УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОХОДКИ СКВАЖИН

Предложение относится к горной промышленности и предназначено для проходки скважин в осадочных горных породах и мерзлых грунтах для различных технологических целей.
Известны принципиальные направления создания и совершенствования устройств для проходки скважин различного назначения. Одним из таких направлений является совершенствование устройств, использующих энергию сжатой рабочей (газовой, парогазовой) среды для разрушения породы. Эти устройства содержат типичные узлы и агрегаты, где удлиненный корпус в виде цилиндра содержит генератор рабочего агента, соединенный своим агентподающим пространством с породоразрушающим рабочим органом, имеющим сопловые насадки, ориентированные на забой и к устью скважины [RU 69136, 2007; US 3934659, 175/14; GB 1443343, E1F5; DE 2350422, E21В 7/14; RU 67165, 2007; RU 2178503, 2002, E21В 7/14, E21С 37/16].
Последнее из указанных устройств (RU 2178503) является наиболее близким к предлагаемому по конструкции и достигаемому техническому результату. Обладая определенными преимуществами перед аналогами процессом более эффективного использования рабочего органа для разрушения породы на забое, это устройство содержит ряд существенных недостатков, заключающихся в неэффективном использовании топливных компонентов генератора для теплорегулирования агрегатов и корпуса устройства, что вызывает отвлечение рабочих компонентов от прямого использования (разработка
забоя и формирование потока бурового шлама к устью скважины), повышает удельные затраты рабочего агента на процесс обслуживания устройства и снижает его производительность.
Технической задачей и положительным технологическим результатом предлагаемого устройства является принципиальное совершенствование конструкции его корпуса и узлов, работающих на формирование подачи рабочего агента на забой и узлов, организующих процесс удаления бурового шлама к устью скважины. Это увеличивает производительность устройства и повышает эффективность технологии бурения.
Указанная задача и результат достигаются за счет того, что устройство для проходки скважин энергией струй рабочего агента под давлением, содержит корпус в виде удлиненного цилиндра, размещенный в его полости генератор рабочего агента, соединенный своим агентподающим пространством с породоразрушающим рабочим органом, имеющим сопловые насадки, ориентированные на забой, при этом корпус устройства снабжен дополнительным удлиненным пустотелым цилиндром, расположенным коаксиально снаружи корпуса с зазором к его стенке, по кольцевым торцам дополнительного цилиндра закреплены сопловые насадки, ориентированные к забою и к устью скважины, а рабочий орган оснащен кольцевыми насадками для истечения рабочего агента под углами к забою и призабойному пространству, при этом между кольцевыми насадками закреплены конические шипы, ориентированные к дну и стенкам забоя.
Устройство характеризуется тем, что рабочий орган установлен на корпусе с помощью подшипникового узла.
На фиг.1 показан общий вид устройства;
на фиг.2 - его рабочий орган;
на фиг.3 и фиг.4 - узлы на фиг.1.
Устройство содержит корпус 1, генератор рабочего агента 2, рабочий породоразрушающий орган 3 с сопловыми насадками 4, 5, 6, ориентированными к забою, стенкам скважины и к ее устью. Корпус оснащен коаксиально расположенным цилиндром 7 с зазором к нему, заполнен хладагентом; на торцевых кольцах закреплены сопловые насадки 8 и 9. Рабочий орган оснащен кольцевыми насадками 10, 11, 12, ориентированными своими выходными кольцевыми отверстиями к забою, стенкам и к устью скважины; между этими насадками закреплены конические шипы 13 на торце рабочего органа и на его боковых стенках. При этом рабочий орган установлен на корпусе с помощью подшипникового узла 14. Такое конструктивное выполнение устройства позволяет выбирать рабочие режимы в широких пределах в зависимости от мощности генератора 2, сечений насадок 10, 11, 12 и насадок 8, 9, а также - крепости проходимых горных пород.
2
Работа устройства осуществляется следующим образом. Кольцевую полость между корпусом 1 и цилиндром 7 заполняют хладагентом (НО+ПАВ); устройство опускают на забой скважины, включают генератор 2, из которого подают под давлением рабочий агент на забой через насадки 4, 5 и кольцевые насадки 10, 11, с помощью которых разрушают породу, вращение рабочего органа осуществляется с помощью узла 14, а с помощью шипов 13 осуществляют дробление породы до фракций, легко выносимых из зоны забоя в отходящем потоке рабочего агента и шлама, который также формируется истекающим рабочим агентом из насадок 6, 12 и 9; а из насадок 8 струи пара (от испаряемого хладагента) направляют на забой, увеличивая энергетическую составляющую рабочего органа и его производительность.
Таким образом, все конструктивные узлы и агрегаты устройства работают полностью на выполнение основных буровых операций, используя дополнительно энергию испаряемого хладагента, выполняющего первичную функцию по защите корпуса устройства.