Файл: Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 148

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

В Сибирском отделении АН СССР создана гидравлическая пушкаводомет, выбрасывающая струю воды при давлении более 40 000 кгс/см2. При таких условиях возможно разрушение горных пород самой высокой крепости.

Эрозионное гидромониторное бурение

При эрозионном гидромониторном бурении разрушение породы происходит под действием струй жидкости, содержащей абразив­

ный материал (кварцевый

 

песок,

стальную

дробь)

в

 

концентрации 5—15%

по

 

объему. Размер зерен абра­

 

зивного

материала

20—

 

40

меш Г

Гидромонитор­

 

ная

головка

(рис. 238)

 

имеет форму усеченной пи­

 

рамиды.

 

 

 

 

 

 

 

На

нижней части кор­

 

пуса 4 размещены насадки

 

2

для

бурения

пилотной

 

скважины.

Боковые

на­

 

садки

1,

 

установленные

 

по

ребрам,

служат

для

 

расширения

скважины до

 

полного

диаметра.

Веду­

 

щие кромки 3 гидромони­

 

торной

головки

армиро­

 

ваны

пластинками

твер­

 

дого сплава.

 

имеет

в

 

Нижняя

труба

прямоугольное

сечение.

Рис. 238. Долото для эрозионного гидромо­

Ее ведущие

кромки укре­

ниторного бурения.

плены

твердым

сплавом.

а — главный вид; б — вид сбоку; в — вид снизу.

Скорость

истечения

жид­

 

кости

из

гидромониторных насадок должна оыть не менее ZUU м/с

при перепаде давления порядка 350 кгс/см2.

Для уменьшения гидравлических потерь должны применяться бурильные трубы большого диаметра с широкими проходными отвер­ стиями соединений.

При эрозионном бурении скорость проходки не зависит от на­ грузки на долото (головку).

Для удержания гидромониторной головки в контакте с забоем удельная нагрузка не должна превышать 50 кг на 25 мм диаметра головки.

Скорость вращения рекомендуется в пределах 30—60 об/мин.

1 Меш — число отверстий сита, приходящихся на длину 25,4 мм (1*).

 

27 Заказ 3 06

417

Выходящая из скважины жидкость тщательно очищается от породного шлама с оставлением в ней абразивного материала.

По имеющимся промысловым данным, скорость проходки в креп­ ких породах при эрозионном гидромониторном бурении достигала 18 м/ч, тогда как при роторном бурении она была всего 6 м/ч.

Для получения необходимого давления (до 500 кгс/см2) были применены насосы, используемые для гидравлического разрыва пластов и цементирования глубоких скважин.

§ 5. Р А З Л И Ч Н Ы Е

Э Л Е К Т РО Ф И ЗИ Ч Е С К И Е МЕТОДЫ

РА ЗРУ Ш Е Н И Я

Г О РН Ы Х ПОРОД П Р И Б У Р Е Н И И

Современные достижения в области физики породили серию новых методов разрушения горных пород, основанных на исполь­ зовании явления пробоя изоляторов, магнитострикционного эффекта, гидромониторного действия струи, создания термических напряже­ ний на поверхности забоя и на границах раздела кисталлов и цемен­ тирующей связки внутри массива разрушаемой породы, перевода породы в другое фазовое состояние и др.

Для использования явления пробоя изоляторов была использована установка, состоящая из источника питания постоянного тока и батареи конденсаторов, обеспечивающей получение разряда высо­ кого потенциала между двумя электродами, разделенными разру­ шаемой породой или жидкостью. Если омическое сопротивление жидкости меньше, чем сопротивление породы, разряд идет через жидкость, причем возникающая в канале разряда цилиндрическая ударная волна воздействует на поверхность забоя подобно взрыву.

Чем

ближе

к поверхности забоя будет проходить канал разряда,

тем

больше

будет разрушительный эффект. Наибольший

эффект

достигается

в случае, если разряд пройдет через твердую

породу,

что возможно при большем сопротивлении жидкости, заполняющей скважину, чем сопротивление породы.

При этом возникающая в канале разряда ударная волна будет заставлять породу работать на отрыв от поверхности забоя. Учитывая, что все породы практически анизотропны и обладают прочностью на разрыв в 13—25 раз меньше, чем на сжатие, удельная затрата энергии для этого случая будет мала и процесс разрушения будет идти при высоком коэффициенте полезного действия.

Получение ударных импульсов на поверхности забоя возможно за счет захлопывания вакуумной полости, создаваемой различными путями искусственно на границе раздела двух сред (промывочная жидкость — порода). Вакуумная полость может быть создана, напри­ мер, при изменении размеров магнитострикционного элемента, уста­ новленного на поверхность забоя, со скоростью, превосходящей критическую скорость истечения жидкости в пустоту. Это можно осуществить при наличии колебательного контура, обеспечивающего получение ультразвуковых частот порядка 15 кГц. При этом коли­ чество выделяющейся энергии будет прямо пропорционально вели­ чине гидростатического давления.

К сожалению, кавитационный эффект оказывает разрушающее действие не только на породу, но и на магнитострикционный элемент излучателя, отчего работоспособность последнего не удовлетворяет требованию бурения.

Были предложения использовать для бурения лучи лазера, с помощью которых можно сконцентрировать на площади в 1 см12 энергию порядка 1 млн. Вт.

Луч лазера создается «нагнетанием» энергии в группы атомов кристалла или объема газа до высшего энергетического уровня, а затем сбрасывания энергии в них до низшего уровня. При этом атомы отдают фотоны одинаковой частоты, образуя когерентный световой луч.

Лазеры могут быт применены для термического ослабления нерасщепляющихся пород. Нагрев до 260—540 °С при высоких градиентах температуры и различных коэффициентах теплового расширения создает термические напряжения в связках между кри­ сталлическими зернами породы, поэтому порода теряет прочность. Но из-за низких механических скоростей лазеры в настоящее время не пригодны для бурения стволов в размерах нефтяных скважин. Вместе с тем отверстия малого размера электроннолучевые и лазер­ ные буры смогут проходить скорее, чем обычные сверла. При той же мощности 10 кВт лазер прожжет отверстия диаметром 2,54 мм со скоростью около 200 мм/с.

Наиболее перспективным является электроимпульсный метод, разработанный проф. А. А. Воробьевым. При этом методе скважина заполняется (промывается) жидкостью (трансформаторным маслом, дизельным топливом), электрическая прочность которой превышает электрическую прочность твердого диэлектрика, т. е. породы. В сква­ жине к забою плотно прижимают два электрода и подают импульсы напряжения с крутым фронтом при очень малом времени воздействия каждого импульса (1-10-6 с и менее).

В этом случае разряд проходит через твердое тело. Электрический пробой сопровождается эффективным разрушением породы. В этом заключается принципиальная разница между электроимпульсным и электрогидравлическим способом, где разряд проходит через жидкость.

При электроимпульсном бурении амплитуда импульсов может достигать 250 кВ с разрядами емкостью до 15 600 пф. Частота импуль­ сов до 30 Гц. Электроимпульсный метод бурения характеризуется малой энергоемкостью и отсутствием вращения бурового снаряда.

Плазменный способ разрушения материалов, при котором струя холодной плазмы х, имеющей температуру от 5000 °К до 50 000 °К, используется для получения отверстий, резки, расплавления, сварки и других операций, требующих высокотемпературного воздействия на материал.

1 Горячими называют плазмы, образующиеся при термоядерных реакциях, температура которых достигает сотен тысяч градусов.

Источником плазмы является плазмотрон, называемый иногда электродуговой плазменной головкой. Создаваемая плазмотроном плазменная струя обладает большим диапазоном различных техно­ логических свойств, зависящих от температуры и скорости истечения плазменной струи, параметров электрического тока, материала электродов, свойств подаваемого газа, а также от физических качеств

обрабатываемого объекта. На рис. 239 показа­ на принципиальная схема плазмотрона. Плазменная

Рис. 239. Схема разрушения породы

с

по­

Рис. 240.

Плазменный буро­

мощью

плазмотрона.

 

 

 

 

вой снаряд (плазменный бур).

1 — электрод; 2 — канал;

3 — охлаждающая

 

вода;

1 — газ (гелий

или

аргон), 2 —

4 — столб дуги; 5 — электрод с соплом; в

— плазмен­

промывочная

жидкость,

3 — рас­

ная струя; 7 — порода; Е

— источник

тока;

і — уг­

ширитель,

4 — плазма

лубление дуги в канал.

 

 

 

 

(5550/16 700° С), 5

— электрический

 

 

 

 

 

 

 

кабель (постоянный ток),

6 — элек­

 

 

 

 

 

 

 

трическая дуга.

струя создается

в

канале

2

за

счет

электрического

дугового

разряда 4 между электродом 1 и электродом 5. Первый электрод выполняется в виде стержня, второй — в виде диска с отверстием (соплом). Электроды друг от друга изолированы. Диаметр отверстия канала должен соответствовать диаметру столба дуги. Через канал вдоль электрической дуги, со стороны первого электрода, проду­ вается газ по направлению к соплу. Проходя через столб разряда электродуги, газ ионизируется, образуя плазменную струю, выхо­ дящую из сопла в виде ярко светящегося факела 6.

Газ, менее ионизированный и с пониженной температурой, обволакивает столб электродуги, изолируя стенки канала и сопла от теплового воздействия плазменной струи.

Мощность плазменной струи и напряжение электродуги регули­ руются за счет подачи электрода 1 в канал.

Смотрите также файлы