[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2524101C2 - Electric pulse well drilling and electric pulse drill tip - Google Patents

Electric pulse well drilling and electric pulse drill tip Download PDF

Info

Publication number
RU2524101C2
RU2524101C2 RU2011111014/03A RU2011111014A RU2524101C2 RU 2524101 C2 RU2524101 C2 RU 2524101C2 RU 2011111014/03 A RU2011111014/03 A RU 2011111014/03A RU 2011111014 A RU2011111014 A RU 2011111014A RU 2524101 C2 RU2524101 C2 RU 2524101C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrode
voltage
drilling
grounded
electric pulse
Prior art date
Application number
RU2011111014/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011111014A (en
Inventor
Николай Данилович Рязанов
Наталья Григорьевна Рязанова
Original Assignee
Николай Данилович Рязанов
Наталья Григорьевна Рязанова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Данилович Рязанов, Наталья Григорьевна Рязанова filed Critical Николай Данилович Рязанов
Priority to RU2011111014/03A priority Critical patent/RU2524101C2/en
Publication of RU2011111014A publication Critical patent/RU2011111014A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2524101C2 publication Critical patent/RU2524101C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

FIELD: oil-and-gas industry.
SUBSTANCE: invention relates to well and shaft drilling. Drilling of solid bodies by electric pulse discharges comprises destruction of said bodies by high-voltage electric discharges between HV and grounded electrodes by electric pulse drill tip. Descending flow of flushing electrically conducting fluid destructs solid bodies to form gas cavity nearby working area naked end of HV electrode. Drill tip comprises HV and grounded electrodes isolated by insulator furnished with openings for feed of flushing fluid. HV electrode is shaped to skirt while central grounded electrode is spring loaded. Said drill tip is equipped with second grounded electrode composed of ring arranged above HV electrode.
EFFECT: higher efficiency and ecological safety.
2 cl, 2 dwg, 4 tbl

Description

Изобретение относится к способам и устройствам бурения скважин и стволов при геологоразведочных работах, для проходки горных выработок в горнодобывающей промышленности, в нефтегазодобывающих отраслях, разрушения твердых тел в строительстве, при строительстве опор линий электропередач, и может быть использовано для бурения скважин в районах вечной мерзлоты со скальными грунтами, с грунтами повышенной твердости, для разрушения бетонных и железобетонных изделий, прорезания щелей в бетонных и железобетонных изделиях.The invention relates to methods and devices for drilling wells and shafts during geological exploration, for sinking mining in the mining industry, in the oil and gas industry, the destruction of solids in construction, in the construction of power transmission towers, and can be used for drilling wells in permafrost areas with rocky soils, with soils of increased hardness, for the destruction of concrete and reinforced concrete products, cutting holes in concrete and reinforced concrete products.

Известен способ электроимпульсного бурения скважин и разрушения твердых тел. Так, например, известен электроимпульсный способ бурения скважин и буровая установка (Бажов В.Ф., Семкин Б.В., Адам А.М. Оптимизация электроимпульсного разрушения горных пород и искусственных материалов. // Известия высших учебных заведений «Физика». - 1996. - №4. - С.106-109).A known method of electric pulse drilling of wells and the destruction of solids. So, for example, the electric-pulse method of drilling wells and a drilling rig is known (Bazhov V.F., Semkin B.V., Adam A.M. Optimization of electric-pulse destruction of rocks and artificial materials. // News of Higher Educational Establishments “Physics.” - 1996. - No. 4. - S.106-109).

Сущность данного способа заключается в том, что на электроды бурового наконечника, установленного на горную породу, которая покрыта промывочной жидкостью, подают импульсы высокого напряжения микросекундной длительности. Происходит внедрение канала электрического разряда в горную породу с последующим ее разрушением вокруг канала электрического пробоя с отрывом находящейся под ним горной породы. При этом время воздействия импульса напряжения до пробоя выбирают в зависимости от длины межэлектродного промежутка.The essence of this method lies in the fact that the electrodes of the drill bit mounted on the rock, which is covered with a flushing fluid, serves high voltage pulses of microsecond duration. An electric discharge channel is introduced into the rock with its subsequent destruction around the electric breakdown channel with the separation of the rock below it. In this case, the exposure time of the voltage pulse to the breakdown is chosen depending on the length of the interelectrode gap.

Основным недостатком известного способа является сложность изменения времени воздействия импульсов напряжения.The main disadvantage of this method is the complexity of changing the time of exposure to voltage pulses.

Известно устройство бурения твердых тел электрическими импульсными разрядами. Так, например, известен электроимпульсный буровой наконечник SU (а.с. 730027 от 30.12.1971 г., опубл. 16.04.1994 г.). Сущность бурового наконечника заключается в том, что он состоит из высоковольтной и заземленной электродных систем, разделенных диэлектриком, причем к рабочим поверхностям высоковольтной электродной системы прикреплены диэлектрические подкладки. Наличие диэлектрических подкладок вызывает резкое искажение электрического поля у торцевой части высоковольтных электродов и, как следствие, приводит к увеличению скорости развития канала разряда, что повышает вероятность и глубину внедрения разрядов в горную породу.A device for drilling solids with electric pulse discharges. So, for example, the SU electric impulse drill bit is known (AS 730027 dated 12/30/1971, publ. 04/16/1994). The essence of the drill bit is that it consists of high-voltage and grounded electrode systems separated by a dielectric, and dielectric pads are attached to the working surfaces of the high-voltage electrode system. The presence of dielectric pads causes a sharp distortion of the electric field at the end of the high-voltage electrodes and, as a result, leads to an increase in the rate of development of the discharge channel, which increases the likelihood and depth of the introduction of discharges into the rock.

Основным недостатком данного устройства бурения твердых тел электрическими импульсными разрядами является способность бурения только при использовании электроизоляционных промывных буровых растворов и высокая вероятность зависания бурового снаряда в скважине.The main disadvantage of this device for drilling solids with electric impulse discharges is the ability to drill only when using electrical insulating flushing drilling fluids and a high probability of a drill hanging in the well.

Известен также другой электроимпульсный способ бурения скважин (Семкин Б.В., Усов А.Ф., Курец В.И. Основы электроимпульсного разрушения материалов. - С.-Пб.: Наука, 1995 - С.7-11, 34-62, 220-224 и С.11-16, 231-240). Этот способ заключается в том, что разрушаемую горную породу помещают в жидкость, которая является электроизоляционной при заданных параметрах высоковольтных импульсов. При подаче импульсов высокого напряжения на электроды происходит внедрение разряда в горную породу и ее разрушение. При этом оптимизируют несколько параметров.Another electropulse method of drilling wells is also known (Semkin B.V., Usov A.F., Kurets V.I. Fundamentals of electropulse fracture of materials. - S.-Pb .: Nauka, 1995 - P.7-11, 34-62 , 220-224 and C.11-16, 231-240). This method consists in the fact that the destructible rock is placed in a liquid that is electrical insulating for given parameters of high-voltage pulses. When applying high voltage pulses to the electrodes, the discharge is introduced into the rock and its destruction. At the same time, several parameters are optimized.

Основным недостатком этого способа аналога является оптимизация только части параметров для электрического пробоя горной породы, причем пробоя при противостоящих электродах. Однако при бурении скважин условия заметно отличаются, так как у горной породы в скважине лишь одна обнаженная поверхность, на которую и накладывают электроды.The main disadvantage of this analogue method is the optimization of only part of the parameters for electrical breakdown of the rock, and breakdown with opposing electrodes. However, when drilling wells, the conditions differ markedly, since the rock in the well has only one exposed surface, on which the electrodes are applied.

Наиболее близким к предложенному нами способу и устройству бурения твердых тел является выбранный нами за прототип электроимпульсный способ бурения скважин и буровой наконечник (патент RU № 2123596, C1, МПК E21C 37/18 от 14.10.1996 г., опубл. 20.12.1998 г., Бюл. №35).Closest to our proposed method and device for drilling solids is the electropulse method of drilling wells and a drill bit that we have chosen for the prototype (patent RU No. 2123596, C1, IPC E21C 37/18 from 10/14/1996, publ. 12/20/1998 Bull. No. 35).

По выбранному за прототип способу разрушение горных пород, находящихся под слоем электроизоляционной промывочной жидкости, осуществляют высоковольтными импульсными разрядами, которые происходят внутри горной породы, причем основные параметры бурения выбирают из условий, зависящих от экспериментальных значений амплитуды импульсного напряжения пробоя горной породы в промывочной жидкости, от числа электродов бурового наконечника, межэлектродного промежутка бурового наконечника и диаметра бурового наконечника, частоты следования электрических импульсов, выраженных эмпирическими зависимостями.According to the method selected for the prototype, the destruction of rocks located under a layer of electrical insulating washing liquid is carried out by high-voltage pulse discharges that occur inside the rock, and the main drilling parameters are selected from conditions that depend on the experimental values of the amplitude of the pulse voltage of the breakdown of rocks in the washing liquid, from the number of electrodes of the drill bit, the interelectrode gap of the drill bit and the diameter of the drill bit, the repetition frequency electric impulses expressed by empirical dependencies.

Основным недостатком этого способа является использование в качестве промывочной жидкости только электроизоляционной промывочной жидкости. Как правило, основой этих жидкостей являются жидкости на основе нефти (например, соляровое масло). Это является в первую очередь нарушением экологической обстановки не только места бурения скважины, но и подверженность загрязнения подземной среды продуктами промывочной жидкости - попадания продуктов промывочной жидкости в водоносные горизонты и их загрязнение. Этот факт сильно ограничивает возможности применения данного способа бурения скважин.The main disadvantage of this method is the use as a washing liquid only electrical insulating washing liquid. Typically, these liquids are based on petroleum based liquids (e.g., solar oil). This is, first of all, a violation of the ecological situation not only of the well drilling site, but also the susceptibility of underground pollution by washing fluid products - washing fluid products entering aquifers and their pollution. This fact greatly limits the applicability of this method of drilling wells.

Выбранное за прототип устройство представляет буровой наконечник, приведенный на фиг.1 (патент № 2123596) и состоящий из высоковольтного и заземленного электродов, разделенных твердым изолятором.The device selected for the prototype represents the drill bit shown in FIG. 1 (patent No. 2123596) and consisting of high-voltage and grounded electrodes separated by a solid insulator.

Основным недостатком известного способа и устройства бурения твердых тел электрическими импульсными разрядами является отсутствие возможности использования для промывки скважин электропроводной промывочной жидкости, например воды или растворов на ее основе.The main disadvantage of the known method and device for drilling solids by electrical impulse discharges is the inability to use electrically conductive washing liquid, for example water or solutions based on it, for washing wells.

Техническим результатом предложенных нами способа и устройства является возможность применения электропроводных промывочных жидкостей. Предложенный способ и устройство позволяют также устранить основные недостатки известных технических решений и повысить эффективность и экологическую безопасность бурения скважин электроимпульсным способом.The technical result of the proposed method and device is the possibility of using electrically conductive flushing liquids. The proposed method and device can also eliminate the main disadvantages of the known technical solutions and increase the efficiency and environmental safety of well drilling by the electric pulse method.

Указанный технический результат, согласно предложенному решению, достигается тем, что в предложенном способе бурения твердых тел электрическими импульсными разрядами, включающем разрушение твердых тел непосредственно высоковольтными импульсными электрическими разрядами в твердых телах между высоковольтным и заземленным электродами электроимпульсного бурового наконечника, в процессе разрушения твердых тел нисходящим потоком электропроводной промывной жидкости образуют газовую полость вокруг призабойного оголенного конца высоковольтного электрода.The specified technical result, according to the proposed solution, is achieved by the fact that in the proposed method of drilling solids by electric pulse discharges, including the destruction of solids directly by high voltage pulsed electric discharges in solids between a high voltage and a grounded electrodes of an electric pulse drill bit, in the process of destruction of solids by a downward flow conductive wash fluid form a gas cavity around the bottom of the bare end is high volt electrode.

Указанный технический результат достигается также тем, что в предложенном электроимпульсном буровом наконечнике, содержащем высоковольтный и заземленный электроды, разделенные изолятором, выполненным с окнами для подачи промывочной жидкости, согласно предложенному решению высоковольтный электрод выполнен в виде юбки, а центральный заземленный электрод выполнен подпружиненным, причем электроимпульсный буровой наконечник снабжен вторым заземленным электродом, выполненным в виде кольца, расположенным выше высоковольтного электрода.The specified technical result is also achieved by the fact that in the proposed electropulse drill bit containing high-voltage and grounded electrodes separated by an insulator made with windows for supplying flushing fluid, according to the proposed solution, the high-voltage electrode is made in the form of a skirt, and the central grounded electrode is spring-loaded, and the electric pulse the drill bit is equipped with a second grounded electrode made in the form of a ring located above the high-voltage electrode .

Пример конкретного выполнения предложенного способа. Для сравнения предложенного и известного способов электроимпульсного бурения был изготовлен экспериментальный буровой наконечник, конструкция которого изображена на Фиг.1. Высоковольтный электрод 1 установлен по оси бурового снаряда диаметром 12 мм, который имеет подпружиненный 2 ход 40 мм. Заземленный электрод 3 является продолжением наружного корпуса 4 бурового снаряда наружным диаметром 89 мм, расширяющейся конусообразно в сторону забоя наружным диаметром 100 мм. Электроды 1 и 3 разделены твердым изолятором из полиэтилена 5. Внутри корпуса 4 соосно расположена труба 6 наружным диаметром 68 мм. Внутри трубы 6 соосно расположен высоковольтный токовод 7, который изолирован от трубы 6 изолятором 5. Промежуток между трубами 4 и 6 используется для прокачки промывочной жидкости 8. В изоляторе 5 имеются окна 9 для подачи промывочной жидкости 8. На образце горной породы 10 (использовалась горная порода - песчаник) установлен превентор 11, который обеспечивает герметизацию промывочной жидкости от разлива по поверхности и сбора твердых продуктов от бурения в скважине. К превентору 11 подсоединен промывочный насос 12 с системой очистки от продуктов бурения, который подает промывочную жидкость к буровому наконечнику.An example of a specific implementation of the proposed method. To compare the proposed and known methods of electric pulse drilling, an experimental drill bit was manufactured, the design of which is shown in Fig. 1. The high-voltage electrode 1 is installed along the axis of the drill with a diameter of 12 mm, which has a spring-loaded 2 stroke of 40 mm. The grounded electrode 3 is a continuation of the outer casing 4 of the drill string with an outer diameter of 89 mm, expanding cone-shaped towards the bottom face with an outer diameter of 100 mm. The electrodes 1 and 3 are separated by a solid insulator made of polyethylene 5. Inside the housing 4, a pipe 6 is coaxially arranged with an outer diameter of 68 mm. Inside the pipe 6, a high-voltage current lead 7 is coaxially located, which is isolated from the pipe 6 by the insulator 5. The gap between the pipes 4 and 6 is used to pump the flushing fluid 8. In the insulator 5 there are windows 9 for supplying the flushing fluid 8. On the rock sample 10 (rock was used rock - sandstone) a preventer 11 is installed, which provides sealing of the flushing fluid from spills on the surface and collecting solid products from drilling in the well. A flushing pump 12 is connected to the preventer 11 with a drilling product purification system that supplies flushing fluid to the drill bit.

Для проведения сравнительных испытаний в качестве промывочных жидкостей использовалась техническая вода и дизельное топливо. При бурении измерялись следующие параметры: напряжение пробоя горной породы, энергия электрического разряда, количество импульсов и средний объем разрушенной горной породы за один импульс. Расход промывной жидкости замерялся жидкостным расходомером и подбирался исходя из оптимального расхода, необходимого для удаления продуктов бурения и образования парогазовой полости 13 (Фиг.1 и Фиг.2) вокруг призабойного оголенного конца высоковольтного электрода 1.For comparative tests, industrial water and diesel fuel were used as flushing liquids. During drilling, the following parameters were measured: breakdown voltage of the rock, energy of the electric discharge, the number of pulses and the average volume of the destroyed rock in one pulse. The flow rate of the washing liquid was measured by a liquid flow meter and was selected based on the optimal flow rate required to remove the drilling products and the formation of a gas-vapor cavity 13 (Fig. 1 and Fig. 2) around the bottom-hole exposed end of the high-voltage electrode 1.

Первоначальные эксперименты проведены по определению пробивных напряжений и удельных энергозатрат на 1 кубический сантиметр пробуренной породы экспериментального бурового снаряда при отсутствии промывки, при заполненной системе водой (Таблица 1)и при заполненной системе дизельным топливом (Таблица 2). Пробой горной породы осуществлялся на фронте импульса напряжения.Initial experiments were carried out to determine the breakdown stress and specific energy consumption per 1 cubic centimeter of drilled rock of an experimental drill bit in the absence of flushing, when the system was filled with water (Table 1) and when the system was filled with diesel fuel (Table 2). The breakdown of the rock was carried out at the front of the voltage pulse.

Таблица 1Table 1 Uпр, кВU pr , kV 180180 200200 220220 250250 280280 330330 350350 400400 450450 500500 W, Дж/см3 W, J / cm 3 нет пробоя горной породыno rock breakdown нет пробоя горной породыno rock breakdown нет пробоя горной породыno rock breakdown нет пробоя горной породыno rock breakdown нет пробоя горной породыno rock breakdown 350350 320320 290290 260260 240240

Таблица 2table 2 Uпр, кВU pr , kV 180180 200200 220220 250250 280280 330330 350350 400400 450450 500500 W, Дж/см3 W, J / cm 3 нет пробоя горной породыno rock breakdown нет пробоя горной породыno rock breakdown нет пробоя горной породыno rock breakdown 310310 280280 230230 180180 190190 220220 250250

Из данных, приведенных в таблицах 1 и 2, видно, что при напряжении ниже минимального рабочего (для воды Up=350 кВ, а для дизельного топлива Up=310 кВ) нет внедрения канала разряда в горную породу и, как следствие, отсутствует ее разрушение. Повышение напряжения приводит к возникновению пробоя в горной породе и ее разрушению, но при этом вероятность внедрения канала разряда в горную породу меньше 100%.From the data given in tables 1 and 2, it can be seen that at a voltage below the minimum working one (for water Up = 350 kV, and for diesel fuel Up = 310 kV) there is no introduction of the discharge channel into the rock and, as a result, there is no destruction . An increase in voltage leads to breakdown in the rock and its destruction, but the probability of introducing a discharge channel into the rock is less than 100%.

Дальнейшие испытания экспериментального бурового снаряда проводились с использованием промывки. Для данного диаметра бурового снаряда экспериментально был установлен оптимальный расход промывочной жидкости, равный 15 м3/час, и в последующих испытаниях этот расход промывочной жидкости оставался неизменным.Further testing of the experimental drill was carried out using flushing. For a given diameter of the drill, the optimum flushing fluid flow rate of 15 m 3 / h was experimentally established, and in subsequent tests this flushing fluid flow rate remained unchanged.

В таблице 3 приведены экспериментальные данные при бурении, где в качестве промывочной жидкости использовалась техническая вода.Table 3 shows the experimental data during drilling, where industrial water was used as a flushing fluid.

Таблица 3Table 3 Uпр, кВU pr , kV 200200 220220 250250 300300 350350 400400 450450 500500 Wимп, ДжW imp , J 320320 387387 500500 720720 980980 12801280 16201620 20002000 Nимп N imp 150150 150150 150150 150150 150150 150150 150150 150150 Q с р . и м п с м 3

Figure 00000001
Q from R . and m P from m 3
Figure 00000001
1.71.7 2,42,4 3.53.5 5.65.6 6.16.1 5.85.8 5.45.4 4,64.6 Q ж и д к . м 3 / ч а с
Figure 00000002
Q well and d to . m 3 / h but from
Figure 00000002
15fifteen 15fifteen 15fifteen 15fifteen 15fifteen 15fifteen 15fifteen 15fifteen

В таблице 4 приведены экспериментальные данные при бурении, где в качестве промывочной жидкости использовалось дизельное топливо.Table 4 shows the experimental data during drilling, where diesel was used as a flushing fluid.

Таблица 4Table 4 Uпр кВU pr kV 200200 220220 250250 300300 350350 400400 450450 500500 Wимп ДжW imp j 320320 387387 500500 720720 980980 12801280 16201620 20002000 Nимп N imp 150150 150150 150150 150150 150150 150150 150150 150150 Q с р . и м п с м 3

Figure 00000003
Q from R . and m P from m 3
Figure 00000003
1.81.8 2,62.6 3.73.7 5.85.8 6.36.3 5.95.9 5.55.5 4,84.8 Q ж и д к . м 3 / ч а с
Figure 00000002
Q well and d to . m 3 / h but from
Figure 00000002
15fifteen 15fifteen 15fifteen 15fifteen 15fifteen 15fifteen 15fifteen 15fifteen

Из экспериментальных данных, приведенных в таблицах 3 и 4, видно, что электроимпульсное бурение при использовании воды в качестве промывочной жидкости по своим характеристикам практически не уступает электроимпульсному бурению при использование дизельного топлива в качестве промывочной жидкости. Предложенный способ даже превосходит ранее известный по энергетическим показателям, а именно: происходит снижение уровня напряжения на пробой горной породы и, как следствие, снижение энергетических затрат на процесс разрушения горной породы. Этот факт можно объяснить исходя из следующего. Известно, что пробой твердых диэлектриков в первую очередь зависит от напряженности электрического поля в твердом диэлектрике (см., например книгу «Техника высоких напряжений»./ Под ред. Чл. Кор. АН СССР М.В. Костенко, стр.126÷133, -М.:«Высшая школа», 1973 г.), при достижении которой в твердом диэлектрике образуется канал проводимости и, как следствие, его пробой. В сильнонеоднородных полях электрический разряд возникает только в области высокой напряженности поля вблизи электродов с малым радиусом кривизны. В предлагаемом устройстве и способе после приложения напряжения к высоковольтному электроду 1 (см. Фиг.1) при достижении некоторого критического напряжения происходит пробой газовой полости 13 и образуется высокопроводящий канал разряда. Напряженность электрического поля на конце данного канала на несколько порядков выше (диаметр канала незавершенного разряда меньше микрона), чем в стационарной системе электродов,и изменение напряженности поля происходит за время меньше 10-7 сек (определяется временем пробоя газовой полости). Также известно, что на коротких временах воздействия напряжения (менее 10-5÷10-6 сек), электрическая прочность жидких диэлектриков становится выше, чем твердых диэлектриков (Семкин Б.В., Усов А.Ф., Курец В.И. Основы электроимпульсного разрушения материалов. - С.-Пб.: Наука, 1995. - С.7-11). После пробоя газовой полости происходит пробой слоя жидкости между газовой полостью и твердым телом (если таковая имеется), а затем происходит пробой твердого тела (горной породы), и под действием выделяющейся в канале разряда энергии происходит разрушение горной породы. Вероятность пробоя горной породы увеличивается практически до 100%, а напряжение пробоя снижается за счет более высокой напряженности электрического поля в разрядном промежутке.From the experimental data shown in tables 3 and 4, it can be seen that electropulse drilling when using water as a flushing fluid in its characteristics is practically not inferior to electropulse drilling when using diesel fuel as a flushing fluid. The proposed method even surpasses the previously known energy indicators, namely: there is a decrease in the level of stress on the breakdown of the rock and, as a result, a decrease in energy costs for the process of destruction of the rock. This fact can be explained on the basis of the following. It is known that the breakdown of solid dielectrics primarily depends on the electric field strength in a solid dielectric (see, for example, the book “High Voltage Technique” ./ Edited by Corresponding Member of the USSR Academy of Sciences MV Kostenko, pp. 126 ÷ 133 , -M.: “Higher school”, 1973), upon reaching which a conduction channel is formed in a solid dielectric and, as a result, its breakdown. In strongly inhomogeneous fields, an electric discharge occurs only in the region of high field strength near electrodes with a small radius of curvature. In the proposed device and method, after applying voltage to the high-voltage electrode 1 (see FIG. 1), when a certain critical voltage is reached, a breakdown of the gas cavity 13 occurs and a highly conductive discharge channel is formed. The electric field strength at the end of this channel is several orders of magnitude higher (the diameter of the incomplete discharge channel is less than a micron) than in a stationary electrode system, and the field strength changes in less than 10 -7 seconds (determined by the breakdown time of the gas cavity). It is also known that for short periods of exposure to voltage (less than 10 -5 ÷ 10 -6 sec), the dielectric strength of liquid dielectrics becomes higher than that of solid dielectrics (Semkin B.V., Usov A.F., Kurets V.I. Electropulse fracture of materials. - S.-Pb .: Nauka, 1995. - S.7-11). After the breakdown of the gas cavity, a breakdown of the liquid layer occurs between the gas cavity and the solid (if any), and then a breakdown of the solid (rock) occurs, and the rock is destroyed by the energy released in the discharge channel. The probability of rock breakdown increases to almost 100%, and the breakdown voltage decreases due to the higher electric field strength in the discharge gap.

Также известно, что для уменьшения предпробивных потерь в электродных системах, заполненных водой, площадь высоковольтного электрода, контактирующего с водой, должна быть минимальной (см., например, Г.А. Гулый, П.П. Малюшевский. Высоковольтный электрический разряд в силовых импульсных системах. -Киев, :«Наукова Думка», 1977, С.30-34).It is also known that in order to reduce pre-breakdown losses in electrode systems filled with water, the area of the high-voltage electrode in contact with water should be minimal (see, for example, G. A. Guly, P. P. Malyushevsky. High-voltage electric discharge in power pulsed systems. -Kiev, “Naukova Dumka”, 1977, S.30-34).

Конкретное выполнение предложенного способа и устройства бурения твердых тел электрическими импульсными разрядами.A specific implementation of the proposed method and device for drilling solids with electric pulse discharges.

Электроимпульсный буровой наконечник (Фиг.1 и Фиг.2), состоящий из высоковольтного 1 и заземленного 3 электродов, разделенных изолятором 5 с окнами 9 для подачи промывочной жидкости 8. Поток промывочной жидкости 8 на основе воды, поступающей через окна 9 в изоляторе 5, разделяющем высоковольтный 1 и 3 электроды, образует вокруг высоковольтного электрода 1 газовую полость 13, обеспечивающую отсутствие контакта оголенных частей высоковольтного электрода с промывочной жидкостью.Electric pulse drill bit (Figure 1 and Figure 2), consisting of a high-voltage 1 and a grounded 3 electrodes separated by an insulator 5 with windows 9 for supplying flushing fluid 8. The flow of flushing fluid 8 based on water entering through the windows 9 in the insulator 5, separating the high-voltage electrodes 1 and 3, forms a gas cavity 13 around the high-voltage electrode 1, which ensures that the exposed parts of the high-voltage electrode are not contacted with the washing liquid.

Кроме того (Фиг.2), высоковольтный электрод 1 выполнен в виде юбки, рабочей поверхностью которой является торец широкой части электрода, причем два заземленных электрода 3 расположены: один по центру бурового наконечника, а второй заземленный электрод 3 в виде кольца расположен выше высоковольтного, который соединен с наружным корпусом 4.In addition (Figure 2), the high-voltage electrode 1 is made in the form of a skirt, the working surface of which is the end of the wide part of the electrode, and two grounded electrodes 3 are located: one in the center of the drill bit, and the second grounded electrode 3 in the form of a ring is located above the high-voltage which is connected to the outer casing 4.

Принцип действия предлагаемого способа и устройства бурения твердых тел электрическими импульсными разрядами заключается в следующем. Привентор 11 заполняется промывочной жидкостью 8 на основе воды. Запускается промывной насос 12. Под действием нисходящего потока промывочной жидкости, поступающей через промывочные окна 9, образуется газовая полость 13 вокруг оголенной части высоковольтного электрода 1, которая изолирует высоковольтный электрод от прямого контакта с промывочной жидкостью. После выхода системы промывки на рабочий режим (полного заполнения системы промывки промывочной жидкостью и удаления остатков воздуха из системы промывки) включается источник импульсов высокого напряжения. Импульсы высокого напряжения поступают на электродную систему 1 и 3 электроимпульсного бурового наконечника. Под действием высокого напряжения на высоковольтном электроде происходит пробой газовой полости 13, окружающей высоковольтный электрод 1, затем происходит пробой промывочной жидкости 8, а затем пробой горной породы 10. Под действием высоковольтных разрядов происходит отрыв и разрушение горной породы 10. Первоначально пробой горной породы и ее разрушение происходит в нижней торцевой части бурового снаряда. По мере углубления забоя происходит выдвижение центральной части заземленного электрода 3 (фиг.2) под действием пружины 2 и межэлектродный промежуток увеличивается. Расстояние между высоковольтным электродом 1 и боковым заземленным кольцевым электродом 3 становится соизмеримым с межэлектродным промежутком, расположенным в торцевой части и высоковольтные разряды образуются между высоковольтным электродом 1 и кольцевым заземленным электродом 3. В результате этих разрядов происходит пробой и разрушение горной породы по периферии бурового снаряда, что способствует образованию более широкого диаметра скважины и независанию бурового снаряда в самой скважине, также это способствует образованию более широкого канала для выноса продуктов бурения на поверхность. Продукты бурения вместе с промывочной жидкостью по затрубному пространству попадают в превентор, из которого они любым известным способом удаляются, а очищенная промывочная жидкость вновь поступает в забой.The principle of operation of the proposed method and device for drilling solids with electric pulse discharges is as follows. Pridentor 11 is filled with water-based flushing fluid 8. The washing pump 12 is started. Under the action of a downward flow of washing liquid entering through the washing windows 9, a gas cavity 13 is formed around the exposed part of the high voltage electrode 1, which isolates the high voltage electrode from direct contact with the washing liquid. After the rinsing system has entered the operating mode (the rinsing system has been completely filled with rinsing liquid and air has been removed from the rinsing system), the high voltage pulse source is turned on. High voltage pulses are supplied to the electrode system 1 and 3 of the electric pulse drill bit. Under the action of high voltage on the high-voltage electrode, a breakdown of the gas cavity 13 surrounding the high-voltage electrode 1 occurs, then breakdown of the flushing fluid 8, and then breakdown of the rock 10. Under the action of high-voltage discharges, rock breaks off and breaks down. destruction occurs in the lower end of the drill. As the bottom deepens, the central part of the grounded electrode 3 extends (FIG. 2) under the action of the spring 2 and the interelectrode gap increases. The distance between the high-voltage electrode 1 and the side grounded ring electrode 3 becomes commensurate with the interelectrode gap located in the end part and high-voltage discharges are formed between the high-voltage electrode 1 and the ring grounded electrode 3. As a result of these discharges, rock breakdown and destruction occurs around the periphery of the drill, which contributes to the formation of a wider diameter of the well and the independence of the drill in the well itself, it also contributes to the formation of more a wide channel for the removal of drilling products to the surface. The drilling products together with the flushing fluid enter the preventer through the annulus, from which they are removed by any known method, and the cleaned flushing fluid again enters the face.

Отсутствие необходимости поворота бурового снаряда относительно его оси, постоянство электрических полей в забойной части между электродной системой, использование в качестве промывочной жидкости жидкостей на основе воды (или чисто технической воды), дает несомненные преимущества предлагаемого способа и устройства бурения твердых тел электрическими импульсными разрядами перед известными способами электроимпульсного бурения.The absence of the need to rotate the drill bit about its axis, the constancy of electric fields in the bottomhole between the electrode system, the use of liquids based on water (or purely industrial water) as washing liquid, gives the undoubted advantages of the proposed method and device for drilling solids with electric pulse discharges over the known electric pulse drilling methods.

Claims (2)

1. Способ бурения твердых тел электрическими импульсными разрядами, включающий разрушение твердых тел непосредственно высоковольтными импульсными электрическими разрядами в твердых телах между высоковольтным и заземленным электродами электроимпульсного бурового наконечника, отличающийся тем, что в процессе разрушения твердых тел нисходящим потоком электропроводной промывной жидкости образуют газовую полость вокруг призабойного оголенного конца высоковольтного электрода.1. The method of drilling solids by electrical impulse discharges, including the destruction of solids directly by high-voltage pulsed electrical discharges in solids between high-voltage and grounded electrodes of an electric impulse drill bit, characterized in that during the destruction of solids by a downward flow of electrically conductive washing fluid they form a gas cavity around the bottom hole the bare end of the high voltage electrode. 2. Электроимпульсный буровой наконечник, содержащий высоковольтный и заземленный электроды, разделенные изолятором, выполненным с окнами для подачи промывочной жидкости, отличающийся тем, что высоковольтный электрод выполнен в виде юбки, а центральный заземленный электрод выполнен подпружиненным, причем электроимпульсный буровой наконечник снабжен вторым заземленным электродом, выполненным в виде кольца, расположенного выше высоковольтного электрода. 2. Electropulse drill bit containing high-voltage and grounded electrodes separated by an insulator made with windows for supplying flushing fluid, characterized in that the high-voltage electrode is made in the form of a skirt, and the central grounded electrode is spring-loaded, and the electropulse drill bit is equipped with a second grounded electrode, made in the form of a ring located above the high-voltage electrode.
RU2011111014/03A 2011-03-23 2011-03-23 Electric pulse well drilling and electric pulse drill tip RU2524101C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011111014/03A RU2524101C2 (en) 2011-03-23 2011-03-23 Electric pulse well drilling and electric pulse drill tip

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011111014/03A RU2524101C2 (en) 2011-03-23 2011-03-23 Electric pulse well drilling and electric pulse drill tip

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011111014A RU2011111014A (en) 2012-09-27
RU2524101C2 true RU2524101C2 (en) 2014-07-27

Family

ID=47078129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011111014/03A RU2524101C2 (en) 2011-03-23 2011-03-23 Electric pulse well drilling and electric pulse drill tip

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2524101C2 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1701885A1 (en) * 1990-02-23 1991-12-30 Институт угля СО АН СССР Drilling rig for sinking holes by electric pulse method
SU730027A1 (en) * 1971-12-30 1994-04-15 Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова Electric-pulse drill tip
RU2123596C1 (en) * 1996-10-14 1998-12-20 Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете Method for electric-pulse drilling of wells, and drilling unit
RU2142562C1 (en) * 1997-11-04 1999-12-10 Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете Method of electric pulse breakage of rocks and artificial materials
RU2232271C1 (en) * 2003-02-25 2004-07-10 Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете Method for electric pulse destruction of rocks
RU82764U1 (en) * 2008-11-24 2009-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет PULSE DRILLING TIP
DE102008049943A1 (en) * 2008-10-02 2010-04-08 Werner Foppe Method and device for melt drilling
RU2393319C2 (en) * 2003-12-01 2010-06-27 Унодрилл Ас Drilling method, drilling machine, drilling head and equipment of bottom of drilling column for drilling by means of electric discharge pulses

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU730027A1 (en) * 1971-12-30 1994-04-15 Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова Electric-pulse drill tip
SU1701885A1 (en) * 1990-02-23 1991-12-30 Институт угля СО АН СССР Drilling rig for sinking holes by electric pulse method
RU2123596C1 (en) * 1996-10-14 1998-12-20 Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете Method for electric-pulse drilling of wells, and drilling unit
RU2142562C1 (en) * 1997-11-04 1999-12-10 Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете Method of electric pulse breakage of rocks and artificial materials
RU2232271C1 (en) * 2003-02-25 2004-07-10 Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете Method for electric pulse destruction of rocks
RU2393319C2 (en) * 2003-12-01 2010-06-27 Унодрилл Ас Drilling method, drilling machine, drilling head and equipment of bottom of drilling column for drilling by means of electric discharge pulses
DE102008049943A1 (en) * 2008-10-02 2010-04-08 Werner Foppe Method and device for melt drilling
RU82764U1 (en) * 2008-11-24 2009-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет PULSE DRILLING TIP

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011111014A (en) 2012-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10746006B2 (en) Plasma sources, systems, and methods for stimulating wells, deposits and boreholes
RU2123596C1 (en) Method for electric-pulse drilling of wells, and drilling unit
Mullakaev et al. Development of ultrasonic equipment and technology for well stimulation and enhanced oil recovery
US10612348B2 (en) Method and device for sonochemical treatment of well and reservoir
US8613312B2 (en) Method and apparatus for stimulating wells
US10738536B2 (en) Drilling a rock formation with a drill bit assembly-with electrodes
RU82764U1 (en) PULSE DRILLING TIP
Patel et al. Plasma pulse technology: an uprising EOR technique
US9810041B2 (en) Method and device for cleaning control particles in a wellbore
RU2524101C2 (en) Electric pulse well drilling and electric pulse drill tip
RU2656653C1 (en) Electropulse drill bit
RU2409735C1 (en) Electric pulse drill head
RU2462586C2 (en) Method of synergetic reactant-impulse-wave treatment of bottom-hole formation zone and plant for its implementation
RU131503U1 (en) DEVICE FOR GENERATING ELASTIC PULSES IN A HYDROSPHERE OF A HORIZONTAL WELL
RU2500873C1 (en) Electric pulse drilling assembly
RU2593850C1 (en) Method of reagent supply and well treatment with high-viscosity oil
RU2407885C2 (en) Electrode system of well electric hydraulic pulse device
RU144631U1 (en) ELECTRIC HAMMER FOR DRILLING WELLS
RU2631749C1 (en) Electric pulse drilling bit
RU2441127C1 (en) Electropulse rock-breaking device
RU2319009C2 (en) Method for rock drilling with electrical pulsed discharges and drilling tool
RU2445430C1 (en) Electropulse drilling rig
SU969884A1 (en) Electric pulse chamber for activating mud
RU182477U1 (en) ELECTRIC HYDRAULIC DRILL HEAD
RU2278251C2 (en) Method to apply action to production reservoir and walls in wells

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20130820

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20131216

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140727