SU947417A2

SU947417A2 - Apparatus for thermal drilling of wells

Info

Publication number: SU947417A2
Application number: SU792825231A
Authority: SU
Inventors: Алексей Никандрович Генбач; Александр Алексеевич Генбач
Original assignee: Казахский политехнический институт им.В.И.Ленина
Priority date: 1979-10-05
Filing date: 1979-10-05
Publication date: 1982-07-30

Description

(54; УСТРОЙСТВО дл ТЕРМИЧЕСКОГО .БУРЕНИЯ СКВАЖИН(54; DEVICE FOR THERMAL. DRILLING WELLS

Изобретение относитс. к устройствам дл термического расширени скважин путем воздействи на твердую минеральную среду высокотемпературными газовыми стру ми и абразивного материала и может быть использовано дл проходки сквакин больших диаметров , шурфов и горных выработок в крепких горных породах и мерз.лых грунтах.The invention relates to. to devices for thermal expansion of wells by exposing the solid mineral medium to high-temperature gas streams and abrasive material and can be used for penetration of large-diameter squash, pits and mines in hard rocks and permafrost soils.

Известен способ термического расширени скважин путем воздействи на ее стенки высокотемпературных газовых струй, в которые ввод т сыпучий абразивный материал, при этом газовому потоку с введенным в него абразивным материалом сообщают вращательное ;(вижение и направл ют его к забою скважины по спирали вдоль ее стенок, а образующиес продукты разруиени отвод т на поверхность с забо по центральной части скважины.The known method of thermal expansion of wells by exposing its walls to high-temperature gas jets into which bulk abrasive material is introduced, while rotating gas is introduced into the gas stream with abrasive material introduced into it (the movement and spiraling to the bottom of the well along its walls, and the resulting degradation products are withdrawn to the surface from the bottom of the center of the well.

По основному авт.св. № 759117 известно устройство дл реализации указанного способа, которое содержит соединенный с буровой ытангой огнеструйный термоинструмент дл формировани газовой струи и приспособление дл подачи в нее сыпучегоAccording to the main auth. No. 759117, a device for implementing this method is known, which contains a fire-jet thermal tool connected to the drilling cradle for forming a gas jet and a device for feeding a flowing gas jet into it.

абразивного материала. Терьюннструмент выполнен в виде нескольких огнеструйный горелок, сопловые отверсти КОТО1Ж1Х обращены к стенкам скважины и размещены по винтовой линии вокруг буровой штанги. При этом устройство снабжено охлаждаемым кожухом с боковыми отверсти ми, установленными снаружи горелок коаксиально abrasive material. The tool is made in the form of several fire-jet burners, the nozzle openings of KOTO1Zh1K are facing the walls of the well and are placed along a helical line around the drill rod. At the same time, the device is equipped with a cooled jacket with side openings installed outside the burners coaxially

10 штанге, и буровой коронкой, закрепленной на конце штанги и имеющей боковые открыта с торца щели дл пропуска продуктов разрушени в полость буровой штан-ги. Бурова коронке так15 же соединена со ишамовой трубой, рас .положенной в буровой штанге и имеющей выход в пространство скважины. В результате по вл етс возмокность повысить производительность разру20 шени , главным образом, трудных термобурильных пород Е J10, and a drill bit fixed to the end of the rod and having lateral openings at the end of the slot for passing breakdown products into the cavity of the drill rod. The Burov crown is also connected to an Isham pipe, located in the drill rod and having an outlet into the well space. As a result, vozmoknost appears to improve the performance of the destruction, mainly, of the difficult thermo-boring rocks Е J

Цель изобретени - снижение энергоемкости процесса разрушени.ч и дальнейшее повышение его проигводитель25 ности.The purpose of the invention is to reduce the energy intensity of the process of destruction and to further increase its production.

Указанна цель достигаетс благодар тому, что устройство снабжено керноприемной трубой, устеновленной с кольцевым зазором в шэмовой трубе This goal is achieved due to the fact that the device is equipped with a core receiver tube installed with an annular gap in the shem tube.

30 с возможностью ограниченного осевого перемещени и имеющей на обрэ1пенном tf забою скважины конце открытые с торца газодинамические щели, расположенные равномерно по ее периметРУ .30 with the possibility of limited axial movement and having at the downhole end of the well bottom end gas-dynamic slots open from the end, evenly spaced along its perimeter.

Наличие керноприемной трубы дает возможность более рационально распределить газовый и абразивный потоки в периферийной части скважины и улучшить тем самым процесс ее разрушени и образующегос в центральной части скважини керна.The presence of a core-receiver tube makes it possible to more efficiently distribute the gas and abrasive flows in the peripheral part of the well and thereby improve the process of its destruction and the core formed in the central part of the well.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.The drawing shows the proposed device.

Устройст во смонтировано на буровой штанге 1, котора nponyt;eH-a. через направл ющую трубу 2 с опорной шштой 3 и подвешена через блок к т говому , размещенному на ходовой тележке (не показаны). Собственно буровой орган содержит несколь ко огнеструйных горелок 4, располо .женных вокруг буровой ытанги 1 так, что их сопловые отверсти 5 обращены к стенкам скважины и размещены по винтовой линии вокруг штанги 1 Горелки 4 закрыты охлахдаег лм кокухом 6, установленным коаксиально буровой штанге 1 и имеюпщм боковые отверсти 7 дл выхода продуктов сгорани .The device is mounted on the drill rod 1, which is nponyt; eH-a. through the guide tube 2 with the support pin 3 and is suspended through the block to the tow bar placed on the undercarriage (not shown). The drilling body itself contains several fire burners 4 located around the drill string 1 so that their nozzle holes 5 face the walls of the well and are placed in a helical line around the rod 1. The burners 4 are closed with a coaxial drill string bar 1 and There are 7 side openings for the exit of combustion products.

в нижней части буровой штанги 1 закреплены бурова коронка 8 с армирующими ребрами 9 и боковьми открытыми с торца щел ми 10, которые направлены тангенциально и служат дл пропуска продуктов разрушени в кольцевой зазор между шламовой трубой 11, имеющей выходные окна 12, и керноприемной трубой 13, расположенных внутри штанги 1. Керноприемна труба 13 в нижней части имеет открытые с торца калибрующие щели 14. Другим концом она насажена на жестко закрепленный цилиндр 15. Над кожухом 6 на штанге 1 усвановлена открыта с боковых сторон кольцеообразна обойма 16, в пазу которой размещено полое уплотн ющее кольцо 17 из эластично-упругого материала, заполн емое сжатым воздухом. На штанге 1 выше обоймы 16 надето ограничительно кольцо 18. Между обоймой 16 и кожухом б в направл ющей трубе 2 предусмотрены отверсти 19 дл подачи на врем зпбуривани сыпучего абразивного материала (например, кварцеBoriJ ) песка) в зазор между кожухом б и ютенкой скважины 20.In the lower part of the drill rod 1, there is fixed a drill crown 8 with reinforcing ribs 9 and lateral open gaps 10, which are tangential and serve to pass destruction products into the annular gap between the sludge pipe 11, which has outlet openings 12, and the core receiver 13, located inside the rod 1. The core lifter tube 13 in the lower part has gauge slots open from the end 14. At the other end, it is mounted on a rigidly fixed cylinder 15. Above the casing 6 on the rod 1, the ring-shaped is opened on the sides 1 The yoke 16, in the slot of which a hollow sealing ring 17 made of an elastic-elastic material is placed, filled with compressed air. A ring 18 is placed restrictively on the rod 1 above the yoke 16. Between the yoke 16 and the casing b, holes 19 are provided in the guide tube 2 for supplying sanding loose abrasive material (e.g., BoriJ quartz) sand into the gap between the casing b and the utenka well 20.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Перед бурением скважины 20 на ее устье устанавливаетс направл юща труба 2 с опорной плитой 3. В трубу 2 помещают буровую штангу 1 с буровым органом в виде нескольких огнеструйных горелок 4, закрытых кожухом б, и буровой коронки 8. Далее в горелки 4 подаютс рабочие компоненты дл образовани топливной смеет , котора затем воспламен етс , и горелки 4 вывод тс на рабочий режим .Before drilling the well 20, a guide tube 2 with a base plate 3 is installed on its wellhead. A drill rod 1 with a drill body is placed in the pipe 2 in the form of several fire burners 4 covered with casing b and a drill bit 8. Next, the burners 4 are supplied with working components to form a fuel mixture, which then ignites, and the burner 4 is brought to operating mode.

Раскаленные газы продуктов сгорани через боковые отверсти 7 кожуха б выбрасываютс из сопловых отверстий 5 горелок 4 со сверхзвуковой скоростью под острым углом или по касател-ьной к стенке трубы 2 в сторону забо опережающей скважины 21. Так как выход газа по зазору между штангой 1 и трубой 2 вверх прегражден уплотн ющим кольцом 17, газ устремл етс к забою 22 скважины 21, увлека в период забуривани подаваемый через отверсти 19 аразивньлй материал.The burning gases of the combustion products through the side openings 7 of the casing are ejected from the nozzle openings 5 of the burners 4 at supersonic speeds at an acute angle or tangentially to the wall of the pipe 2 towards the leading well 21. As the gas outlet through the gap between the rod 1 and the pipe 2 upwardly blocked by a sealing ring 17, the gas rushes to the bottom 22 of the well 21, and during the period of drilling, the flowed material through the holes 19 is carried away.

Раскаленные газы раскручиваютс вдоль стенки скважины 20 по нисход щей спирали, образу мощный вихревой поток (циклон) раскаленных газо и твердых .частиц, которые достигают поверхности забо 22 и устремл ютс по щел м 10 в кольцевой зазор между трубами 11 и 13, продолжа вращатьс и Омывать забой 22 скважины 21 и основание керна 23. Затем газ, абразивный материал и продукты разрушени устремл ютс по этому кольцевому зазору к выходным окнам 12 и далее через отвод щий колпак к пылегазовлагоочистителю (не показаны ) .The incandescent gases unwind along the wall of the well 20 along a downward spiral, forming a powerful vortex flow (cyclone) of the incandescent gas and solid particles that reach the surface of the bottom 22 and rush through the gaps 10 into the annular gap between the pipes 11 and 13, continuing to rotate and Wash the bottom 22 of the borehole 21 and the core of the core 23. Then the gas, abrasive material and degradation products rush through this annular gap to the exit windows 12 and then through the diverting cap to the dust and water wipe (not shown).

Буровой штанге 1 с помощью вибратора (не показан) сообщают вибра1 чю так, что коронка 8 дополнительно воздействует на забой 22. Диаметр коронки 8 соответствует размеру опережак дей скважины 21 и несколько меньше номинального размера скважины 20. Этим достигаетс концентраци газов и твердых частиц участке опережающей скважины 21 и уменьшение объема разрушени в наиболее трудных услови х бурени . Основной объем разрушени приходитс на более эффективный и экономичный режим на участке скважины 20. Чтобы сохранить высокие динамические параметры закрученного потока газа и твердых частиц на участке скважины 20, кожух 6 изготавливарэт большего диаметра . чем диаметр коронки 8. В результате раскаленные газы, истекающие из гг)рлок 4 по нисход щей спирали и направленные в сторону забо 22, образуют мощный циклон двухфазного пото с высокими термодинамическими параметрами .The drill rod 1 vibrates with a vibrator (not shown) so that the crown 8 additionally acts on the bottom 22. The diameter of the crown 8 corresponds to the size of the advancing borehole 21 and is slightly less than the nominal size of the borehole 20. This results in a concentration of gases and solid particles ahead of wells 21 and reducing the volume of destruction in the most difficult drilling conditions. The main volume of destruction is related to a more efficient and economical mode at the well site 20. In order to maintain high dynamic parameters of the swirling flow of gas and solid particles at the well site 20, the casing 6 is made of a larger diameter. than the diameter of the crown 8. As a result, the hot gases emanating from yy) roll 4 in the downward spiral and directed toward the bottom of the bottom 22 form a powerful cyclone of a two-phase flow with high thermodynamic parameters.

Claims

The cyclone gases and solid particles are pressed by massive forces to the well strings, they are intensively destroyed (regardless of the properties of the sludge), and rush to the zabos (about 22-opera) of the drilling well 21, where are enriched with destruction products in the well site 20 and concentrated on a small The ring-bottom area effectively destroys sales of difficult and non-heat-confining rocks. The core 23 being formed during this process is bonded from the destruction by the core tube 13, which, within certain limits, freely moves along the axis of the device, being mounted on a rigidly fixed cylinder 15. A two-phase swirling flow directed into the annular cavity of the crown 8 continuously earns the conical base of the core 23 to nominal size and calibrates it due to the presence of gasdynamic slots 14 open at the end. A two-phase flow directed along slots 14 removes random projections. The greatest overpressure inside the core of the receiver. pipe 13 provides purging and cleaning the core 23 from dust and dirt. The core 23, calibrated and cleared of sticky drilling fines, passes into the core tube 13, and the latter under the action of its own weight descends to the side of the bottom 22, abutting projections onto the broadened core core 23. The process of drilling and formation of cores goes continuously to those until the core tube 13 is filled with the core 23. Then the device is lifted above the base of the core 23. The exposed portion of the base of the core by 23 is swirled with a stream of gas and abrasive particles of a split JET (trimmed), after which the core 23c is issued by the device to the surface. The drilling cycles are repeated to obtain a well of the desired depth. C. By means of the sealing ring 17, the gap between the wall of the borehole 20 and the rod 1 is blocked, and thus the release and destruction products to the atmosphere are blocked. As the well is deepened and the rod 1 is lowered, the sleeve 16 and the seal is lowered to the ring 17 by means of a restrictive ring 18 fixed to the rod 1. Upon completion of the penetration, the sleeve 16 and the ring 17 are lifted out of the well with the rod 1 and the drilling unit. To increase the durability of the drill bit 8, the slurry 11 and core lifter 13 pipes are cooled by supplying water through the channels 24 and discharging it in the form of jets into the annular gap between the tubes 11 and 13. Invention Thermal drilling device according to aut. tf 759117, characterized in that, in order to reduce the energy intensity of the process and increase its productivity, it is equipped with a core-receiving tube installed with an annular gap in the sludge pipe with the possibility of limited axial alternation and having 1 end on the end of the gas dynamic open to the bottom of the well slots located evenly along its perimeter .. Sources of information taken into account during the examination 1. USSR Author's Certificate No. 759117, cl. E 21 C 21/00, 1978.