Устройство для электротермического бурения скважин

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для электротермического бурения скважин в рыхлых, в частности в четвертичных отложениях и техногенных грунтах с одновременным долговечным и экологически чистым беструбным креплением ствола скважины. Сущность изобретения: с целью повышения эффективности бурения в рыхлых четвертичных отложениях и техногенных грунтах, нижняя рабочая торцевая призабойная часть пенетратора выполнена в виде удлиненного породоразрушающего конуса, термоизолированного от основной части пенетратора. Это устройство исключает образование прочной прослойки расплава в зоне забоя, и тем самым обеспечивается достаточно высокая скорость бурения с одновременным формированием стенок скважины прочным слоем термически преобразованной породы, выполняющей роль обсадных труб, что существенно снижает материальные затраты и затраты времени на сооружение скважины. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для бурения горных пород без отбора керна, преимущественно в рыхлых породах, в частности в четвертичных отложениях и техногенных грунтах с одновременным долговечным и экологически чистым беструбным креплением ствола скважины.

Известно устройство для бурения скважин во льдах, включающее кольцевой корпус, торцевая часть которого образует керноприемную полость, размещенные внутри корпуса соосные медные кольца, спиральный электронагреватель и кольцевые теплоэлектроизолирующие элементы. Однако это устройство для бурения плавлением горной породы, температура плавления которой значительно выше температуры плавления льда, не пригодна из-за отсутствия в этом устройстве жаропрочных материалов [1].

Известно устройство для электротермического бурения скважин, включающее вращатель, штангодержатель, буровую штангу с волноводом, компрессор, магнетрон, шламопровод, пенетратор [2].

Данное устройство не обеспечивает достаточно высокой скорости бурения в рыхлых породах, поскольку наиболее высокая температура генерируется непосредственно на коническом кольцевом торце пенетратора и контактным путем через слой расплава передается горной породе. При этом за пределами слоя жидкой фазы расплава в рыхлой породе неизбежно образуется зона уплотненной и термически преобразованной породы за счет ее спекания и обжига.

Высокая плотность и прочность образующейся кристаллической фазы породы впереди забоя препятствует механическому движению пенетратора и многократно снижает скорость бурения.

Целью предлагаемого изобретения является повышение производительности и снижение затрат при сооружении скважин различного назначения с одновременным надежным креплением ствола скважины слоем термически преобразованной породы и остеклованным расплавом.

Поставленная цель достигается тем, что с целью повышения эффективности бурения рыхлых четвертичных отложений и техногенных грунтов, нижняя рабочая торцевая призабойная часть пенетратора выполнена в виде удлиненного породоразрушающего конуса, термоизолированного от основной части пенетратора.

На фиг. 1 показана общая схема устройства, обеспечивающего задавливание пенетратора с породоразрушающим удлиненным конусом; на фиг. 2 - устройство пенетратора с породоразрушающим удлиненным конусом.

Устройство для электротермического бурения скважин состоит из бурового станка 1 с системой принудительной подачи, бурильной колонны 2 состоящей из буровых штанг 3, в которых проложен электрический кабель 4, источника электрической энергии 5, переходника-кристаллизатора-формирователя 6, электрода 7, нагревательного элемента 8 и пенетратора 9, в котором нижняя рабочая торцевая призабойная часть пенетратора 9 выполнена в виде удлиненного породоразрушающего конуса 10, теплоизолированного от основной части пенетратора 9, а верхним торцом посредством переходника-кристаллизатора-формовате- ля 6 жестко соединен с буровой штангой 3 бурильной колонны 2.

Устройство работает следующим образом. После сборки бурового снаряда, в состав которого входят буровые штанги 3, оснащенные электрическим кабелем, пенетратор 9 с породоразрушающим удлиненным конусом 10 и постановки его на забой скважины включается источник электрической энергии 5 и по штангам 3, оснащенным электрическим кабелем 4 подается электроэнергия к нагревательному элементу 8 пенетратора 9.

Пенетратор 9 в сборе, нагретый до рабочей температуры 1300-2000^оС под действием бурового станка 1 с принудительной системой подачи через колонну 2, состоящей из буровых штанг 3 погружается в рыхлую породу, при этом в области высоких температур пенетратора 9 в его средней части происходит упрочнение и плавление горной породы, а в области кристаллизатора-формователя 6 происходит формирование стенок скважины прочным слоем термически преобразованной породы, выполняющим роль обсадных труб, что существенно снижает материальные затраты и затраты времени на сооружение скважин.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН, включающее буровую штангу, пенетратор, верхняя часть которого связана со штангой через переходник - кристаллизатор-формователь, электрод, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности бурения рыхлых четвертичных отложений и техногенных грунтов, нижняя рабочая торцевая призабойная часть пенетратора выполнена в виде удлиненного породоразрушающего конуса, термоизолированного от основной части пенетратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2