Способ кумуляции электрогидравлического удара и устройство для электрогидравлического бурения

Группа изобретений относится к горнодобывающей, нефтяной и газовой промышленности и может быть использована во многих отраслях народного хозяйства, где необходимо создание высоких давлений или направленного движения текущей среды, в частности в бурении скважин. Способ кумуляции электрогидравлического удара включает воспроизводство импульсного электрического разряда внутри жидкости между электродами или через токопроводящие элементы. Пары электродов, между которыми происходит разряд или находятся токопроводящие элементы, установлены под углом друг к другу, или к поверхности, или поверхностям, образуя свободное внутреннее пространство. Устройство для электрогидравлического бурения включает долото, в котором выполнена, по меньшей мере, одна полость, по краям которой установлены пары электродов, образующие свободное внутреннее пространство. Обеспечивает концентрацию энергии электрогидравлического удара, придание направленности и усиление значения давления, а также осуществление кумуляции энергии электрогидравлического удара на небольшом участке в забое скважины. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Группа изобретений относится к горнодобывающей, нефтяной и газовой промышленности и может быть использована во многих отраслях народного хозяйства, где необходимо создание высоких давлений или направленного движения текущей среды, в частности в бурении скважин.

Известен электрический способ получения высоких давлений в жидкостях, где высокое давление воспроизводят в результате импульсного электрического разряда внутри объема жидкости (см. авторское свидетельство SU №105011).

Осуществление электрических разрядов на нескольких разрядниках, расположенных произвольно, не позволяет, в полной мере, суммировать энергию давления жидкости, возникающую от каждого из разрядников.

Известен способ получения высоких давлений (см. авторское свидетельство SU №129945), где давления в жидкости получают путем испарения в ней действием импульсного разряда токопроводящих элементов в виде проволоки, ленты или трубки, замыкающих электроды. Причем токопроводящие элементы изгибают по контуру, придают им форму конической или сферической спирали, изгибают их в продольном и поперечном направлениях, применяют для усиления плоские или сферические отражатели, ориентированные необходимым образом относительно испаряющихся токопроводящих элементов.

Данный способ усиления давления с применением сложных форм токопроводящих элементов позволяет добиться лишь определенного предельного усиления давления, и его технологически сложно реализовать.

Известен снаряд для бурения скважин электрическими импульсными разрядами, состоящий из бурового наконечника, колонны бурильных труб с размещенным по оси колонны токопроводом, центрируемым посредством изоляционных шайб, имеющих отверстия для прокачивания промывочной жидкости, где токопровод выполнен с искровым зазором, и часть его, присоединяемая к буровому наконечнику, снабжена спиралью (см. авторское свидетельство SU №699839).

Недостатком является неэффективное использование электрогидравлического удара, при котором практически отсутствует концентрация энергии давления гидравлического удара, разрушающего породу в забое.

Известен буровой снаряд для бурения электрическими импульсными разрядами, состоящий из последовательно соединенных колонн бурильных труб и бурового наконечника, где источник высоковольтных импульсов расположен непосредственно в буровом снаряде, и импульсы подают с определенной частотой (см. заявку на изобретение RU №2005133268).

Недостатками являются рассеивание энергии электрогидравлического удара, отсутствие концентрации давления электрогидравлического удара, разрушающего породу в забое.

Была поставлена задача на концентрацию энергии электрогидравлического удара, придание направленности и усиление значения давления, а также осуществление кумуляции энергии электрогидравлического удара на небольшом участке в забое скважины.

Указанная задача решается тем, что в способе кумуляции электрогидравлического удара пары электродов, между которыми происходит разряд или находятся токопроводящие элементы, установлены под углом друг к другу, или к поверхности, или поверхностям, образуя свободное внутреннее пространство.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для электрогидравлического бурения в долоте выполнена, по меньшей мере, одна полость, по краям полости установлены пары электродов, образующие свободное внутреннее пространство.

Или между электродами осуществляется подача токопроводящих элементов.

Установка пар электродов, между которыми происходит разряд, или токопроводящих элементов под углом друг к другу, или к поверхности, или поверхностям, образуя свободное внутреннее пространство, позволяет концентрировать энергию электрогидравлического удара, придает направленность и усиливает значение давления.

Выполнение в долоте, по меньшей мере, одной полости, в которой по краям полости установлены пары электродов, образующие свободное внутреннее пространство, позволяет осуществить кумуляцию энергии электрогидравлического удара на небольшом участке в забое скважины.

Подача между электродами токопроводящих элементов по краям полости, находящейся в долоте, под углом друг к другу, образуя свободное внутреннее пространство, позволяет бесперебойно получать кумуляцию электрогидравлического удара в среде промывочной жидкости с любым составом и с меньшей разностью потенциалов между парами электродов.

Установка пар электродов или подача токопроводящих элементов по краям полости, выполненной в долоте, является достижением цели изобретений. Это позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

На фиг.1 изображено схематичное расположение токопроводящих элементов между парами электродов, установленными под углом друг к другу, образуя свободное внутреннее пространство.

На фиг.2 - вид слева на фиг.1.

На фиг.3 изображено схематичное расположение пар электродов, установленных под углом друг к другу, образуя свободное внутреннее пространство.

На фиг.4 - вид слева на фиг.3.

На фиг.5 изображено схематичное расположение токопроводящих элементов между парами электродов, установленными под углом к поверхности, образуя свободное внутреннее пространство.

На фиг.6 - вид слева на фиг.5.

На фиг.7 - вид сверху на фиг.5.

На фиг.8 изображено схематичное расположение пар электродов, установленных под углом к поверхности, образуя свободное внутреннее пространство.

На фиг.9 - вид слева на фиг.8.

На фиг.10 - вид сверху на фиг.8.

На фиг.11 изображено схематично долото, в котором выполнена полость. По краям полости установлены пары электродов.

На фиг.12 изображено схематично долото, в котором выполнена полость, по краям полости которого установлены пары электродов, и между электродами находятся токопроводящие элементы.

Примеры осуществления способа кумуляции электрогидравлического удара.

Пример 1.

Между парами электродов 1 подаются токопроводящие элементы 2 (способ подачи и закрепления токопроводящих элементов 2 условно не показан). Затем одновременно на все пары электродов 1 подается напряжение. Электрогидравлический удар от каждого отдельно взорвавшегося токопроводящего элемента 2 распространяется под углом к центральной линии свободной внутренней полости. При этом возникает эффект кумуляции с резким возрастанием давления в месте соударения фронтов ударной волны от каждого взорвавшегося токопроводящего элемента 2. Из-за расположения токопроводящих элементов 2 под углом друг к другу и из-за резкого возрастания давления в центре полости возникает направленное движение жидкости в одну сторону с большой скоростью.

Токопроводящие элементы 2 могут быть установлены под углом к поверхности 5, образуя свободное внутреннее пространство. Поверхность 5 может быть образована несколькими поверхностями и иметь определенную конфигурацию.

Пример 2.

Между парами электродов 1, закрепленными на каркасе 3, подается напряжение. Фронт ударной волны, отдельно от каждой пары электродов 1, распространяется под углом к центральной линии свободной внутренней полости. В месте соударения ударных волн от каждой пары электродов 1 возникает эффект кумуляции с резким возрастанием давления. Из-за расположения пар электродов 1 под углом друг к другу и из-за резкого возрастания давления в центре полости возникает направленное движение жидкости в одну сторону с большой скоростью.

На корпусе 3 между парами электродов 1 могут быть установлены диэлектрические экраны 4 для предотвращения случайного электрического пробоя между электродами из соседних пар электродов 1.

Пары электродов 1 могут быть установлены под углом к поверхности 5, образуя свободное внутреннее пространство. Поверхность 5 может быть образована несколькими поверхностями и иметь определенную конфигурацию.

Возможно использование физического эффекта выделения энергии связи из электропроводящих материалов (см. патент РФ №2145147).

Долото содержит корпус 6, в котором выполнена, как минимум, одна полость 7. По краям полости 7 установлены пары электродов 1 (расположение пар электродов 1 может быть различным, и варианты расположения условно не показаны). Полость 7 сообщается с каналом 8. Возможно корпус 6 армировать вставками из сверхтвердых материалов 9.

Устройство для электрогидравлического бурения работает следующим образом.

На пары электродов 1 подается напряжение. Фронт ударной волны, отдельно от каждой пары электродов 1, распространяется под углом к центральной линии полости 7.

Возникает эффект кумуляции с резким возрастанием давления в центре полости 7. Жидкость из полости 7 движется наружу с большой скоростью. Новая порция жидкости для очередного цикла может поступать из канала 8.

Для кумуляции электрогидравлического удара возможно использование токопроводящих элементов 2 (способ и механизм подачи в долото токопроводящих элементов 2 могут быть различными и условно не изображены). Токопроводящие элементы 2 будут подводиться к парам электродов 1 циклически или непрерывно.

Возможность осуществления изобретения и обеспечения при этом технического результата, выражающегося в концентрации энергии электрогидравлического удара, придании направленности и усилении значения давления, в осуществлении кумуляции энергии электрогидравлического удара на небольшом участке в забое скважины, подтверждена приведенными чертежами и описанием способа кумуляции электрогидравлического удара и устройства для электрогидравлического бурения в статическом состоянии и в действии.

Это свидетельствует о том, что заявляемое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации с использованием существующих современных технологий.

1. Способ кумуляции электрогидравлического удара, включающий воспроизводство импульсного электрического разряда внутри жидкости между электродами или через токопроводящие элементы, отличающийся тем, что пары электродов, между которыми происходит разряд или находятся токопроводящие элементы, установлены под углом друг к другу, или к поверхности, или поверхностям, образуя свободное внутреннее пространство.

2. Устройство для электрогидравлического бурения, включающее долото, в котором выполнена, по меньшей мере, одна полость, отличающееся тем, что по краям полости установлены пары электродов, образующие свободное внутреннее пространство.

3. Устройство для электрогидравлического бурения по п.2, отличающееся тем, что между электродами осуществляется подача токопроводящего элемента.