosystem of a borehole drilled using traditional drilling technologies.
Известен способ гидроструйной резки (патент RU №2552512, опубликован 10.06.2015), включающий гидроструйную резку материала с охлаждением рабочей жидкости до образования в режущей струе льда путем ее охлаждения в теплообменнике до полного замораживания и последующего адиабатического сжатия до рабочего давления с получением двухфазной взвеси «жидкость-лед», которую подают в сопло, посредством которого обеспечивают формирование режущей струи, сопровождающейся падением давления, достаточным для обратного превращения ядра формирующей струи в лед, и поддержание давление резания 1000 – 3500 бар.There is a known method of water jet cutting (RU patent No. 2552512, published on June 10, 2015), which includes water jet cutting of material with cooling of the working fluid until ice forms in the cutting stream by cooling it in a heat exchanger until it is completely frozen and subsequent adiabatic compression to operating pressure to obtain a two-phase suspension " “liquid-ice”, which is fed into the nozzle, through which the formation of a cutting jet is ensured, accompanied by a pressure drop sufficient to reverse the transformation of the core of the forming jet into ice, and maintaining a cutting pressure of 1000 - 3500 bar.
Недостатки способа является замерзание рабочей жидкости, при бурении льда с отрицательной температурой, низкая эффективность резания льда в скважине при изменении гидростатического давления на забое с увеличением глубины скважины, а так же ограниченное время использования скважины во льду и необходимость непрерывности процесса бурения льда, поскольку вода замерзает в скважине.The disadvantages of this method are the freezing of the working fluid when drilling ice at a negative temperature, the low efficiency of cutting ice in the well when the hydrostatic pressure at the bottom changes with increasing depth of the well, as well as the limited time of using the well in ice and the need for continuity of the ice drilling process, since the water freezes in the well.
Известен способ бурения ледниковых скважин (патент RU № 2751030, опубликован 07.07.2021), включающий бурение ледниковой скважины горячей диметилполисилоксановой жидкостью, которую подают под давлением через сопло на конце гибкого трубопровода, которая после окончания бурения не замерзает в скважине и может впоследствии из нее извлекаться. При этом гибкий трубопровод подают до поверхности льда через обсадную колонну, помещенную в фирн.There is a known method for drilling glacial wells (RU patent No. 2751030, published 07/07/2021), which involves drilling a glacial well with hot dimethylpolysiloxane liquid, which is supplied under pressure through a nozzle at the end of a flexible pipeline, which, after drilling is completed, does not freeze in the well and can subsequently be removed from it . In this case, a flexible pipeline is fed to the ice surface through a casing placed in the firn.
Недостатками способа являются нагрев диметилполисилоксановой жидкости до температуры свыше + 80°С, ввиду ее низкой теплоемкости в 2,3 раза ниже теплоемкости воды, для плавления льда на забое скважины, а так же нарушение цилиндрической поверхности стенок скважины в процессе бурения плавлением льда и природных температурных условий окружающего льда.The disadvantages of this method are the heating of dimethylpolysiloxane liquid to a temperature above + 80°C, due to its low heat capacity (2.3 times lower than the heat capacity of water), to melt ice at the bottom of the well, as well as the violation of the cylindrical surface of the well walls during drilling by melting ice and natural temperature conditions of the surrounding ice.
Известен способ бурения скважин в ледниковом покрове (патент RU № 2779170, опубликован 05.09.2022), принятый за прототип, заключающийся в спуске в скважину, заполненную кремнеорганической жидкостью, на грузонесущем кабеле гидронасоса высокого давления с закрепленной на нем поворотной режущей гидроструйной головкой. Устанавливают головку на расстоянии от 3 до 10 мм от забоя. Струей жидкости высокого давления от 50 МПа до 100 МПа разрезают лед по контуру скважины. Соблюдают заданный диаметр скважины и разрушают лед в забое, а ледяной шлам под давлением заливочной кремнеорганической жидкости выносится по скважине наверх. Подают смесь шлама с кремнеорганической жидкостью в сепаратор. Отделяют шлам, а очищенную кремнеорганическую жидкость возвращают в скважину.There is a known method of drilling wells in the ice sheet (patent RU No. 2779170, published 09/05/2022), adopted as a prototype, which consists of lowering into a well filled with organosilicon fluid, on a load-carrying cable, a high-pressure hydraulic pump with a rotating cutting hydro-jet head attached to it. Install the head at a distance of 3 to 10 mm from the bottom. A jet of high pressure liquid from 50 MPa to 100 MPa cuts the ice along the contour of the well. The specified borehole diameter is maintained and the ice in the bottom is destroyed, and the ice slurry is carried upward through the borehole under the pressure of the filling organosilicon fluid. A mixture of sludge and organosilicon liquid is fed into the separator. The sludge is separated, and the purified organosilicon fluid is returned to the well.
Недостатки способа является накопление шлама в призабойной части скважины и заклинивание бурового снаряда, всасывание жидкости в скважине насосом высокого давления происходит из потока смеси жидкости с ледяным шламом, что приведет к засорению насоса и гидроструйной головки шламом, поэтому скважинное оборудование потребуется периодически извлекать на поверхность для очистки, чем нарушается непрерывность процесса бурения скважины и снижается производительность работ. Вращение гидроструйной головки приведет к возникновению реактивного крутящего момента и закручиванию грузонесущего кабеля, чем нарушается процесс бурения скважины.The disadvantages of this method are the accumulation of cuttings in the bottom-hole part of the well and jamming of the drill string; the suction of liquid in the well by a high-pressure pump occurs from the flow of a mixture of liquid and ice sludge, which will lead to clogging of the pump and hydraulic jet head with sludge, so the downhole equipment will need to be periodically removed to the surface for cleaning , which disrupts the continuity of the well drilling process and reduces work productivity. Rotation of the hydraulic jet head will lead to the emergence of a reactive torque and twisting of the load-carrying cable, which disrupts the well drilling process.
Техническим результатом является повышение эффективности процесса бурения глубоких скважин в континентальном льду. The technical result is to increase the efficiency of the process of drilling deep wells in continental ice.
Технический результат достигается тем, что рабочее давление диметилполисилоксановой жидкости создают с помощью бурового насоса на поверхности, в пределах от 5 МПа до 20 МПа, которое передают по гибким непрерывным трубам со встроенным электрокабелем к буровому снаряду в котором повышают его до величины от 35 МПа до 50 МПа гидронасосом высокого давления с электроприводом, поток рабочей жидкости под высоким давлением направляют в гидроструйную головку со встроенными стальными режущими элементами, которую вращают гидравлическим забойным двигателем, и одновременно спускают буровой снаряд на забой с помощью гибких непрерывных труб, затем разрушают лед на забое скважины с формированием цилиндрической формы скважины, при совместном воздействии высокоскоростных струй рабочей жидкости и механического резания льда, при этом снижают реактивный крутящий момент от работы бурового снаряда на забое скважины путем разнонаправленного вращения гидронасоса высокого давления с электроприводом и гидравлического забойного двигателя, а выходящий из бурового снаряда поток рабочей жидкости используют для транспортирования шлама от забоя к устью скважины.The technical result is achieved by the fact that the working pressure of the dimethylpolysiloxane liquid is created using a drilling pump on the surface, ranging from 5 MPa to 20 MPa, which is transmitted through flexible continuous pipes with a built-in electric cable to the drilling rig in which it is increased to a value from 35 MPa to 50 MPa high-pressure hydraulic pump with electric drive, the flow of high-pressure working fluid is directed into a hydraulic jet head with built-in steel cutting elements, which is rotated by a hydraulic downhole motor, and at the same time the drill bit is lowered to the bottom using flexible continuous pipes, then the ice at the bottom of the well is destroyed to form cylindrical shape of the well, under the combined influence of high-speed jets of working fluid and mechanical cutting of ice, while reducing the reactive torque from the operation of the drilling rig at the bottom of the well by multidirectional rotation of the high-pressure hydraulic pump with electric drive and the hydraulic downhole motor, and the flow of working fluid emerging from the drilling rig used to transport cuttings from the bottom to the wellhead.
Способ поясняется следующими фигурами:The method is illustrated by the following figures:
фиг.1 – схема работы оборудования перед началом бурения скважины в континентальном льду;Fig. 1 – diagram of the operation of equipment before starting to drill a well in continental ice;
фиг.2 – схема работы оборудования при бурении скважины в континентальном льду;Fig.2 – diagram of equipment operation when drilling a well in continental ice;
фиг.3 – схема бурового снаряда, где:Fig.3 – diagram of a drill string, where:
1 – обсадная колонна;1 – casing;
2 – фирн;2 – firn;
3 – диметилполисилоксановая жидкость;3 – dimethylpolysiloxane liquid;
4 – буровой снаряд;4 – drill bit;
5 – талевый канат;5 – traveling rope;
6 – кронблок со шкивом;6 – crown block with pulley;
7 – лебедка;7 – winch;
8 – зажимное устройство;8 – clamping device;
9 – инжектор;9 – injector;
10 – гибкая непрерывная труба со встроенным электрокабелем;10 – flexible continuous pipe with built-in electrical cable;
11 – буровая скважина;11 – borehole;
12 – забой скважины;12 – bottom of the well;
13 – приемо-передающее устройство;13 – transceiver device;
14 – буровой насос;14 – mud pump;
15 – гидравлический забойный двигатель;15 – hydraulic downhole motor;
16 – гидронасос высокого давления с электроприводом;16 – high-pressure hydraulic pump with electric drive;
17 – гидроструйная головка;17 – hydro-jet head;
18 – стальные режущие элементы;18 – steel cutting elements;
19 – сопла гидроструйной головки;19 – nozzles of the hydro-jet head;
20 – континентальный лед;20 – continental ice;
21 – погружной шламовый насос;21 – submersible slurry pump;
22 – поверхностная система очистки;22 – surface cleaning system;
Способ осуществляется следующим образом. Производят установку обсадной колонны 1 (Фиг.1) перекрывая пористый слой фирна 2 и заполняют ее внутренний объем диметилполисилоксановой жидкостью 3, например, марки ПМС-5, с вязкостью от 5,5 до 6,6 сСт и температурой застывания -65°С. Устанавливают на устье скважины буровой снаряд 4 с помощью талевого каната 5, кронблока со шкивом 6, лебедки 7 и фиксируют его зажимным устройством 8. Отсоединяют от бурового снаряда 4 талевый канат 5 и поднимают его вверх от устья скважины. Инжектор гибких труб 9 (Фиг.2) перемещают к оси скважины и соединяют непрерывные гибкие трубы со встроенным электрокабелем 10 с буровым снарядом 4. Разжимают зажимное устройство 8 и буровой снаряд 4 опускают в скважину 11 до забоя 12 на гибких непрерывных трубах со встроенным электрокабелем 10, используя инжектор гибких труб 9 и приемно-отдающее устройство 13. Включают буровой насос 14, который передает давление рабочей жидкости в пределах от 5 МПа до 20 МПа, при этом обеспечивает скорость восходящего потока диметилполисилоксановой жидкости в кольцевом пространстве скважины, которая превышает скорость поступления ледяного шлама в процессе углубления скважины, к гидравлическому забойному двигателю 15 (Фиг.3) и гидронасосу высокого давления с электроприводом 16. Подают питающее напряжение к кабелю, смонтированному совместно с гибкими непрерывными трубами 10, что приводит к включению гидронасоса высокого давления с электроприводом 16 и повышению давления рабочей жидкости до значений от 35 МПа до 50 МПа. Гидравлический забойный двигатель 15 передает вращение гидроструйной головке 17 со стальными режущими элементами 18. В сопла гидроструйной головки 19 от гидронасоса высокого давления 16 подается рабочая жидкость и происходит процесс бурения скважины в массиве континентального льда 20 с формированием цилиндрической поверхности стенок скважины с внутренним диаметром, соответствующим наружному диаметру гидроструйной головки 17 со стальными режущими элементами 18. Работа высокоскоростных струй диметилполисилоксановой жидкости на забое скважины создает зону предварительного разрушения в массиве льда, что облегчает процесс резания льда стальными режущими элементами гидроструйной головки и способствует увеличению механической скорости бурения. Оптимальное рабочее расстояние от сопел 19 гидроструйной головки 17 до забоя скважины 12 от 3,0 до 10,0 мм обеспечивается заданными конструктивными параметрами гидроструйной головки. По мере продвижения забоя скважины 12 в глубину, гибкие непрерывные трубы со встроенным электрокабелем 10 подают в скважину с помощью инжектора 9 и приемо-отдающего устройства 13, синхронизируя скорость подачи с механической скоростью бурения. Для предотвращения закручивания гибких непрерывных труб со встроенным электрокабелем в скважине под воздействием реактивных крутящих моментов при работе гидронасоса высокого давления с электроприводом 16 и гидравлического забойного двигателя 15, направления их вращения делают разнонаправленным. Образовавшийся в процессе бурения ледяной шлам потоком диметилполисилоксановой жидкости выносится к верхней части скважины, закрепленной обсадной колонной 1, откуда погружным шламовым насосом 21 направляется в поверхностную систему очистки 22, в которой ледяной шлам отделяется от рабочей диметилполисилоксановой жидкости. Очищенную от шлама рабочую диметилполисилоксановая жидкость направляют во всасывающую магистраль бурового насоса 14, и далее в скважину 11 по гибким непрерывным трубам со встроенным электрокабелем 10 через приемо-отдающее устройство 13 и инжектор гибких труб 9. The method is carried out as follows. The casing string 1 (Figure 1) is installed, covering the porous layer of firn 2 and its internal volume is filled with dimethylpolysiloxane liquid 3, for example, grade PMS-5, with a viscosity of 5.5 to 6.6 cSt and a pour point of -65°C. A drilling string 4 is installed at the wellhead using a traveling rope 5, a crown block with a pulley 6, a winch 7 and fixed with a clamping device 8. The traveling string 5 is disconnected from the drilling string 4 and lifted up from the wellhead. The flexible pipe injector 9 (Fig. 2) is moved to the axis of the well and connects continuous flexible pipes with a built-in electrical cable 10 with a drill rig 4. The clamping device 8 is released and the drill rig 4 is lowered into the well 11 to the bottom 12 on flexible continuous pipes with a built-in electrical cable 10 , using a flexible pipe injector 9 and a receiving and releasing device 13. The drilling pump 14 is turned on, which transmits the pressure of the working fluid in the range from 5 MPa to 20 MPa, while providing an upward flow rate of dimethylpolysiloxane liquid in the annular space of the well, which exceeds the rate of entry of ice slurry in the process of deepening the well, to the hydraulic downhole motor 15 (Fig. 3) and the high-pressure hydraulic pump with electric drive 16. Supply voltage is supplied to the cable mounted together with flexible continuous pipes 10, which leads to the inclusion of the high-pressure hydraulic pump with electric drive 16 and an increase working fluid pressure up to values from 35 MPa to 50 MPa. The hydraulic downhole motor 15 transmits rotation to the hydraulic jet head 17 with steel cutting elements 18. Working fluid is supplied to the nozzles of the hydraulic jet head 19 from the high pressure hydraulic pump 16 and the process of drilling a well in a mass of continental ice 20 occurs with the formation of a cylindrical surface of the well walls with an internal diameter corresponding to the external diameter of the hydraulic jet head 17 with steel cutting elements 18. The operation of high-speed jets of dimethylpolysiloxane liquid at the bottom of the well creates a zone of preliminary destruction in the ice mass, which facilitates the process of cutting ice with steel cutting elements of the hydraulic jet head and helps to increase the mechanical speed of drilling. The optimal working distance from the nozzles 19 of the hydro-jet head 17 to the bottom of the well 12 from 3.0 to 10.0 mm is ensured by the specified design parameters of the hydro-jet head. As the bottom of the well 12 moves deeper, flexible continuous pipes with a built-in electrical cable 10 are fed into the well using an injector 9 and a receiver-receiver device 13, synchronizing the feed rate with the mechanical drilling speed. To prevent twisting of flexible continuous pipes with a built-in electric cable in the well under the influence of reactive torques during operation of the high-pressure hydraulic pump with electric drive 16 and the hydraulic downhole motor 15, the directions of their rotation are made multidirectional. The ice slurry formed during the drilling process is carried by a flow of dimethylpolysiloxane liquid to the upper part of the well, secured by casing 1, from where a submersible slurry pump 21 is sent to the surface cleaning system 22, in which the ice slurry is separated from the working dimethylpolysiloxane liquid. The working dimethylpolysiloxane liquid, cleared of sludge, is directed into the suction line of the mud pump 14, and then into the well 11 through flexible continuous pipes with a built-in electrical cable 10 through a receiving and releasing device 13 and a flexible pipe injector 9.
Способ поясняется следующими примерами. The method is illustrated by the following examples.
Для осуществления рассматриваемого способа бурения используются известные технические средства, включающие буровой насос, гибкие непрерывные трубы со встроенным электрокабелем, гидронасос высокого давления с электроприводом, гидравлический забойный двигатель, которые имеют определенные граничные условия их применения. Так, рабочее давление внутри гибких непрерывных труб со встроенным электрокабелем ограничено значением 20 МПа, для работ, например, винтового, марки ДРУ 95,4/5,33 на максимальной мощности гидравлического забойного двигателя, требуется создать перепад давления рабочей жидкости 5,6 МПа при расходе от 5 до 10 л/с, скважинный гидронасос высокого давления с электороприводом, например, марки УЭЦНПТ-5, обеспечивает давление нагнетания рабочей жидкости 35 МПа при давлении на его входе, равном атмосферному, с расходом от 0,17 до 6,36 л/с, а буровой насос, например, марки НБ 125 ИЖ, обеспечивает подачу рабочей жидкости в пределах от 6,1 л/с до 19,8 л/с, при давлении нагнетания в пределах от 19,8 до 6,1 МПа соответственно. Характеристики предлагаемого оборудования показывают, что выбранные технические средства позволяют осуществить процесс бурения по рассматриваемому способу. Буровой насос обеспечивает подачу рабочей жидкости по гибким непрерывным трубам с давлением, не превышающим паспортные характеристики гибких труб, а именно 20 МПа, подача бурового насоса достаточна для привода в действие гидравлического забойного двигателя на максимальных значениях мощности, а создаваемое буровым насосом давление рабочей жидкости на входе в буровой снаряд в пределах от 5 до 19,8 МПа повышается гидронасосом высокого давления при его включении до величины от 35 до 50 МПа соответственно.To implement the drilling method under consideration, well-known technical means are used, including a drilling pump, flexible continuous pipes with a built-in electric cable, a high-pressure hydraulic pump with an electric drive, and a hydraulic downhole motor, which have certain boundary conditions for their use. Thus, the working pressure inside flexible continuous pipes with a built-in electrical cable is limited to 20 MPa; for work, for example, a screw type DRU 95.4/5.33 at the maximum power of a downhole hydraulic motor, it is necessary to create a pressure drop of the working fluid of 5.6 MPa at flow rate from 5 to 10 l/s, a high-pressure downhole hydraulic pump with an electric drive, for example, brand UETSNPT-5, provides a working fluid injection pressure of 35 MPa at a pressure at its inlet equal to atmospheric, with a flow rate from 0.17 to 6.36 l /s, and a drilling pump, for example, brand NB 125 IZH, provides a supply of working fluid ranging from 6.1 l/s to 19.8 l/s, with a discharge pressure ranging from 19.8 to 6.1 MPa, respectively . The characteristics of the proposed equipment show that the selected technical means make it possible to carry out the drilling process using the method under consideration. The drilling pump provides the supply of working fluid through flexible continuous pipes with a pressure not exceeding the passport characteristics of flexible pipes, namely 20 MPa, the supply of the drilling pump is sufficient to drive the hydraulic downhole motor at maximum power values, and the pressure of the working fluid created by the drilling pump at the inlet in the drill string in the range from 5 to 19.8 MPa is increased by a high-pressure hydraulic pump when it is turned on to a value from 35 to 50 MPa, respectively.
Экспериментально установлено, что для резания льда высокоскоростными струями жидкости должно быть обеспечено давление струи на лед, превышающего его предел прочности на сжатие, который составляет в среднем от 15 до 35 МПа, при температурах льда - от -10°С до - 50°С. С учетом коэффициента запаса 1,4 максимальное давление рабочей жидкости на входе в сопло составит 50 МПа.It has been experimentally established that in order to cut ice with high-speed jets of liquid, the pressure of the jet on the ice must be ensured in excess of its compressive strength, which averages from 15 to 35 MPa, at ice temperatures from -10°C to -50°C. Taking into account the safety factor of 1.4, the maximum pressure of the working fluid at the inlet to the nozzle will be 50 MPa.
Давление струи жидкости истекающей из сопла определяют по формуле: The pressure of the liquid stream flowing from the nozzle is determined by the formula:
=(0,5+е)**r*, МПа, где =(0.5+e)* *r* , MPa, where
е – коэффициент сжатия струи, при коноидальном профиле отверстия сопла, е=1; e – jet compression coefficient, with a conoidal profile of the nozzle opening, e=1;
r – плотность рабочей жидкости, для наших условий примем r=1000 кг/м3;r is the density of the working fluid, for our conditions we will take r=1000 kg/m3;
– скорость струи рабочей жидкости на выходе из сопла, м/с, которая рассчитывается по формуле Торичелли: – speed of the working fluid jet at the exit from the nozzle, m/s, which is calculated using the Toricelli formula:
, м/с, где , m/s, where
H – напор жидкости перед входом в сопло, примем 3500 м;H – liquid pressure before entering the nozzle, let’s take 3500 m;
g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с2 g – free fall acceleration, 9.81 m/s 2
Тогда, для рассматриваемого напора получим, = 262 м/с, а давление струи составит = 103 МПа, что в 3 раза превышает предел прочности льда на сжатие. Для сопла диаметром 0,5 мм расход рабочей жидкости составит 0,05 л/с, а для 12 сопел в конструкции гидроструйной головки – 0,6 л/с., что подверждает возможность реализации предлагаемого способа бурения рассмотренными техническими средствами.Then, for the pressure under consideration we obtain, = 262 m/s, and the jet pressure will be = 103 MPa, which is 3 times the compressive strength of ice. For a nozzle with a diameter of 0.5 mm, the flow rate of the working fluid will be 0.05 l/s, and for 12 nozzles in the design of a hydraulic jet head - 0.6 l/s, which confirms the possibility of implementing the proposed drilling method with the considered technical means.
Способ позволяет повысить эффективность бурения глубоких скважин в континентальном льду за счет использование двух источников энергии - электрической и гидравлической.The method makes it possible to increase the efficiency of drilling deep wells in continental ice through the use of two energy sources - electrical and hydraulic.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2804095C1 true RU2804095C1 (en) | 2023-09-26 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU369753A3 (en) * | 1969-07-19 | 1973-02-08 | ||
| RU2178506C1 (en) * | 2001-04-18 | 2002-01-20 | Азизов Азиз Мустафаевич | Method of hole making in geological structures |
| RU2225931C1 (en) * | 2002-07-30 | 2004-03-20 | Плугин Александр Илларионович | Method for forming wells and excavations in sedimentary rock layers and frozen soil |
| CN106907110A (en) * | 2017-04-29 | 2017-06-30 | 吉林大学 | Basement rock hot water core-drilling method and device under polar ice |
| CN109798071A (en) * | 2019-03-29 | 2019-05-24 | 吉林大学 | A kind of polar glacier is with ultrasonic heat water drilling into device and method |
| RU2751030C1 (en) * | 2020-12-16 | 2021-07-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт"-ПИЯФ) | Method for drilling glacial boreholes |
| RU2779170C1 (en) * | 2022-03-23 | 2022-09-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Well drilling method in ice cover |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU369753A3 (en) * | 1969-07-19 | 1973-02-08 | ||
| RU2178506C1 (en) * | 2001-04-18 | 2002-01-20 | Азизов Азиз Мустафаевич | Method of hole making in geological structures |
| RU2225931C1 (en) * | 2002-07-30 | 2004-03-20 | Плугин Александр Илларионович | Method for forming wells and excavations in sedimentary rock layers and frozen soil |
| CN106907110A (en) * | 2017-04-29 | 2017-06-30 | 吉林大学 | Basement rock hot water core-drilling method and device under polar ice |
| CN109798071A (en) * | 2019-03-29 | 2019-05-24 | 吉林大学 | A kind of polar glacier is with ultrasonic heat water drilling into device and method |
| RU2751030C1 (en) * | 2020-12-16 | 2021-07-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт"-ПИЯФ) | Method for drilling glacial boreholes |
| RU2779170C1 (en) * | 2022-03-23 | 2022-09-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | Well drilling method in ice cover |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Экспертное заключение на проект "Обоснование и разработка экологически чистой технологии проникновения в подледниковое озеро Восток (Антарктида)", найдено в Интернет, https://documents.ats.aq/ATCM24/wp/ATCM24_wp029_r.pdf, [найдено 30.08.2023], дата публикации 17.04.2019 в соответствии с сайтом http://web.archive.org/web/20190417144945/https://documents.ats.aq/ATCM24/wp/ATCM24_wp029_r.pdf. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6347675B1 (en) | Coiled tubing drilling with supercritical carbon dioxide | |
| US9732561B2 (en) | Method and apparatus for increasing well productivity | |
| CN108049845B (en) | Method and device for lifting non-diagenetic natural gas hydrate in shallow seabed layer | |
| US3732143A (en) | Method and apparatus for drilling offshore wells | |
| US3899033A (en) | Pneumatic-kinetic drilling system | |
| US8789609B2 (en) | Submersible hydraulic artificial lift systems and methods of operating same | |
| CN1930361B (en) | A method and operation device for establishing a drilling of an underground well, and arranging dilatable shell or sand sieve and well completion pipe in the drilling | |
| CN104763333B (en) | A kind of well system and boring method based on subsea pump pressure control | |
| US4616719A (en) | Casing lateral wells | |
| CN102477845A (en) | Method for drilling horizontal well with super-short radius | |
| CN102777138A (en) | Method combining coiled tubing with supercritical CO2 for jet-flow sand washing plugging removal | |
| MX2007014765A (en) | Apparatus and method for driving casing or conductor pipe. | |
| CN108547587A (en) | It is a kind of based on circulating fluid without the quick core-drilling system and method for marine riser | |
| WO1996003566A2 (en) | Improvements in or relating to drilling with gas liquid swirl generator hydrocyclone separation combustion thermal jet spallation | |
| CN109763771B (en) | Dual-gradient drilling system based on continuous oil pipe electric drive | |
| US20230304383A1 (en) | Suction cylinder exploitation device and method for marine natural gas hydrates | |
| MXPA02008570A (en) | Down hole drilling assembly with independent jet pump. | |
| US20080185184A1 (en) | Cryogenic drilling method | |
| CN102392646B (en) | Marine gas hydrate electronic-spraying pump composite exploitation method and apparatus | |
| EP1210499B1 (en) | Method and system for processing of drilling fluid | |
| CN111236894A (en) | Seabed shallow layer natural gas hydrate exploitation device | |
| US20080271924A1 (en) | Drilling Method and Apparatus | |
| Kudryashov et al. | Deep ice coring at Vostok Station (East Antarctica) by an electromechanical drill | |
| US5632604A (en) | Down hole pressure pump | |
| RU2804095C1 (en) | Method of drilling wells in continental ice |