RU69152U1

RU69152U1 - PULSE DRILL BIT

Info

Publication number: RU69152U1
Application number: RU2007128426/22U
Authority: RU
Inventors: Альберт Мартынович Адам; Василий Михайлович Муратов
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2007-07-23
Publication date: 2007-12-10

Abstract

Электроимпульсное буровое долото предназначено для бурения скважин электроимпульсным способом с промывкой электропроводящими и электроизоляционными жидкостями и может найти применение при бурении скважин самого разного назначения в крепких горных породах диаметром более 100 мм и глубиной от десятков сантиметров до сотен метров и позволит повысить эффективности разрушения горной породы на забое скважины на 15-30%. К заземленному корпусу (1) прикреплен армированный резцами (3) породоразрушающий элемент (2), образующий с изолированным высоковольтным электродом (5) электродную ячейку. В призабойной части бурового долота в направлении его вращения высоковольтный электрод (5) размещен перед армированным резцами породоразрушающим элементом (2) на расстоянии разрядного промежутка, а породоразрушающий элемент (2), находящийся перед высоковольтным электродом (5), расположен от него на расстоянии, большем разрядного промежутка. Кроме того, долото выполнено в виде нескольких электродных ячеек, и каждая электродная ячейка снабжена дополнительно одним или несколькими высоковольтными электродами (6), а наружные концы армированных резцами породоразрушающих элементов соединены армированными дополнительным резцами (10) токопроводящими дугами (9). Призабойная часть высоковольтного электрода выполнена в виде пластины (8). Токоподводящая часть одного или нескольких высоковольтных электродов расположена на наружной поверхности корпуса бурового долота. 1 н.з. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.An electropulse drill bit is intended for drilling wells by an electropulse method with washing with electrically conductive and insulating fluids and can be used for drilling wells of various purposes in strong rocks with a diameter of more than 100 mm and a depth of tens of centimeters to hundreds of meters and will increase the efficiency of rock destruction at the bottom wells by 15-30%. A rock-breaking element (2) reinforced with cutters (3) is attached to the grounded housing (1), which forms an electrode cell with an insulated high-voltage electrode (5). In the near-bottom part of the drill bit in the direction of its rotation, the high-voltage electrode (5) is placed in front of the rock-cutting element (2) at the distance of the discharge gap, and the rock-breaking element (2) located in front of the high-voltage electrode (5) is located at a distance greater than discharge gap. In addition, the bit is made in the form of several electrode cells, and each electrode cell is additionally equipped with one or more high-voltage electrodes (6), and the outer ends of the rock-cutting elements reinforced by cutters are connected by conductive arcs (9) reinforced by additional cutters (10). The bottomhole part of the high-voltage electrode is made in the form of a plate (8). The current supply portion of one or more high voltage electrodes is located on the outer surface of the drill bit body. 1 n.a. and 4 z.p. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к техническим средствам для бурения скважин электроимпульсным способом с промывкой электропроводящими и электроизоляционными жидкостями и может найти применение при бурении скважин самого разного назначения в крепких горных породах диаметром более 100 мм и глубиной от десятков сантиметров до сотен метров.The utility model relates to technical means for drilling wells by the electric pulse method with washing with electrically conductive and insulating liquids and can be used for drilling wells of various purposes in strong rocks with a diameter of more than 100 mm and a depth of tens of centimeters to hundreds of meters.

Известен электроимпульсный буровой наконечник (Семкин Б.В., Усов А.Ф., Курец В.И. Основы электроимпульсного разрушения материалов. СПб.: Наука, 1995. - с.11-16), который представляет собой разделенные изолятором системы высоковольтных и заземленных (низковольтных) электродов, причем электроды равномерно распределены в призабойной части с примерно одинаковой величиной промежутков между разнополярными электродами.Known electropulse drill bit (Semkin B.V., Usov A.F., Kurets V.I. Fundamentals of electropulse fracture of materials. St. Petersburg: Nauka, 1995. - pp. 11-16), which is a high-voltage system separated by an insulator grounded (low voltage) electrodes, and the electrodes are evenly distributed in the bottom hole with approximately the same gap between the bipolar electrodes.

Основным недостатком этого бурового инструмента является сравнительно низкая эффективность разрушения горной породы. Это связанно с тем, что при электроимпульсном разрушении крепких горных пород на забое образуются ослабленные электрическими разрядами неровности, которые могут выступать на 10 мм и более. У рассматриваемого бурового наконечника нет твердосплавных резцов, которые разрушали бы такие неровности.The main disadvantage of this drilling tool is the relatively low efficiency of rock destruction. This is due to the fact that during electropulse destruction of strong rocks on the face, bumps are formed, weakened by electric discharges, which can protrude by 10 mm or more. The drill bit in question does not have carbide cutters that would destroy such irregularities.

Частично этот недостаток устранен в выбранном за прототип буровом долоте (патент РФ №730029, МПК5 Е21С 37/18, опубл. 30.10.93 г., бюл. №39-40), состоящем из армированной твердосплавными резцами заземленной наружной коронки с выступающим в центре электродом, внутри которой размещены снабженные изоляцией высоковольтные электроды, при этом электродная система бурового долота выполнена в виде электродной ячейки, электроды которой расположены так, что образуют форму, близкую к сектору круга. При вращении бурового долота вокруг центральной оси This drawback is partially eliminated in the drill bit selected for the prototype (RF patent No. 730029, IPC5 Е21С 37/18, publ. 10/30/93, bull. No. 39-40), consisting of a grounded outer crown reinforced with carbide cutters with a protruding in the center an electrode inside which high-voltage electrodes are provided with insulation, while the drill bit electrode system is made in the form of an electrode cell, the electrodes of which are arranged so as to form a shape close to the circle sector. When the drill bit rotates around the central axis

бурового снаряда твердосплавные резцы доразрушают породу, нарушенную высоковольтными импульсными разрядами, но не оторванную от массива.drill bits carbide cutters destroy the rock, violated by high-voltage pulsed discharges, but not torn off from the array.

Недостатком известного бурового долота является сравнительно низкая эффективность разрушения горной породы на забое скважины. Это связано с тем, что основная часть твердосплавных резцов расположена на значительном удалении от разрядных промежутков, где находится зона разрушения горной породы высоковольтными разрядами. В идеальном случае при вращении бурового наконечника резцы должны сразу попадать в разрушенную разрядами зону и доразрушать в ней горную породу. В известном буровом долоте только два резца, расположенные по концам зоны разрушения горной породы разрядами, лишь частично выполняют эту работу. Все остальные резцы, прежде чем оказаться в этой зоне, не производя эффективного разрушения, проходят значительный путь по забою скважины: почти половина резцов перед зоной разрушения горной породы разрядами, а остальные за ней.A disadvantage of the known drill bit is the relatively low efficiency of rock destruction at the bottom of the well. This is due to the fact that the bulk of carbide cutters are located at a considerable distance from the discharge gaps, where the zone of rock destruction by high-voltage discharges is located. In the ideal case, when the drill bit is rotated, the cutters should immediately fall into the zone destroyed by the discharges and destroy the rock in it. In a known drill bit, only two cutters located at the ends of the rock destruction zone by discharges only partially perform this work. All other incisors, before being in this zone, without producing effective destruction, go a significant way along the bottom of the well: almost half of the incisors in front of the rock destruction zone by discharges, and the rest behind it.

Основным техническим результатом предложенного решения является повышение эффективности разрушения горной породы на забое скважины на 15-30%.The main technical result of the proposed solution is to increase the efficiency of rock destruction at the bottom of the well by 15-30%.

Указанный технический результат достигается тем, что в электроимпульсном буровом долоте, состоящим из заземленного корпуса и прикрепленного к нему армированного резцами породоразрушающего элемента, образующего с изолированным высоковольтным электродом электродную ячейку, согласно предложенному решению, в призабойной части бурового долота в направлении его вращения высоковольтный электрод размещен перед армированным резцами породоразрушающим элементом на расстоянии разрядного промежутка, а породоразрушающий элемент, находящийся перед высоковольтным электродом, расположен от него на расстоянии, большем разрядного промежутка.The specified technical result is achieved by the fact that in the electric pulse drill bit, consisting of a grounded body and attached to it a rock cutting element reinforced with cutters, forming an electrode cell with an insulated high-voltage electrode, according to the proposed solution, in the bottom-hole part of the drill bit in the direction of rotation, the high-voltage electrode is placed before a rock-cutting element reinforced with cutters at a distance of the discharge gap, and a rock-breaking element located before high voltage electrode located at a distance of greater than the discharge gap.

Кроме того, целесообразно электроимпульсное буровое долото выполнять в виде нескольких электродных ячеек, а каждую электродную In addition, it is advisable to make an electric pulse drill bit in the form of several electrode cells, and each electrode

ячейку снабжать дополнительно одним или несколькими высоковольтными электродами.provide the cell with one or more high-voltage electrodes.

Целесообразно наружные концы армированных резцами породоразрушающих элементов соединять армированными дополнительными резцами токопроводящими дугами.It is advisable to connect the outer ends of the rock-cutting elements reinforced with incisors with conductive arcs reinforced with additional incisors.

Целесообразно также призабойную часть высоковольтного электрода выполнять в виде пластины.It is also advisable to perform the bottom-hole part of the high-voltage electrode in the form of a plate.

Также целесообразно токоподводящую часть одного или нескольких высоковольтных электродов располагать на наружной поверхности корпуса бурового долота.It is also advisable to place the current supply part of one or more high voltage electrodes on the outer surface of the drill bit body.

На фиг.1 приведен продольный разрез предложенного электроимпульсного бурового долота, а на фиг.2 представлен вид долота с торца (вид по стрелке А). Это устройство состоит из полого заземленного корпуса электроимпульсного бурового долота 1, в нижней части которого укреплен один или несколько породоразрушающих элементов 2, армированных резцами 3. Внутри корпуса бурового долота 1 или на его наружной поверхности укреплен один или несколько снабженных электроизоляционным покрытием 4 изолированных высоковольтных электрода 5. Армированный резцами 3 породоразрушающий элемент 2 и изолированный высоковольтный электрод 5 образуют электродную ячейку. На фиг.2 приведены три электродные ячейки, имеющие некоторые отличия друг от друга. Нижняя электродная ячейка снабжена дополнительным высоковольтным электродом 6, покрытым изолятором 7. У правой электродной ячейки призабойная часть высоковольтного электрода выполнена в виде пластины 8. Правее этой пластины 8 показана токопроводящая дуга 9, армированная резцами 10 и прикрепленная концами к двум соседним армированным резцами породоразрушающим элементам. Токопроводящая дуга 9 служит для увеличения механической прочности бурового долота и для создания разрядного промежутка в направлении стенки скважины. Важным является то, что в призабойной части бурового Figure 1 shows a longitudinal section of the proposed electropulse drill bit, and figure 2 presents the view of the bit from the end (view along arrow A). This device consists of a hollow grounded casing of an electropulse drill bit 1, in the lower part of which one or more rock cutting elements 2 reinforced with cutters 3 is strengthened. Inside the casing of the drill bit 1 or on its outer surface, one or more 4 insulated high-voltage electrodes provided with an electrically insulating coating 5 Reinforced rock cutting element 2 reinforced with cutters 3 and an insulated high-voltage electrode 5 form an electrode cell. Figure 2 shows three electrode cells having some differences from each other. The lower electrode cell is equipped with an additional high-voltage electrode 6, covered by an insulator 7. At the right electrode cell, the bottom-hole part of the high-voltage electrode is made in the form of a plate 8. To the right of this plate 8 is a conductive arc 9, reinforced with cutters 10 and attached by ends to two adjacent rock-cutting elements reinforced with cutters. The conductive arc 9 serves to increase the mechanical strength of the drill bit and to create a discharge gap in the direction of the borehole wall. The important thing is that in the bottomhole part of the drilling

долота в направлении его вращения каждый высоковольтный электрод 5 размещен перед армированным резцами породоразрушающим элементом 2 на расстоянии разрядного промежутка, а породоразрушающий элемент 2, находящийся перед высоковольтным электродом 5, расположен от него на расстоянии, большем разрядного промежутка. Наглядно это видно из рассмотрения работы предложенного бурового долота (фиг.2).bits in the direction of its rotation, each high-voltage electrode 5 is placed in front of the rock-cutting element 2 reinforced with cutters at a distance of the discharge gap, and the rock-breaking element 2, located in front of the high-voltage electrode 5, is located at a distance greater than the discharge gap. This is clearly seen from consideration of the proposed drill bit (figure 2).

Рассмотрим работу бурового долота, образованного левой электродной ячейкой, состоящей из породоразрушающего элемента 2, армированного резцами 3, и высоковольтного электрода 5. При подаче на высоковольтный электрод 5 импульсов высокого напряжения электрические разряды развиваются в горной породе под слоем промывочной жидкости между этим электродом и ближайшим краем породоразрушающего элемента 2, в интервале от а до б, в котором разрядный промежуток одинаков и равен 1. Выше точки а промежуток увеличивается до величины l₁, l₂ и более, где могут быть лишь единичные разряды или вообще не развиваться. При вращении бурового долота по часовой стрелке породоразрушающий элемент 2 попадает непосредственно в зону, разрушенную электрическими разрядами (в интервале от а до б), и его резцы 3 доразрушают горную породу, нарушенную, ослабленную, но не оторванную от забоя скважины.Let us consider the operation of a drill bit formed by a left electrode cell, consisting of a rock cutting element 2 reinforced with cutters 3, and a high-voltage electrode 5. When 5 high-voltage pulses are applied to a high-voltage electrode, electric discharges develop in the rock under a layer of flushing fluid between this electrode and the nearest edge cutter 2 in the range from a to b in which the discharge gap is the same and equal to 1. above the point and the gap increases to a value l _1, l ₂ or more, wherein could t be the only single digits or no progress. When the drill bit is rotated clockwise, the rock cutting element 2 falls directly into the zone destroyed by electric discharges (in the range from a to b), and its cutters 3 further destroy the rock, disturbed, weakened, but not torn from the bottom of the well.

Из рассмотрения правой верхней электродной ячейки видно, что выполнение призабойной части высоковольтного электрода в виде пластины 8, особенно при наличии между двумя соседними электродными ячейками токопроводящих дуг 9, позволяет существенно увеличить разрушаемую электрическими разрядами зону (интервал от а до б) и повысить эффективность разрушения горной породы в пристенной части забоя скважины за счет резцов 10.From consideration of the upper right electrode cell, it can be seen that the implementation of the bottom-hole part of the high-voltage electrode in the form of a plate 8, especially when there are conductive arcs 9 between two adjacent electrode cells, can significantly increase the zone destroyed by electric discharges (interval from a to b) and increase the destruction efficiency of the mountain rocks in the near-wall part of the bottom of the well due to incisors 10.

Благодаря снабжению электродной ячейки (см. нижнюю электродную ячейку) дополнительными электродами (на фиг.2 показан один дополнительный электрод 6) интервал а-б, разрушаемый электрическими разрядами, можно увеличивать неограниченно.Due to the supply of the electrode cell (see lower electrode cell) with additional electrodes (Fig. 2 shows one additional electrode 6), the interval a-b, which is destroyed by electric discharges, can be increased unlimitedly.

Экспериментальная проверка предложенного бурового долота и прототипа в одинаковых условиях показала, что эффективность разрушения горной породы при бурении в песчанике и мраморе предложенным долотом выше на 8-13%, а в крупнозернистом граните на 14-18%.Experimental verification of the proposed drill bit and prototype under the same conditions showed that the efficiency of rock destruction during drilling in sandstone and marble by the proposed bit is higher by 8-13%, and in coarse granite by 14-18%.

Claims

1. An electropulse drill bit, consisting of a grounded body and a rock-cutting element reinforced with cutters attached to it, forming an electrode cell with an insulated high-voltage electrode, characterized in that in the bottom-hole part of the drill bit in the direction of rotation, the high-voltage electrode is placed in front of the rock-cutting element reinforced with cutters at a distance discharge gap, and the rock-breaking element located in front of the high-voltage electrode is located at a distance from it AI, a large discharge gap.

2. Electropulse drill bit according to claim 1, characterized in that it is made in the form of several electrode cells, and each electrode cell is equipped with an additional one or more high voltage electrodes.

3. Electropulse drill bit according to claim 2, characterized in that the outer ends of the rock-cutting elements reinforced by cutters are connected by conductive arcs reinforced by additional cutters.

4. Electropulse drill bit according to claims 1 to 3, characterized in that the bottom-hole part of the high-voltage electrode is made in the form of a plate.

5. Electric pulse drill bit according to claims 1 and 2, characterized in that the current-supplying part of one or more high-voltage electrodes is located on the outer surface of the body of the drill bit.