УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОХОДКИ СКВАЖИН

Предложение относится к технологии образования скважин и выработок в горных породах путем воздействия на минеральную среду энергией струй рабочего агента и механическим инструментом.
Технологии проходки скважин в настоящее время развиваются использованием комплексных методов и технических средств для сокращения сроков работ и повышения эффективности. Одним из направлений развития технических средств является создание установок для проходки скважин, использующих энергию струй рабочего агента под давлением совместно с использованием механического разрушения минеральной среды. Такие установки содержат корпус в виде удлиненного полого цилиндра, размещенный в его полости термогазогенератор, рабочее пространство которого соединено с полостью рабочего породоразрушающего органа, оснащенного соплами и механическим инструментом в виде комбинированных резцов [US 3934659; GB 1443343, FR 2307118; JP 52-26962; DE 2350422, RU 2344264, Е21В 7/14; Е21С 37/16, 2008].
Последнее из указанных технических решений является наиболее близким по сущности и достигаемому результату.
Существенными недостатками указанных установок и выбранного прототипа являются: незначительный энергетический потенциал термогазогенератора, ввиду ограниченных геометрических объемов камеры выработки рабочего агента, не позволяющего повышать массовые, температурные и динамические характеристики рабочего агента, воздействующего на забой и формирующего восходящий поток бурового шлама, что приводит к цикличности процесса работы установки и существенно понижает эффективность использования энергии, подаваемой в рабочий орган установки и на разрушение забоя. Кроме того, частая смена циклов проходки приводит к понижению давления в полости скважины и - к возможной потере устойчивости ее стенок до процесса обсадки.
Технической задачей и положительным результатом данного технического предложения является повышение энерговооруженности и увеличение моторесурса установки для повышения эффективности использования рабочего агента на забое, удлинение циклов работы и сокращение вынужденных спуско-подъемных операций бурильного агрегата от забоя к устью скважины. Это приводит к увеличению производительности установки и повышению устойчивости стенок скважины в межцикловые операции.
Указанная задача и технический результат достигаются за счет того, что установка для проходки скважин, содержащая бурильный агрегат, имеющий корпус в виде полого цилиндра, генератор рабочего агента, породоразрушающий рабочий орган со струйными и механическими насадками, характеризуется тем, что генератор рабочего агента выполнен в виде набора, коаксиально расположенных в корпусе, цилиндров, центральный из которых является емкостью, заполненной хладагентом, - кольцевые пространства, по направлению от оси корпуса к его наружной стенке, заполнены составом, образующим рабочий агент, а кольцевая полость, примыкающая к стенке корпуса заполнена хладагентом, при этом кольцевые полости и полость центрального цилиндра соединены с рабочим пространством породоразрушающего рабочего органа.
Установка для проходки скважин, характеризующаяся тем, что корпус устройства составлен из нескольких модульных блоков, один из блоков является камерой смешивания топливных компонентов, второй - емкостью с хладагентом, третий - баллоном вытеснения указанных компонентов и хладагента, а рабочий породоразрушающий орган оснащен подвижными рабочими насадками, ориентированными к забою и - к устью скважины.
На фиг.1 показана установка в общем виде;
на фиг.2 - конструкция полости рабочего органа;
на фиг.3 и 4 - конструкция генератора рабочего агента;
на фиг.5 и 6 - рабочие насадки установки.
Установка содержит удлиненный корпус 1, составленный из нескольких модульных блоков, последовательно состыкованных между собой посредством стыковочных узлов 2. Модульный блок 3 является камерой смешивания топливных компонентов; блок 4 - содержит охлаждающий компонент; блок 5 является баллоном вытеснения обоих указанных компонентов; рабочие блоки представлены: генератором 6 парогазовой высокотемпературной среды, направляемой в рабочий орган 7, также являющийся сменным модульным блоком, оснащенным подвижными рабочими породоразрушающими насадками 8 и 9, ориентированными на забой 10 и - к устью 11 скважины. Такое техническое выполнение устройства позволяет использовать его для различных целей (вертикальная, горизонтальная, наклонные проходки) и в условиях неоднородных структур геологических горизонтов.
Рабочий орган 7 устройства 1 выполнен оригинальным по конструкции: рабочие насадки 8, обращенные к забою и насадки 9, обращенные к устью скважины, выполнены подвижными в полости кожуха 12, 14, - с помощью пружин 13, 15, отжимающих эти насадки внутрь рабочего органа 7.
Генератор рабочего агента выполнен в виде коаксиально расположенных в корпусе цилиндров (фиг.3, 4); центральный - 16 является емкостью с хладагентом, кольцевые: 17 и 18, расположенные от оси, заполнены составом, образующим рабочий агент; кольцевой - 19 примыкает к стенке корпуса 1 и заполнен хладагентом. Конструкция генератора также имеет цилиндр 20 и расположенные вокруг него цилиндры 21, 22 и 23, заполненные хладагентом и составом, образующим рабочий агент. Полости цилиндров соединены с рабочим пространством 24 и 25 рабочего органа 7 (фиг.2).
Установка для образования скважин в горных породах работает следующим образом. Смонтированное на устье 11 и оснащенное всеми компонентами устройство 1 спускают на забой 10, от баллона 5 подают сжатый газ на вытеснение топливных компонентов из камер блока 3 и - хладагента из камеры блока 4; эти компоненты подают в генератор 6, где вырабатывают высокотемпературную парогазовую среду (рабочий агент), подают ее в породоразрушающий рабочий орган 7 и с помощью его насадок 8 и 9 разрабатывают забой 10 скважины.
2
Эффективность разрушения породы прямо зависит от конструкции породоразрушающих насадок 8 и 9 (фиг.2, 3); так, при проходке хорошо буримых пород (III-V ст. 6.) давление в рабочем органе понижают (до 20-25 кгс/см) при этом рабочие насадки с помощью пружин 13, 15 отдаляются от поверхности забоя 10, обеспечивая эффективное разрушение породы; но при более плотных сцементированных породах насадки прижимаются к породе давлением в рабочем органе, сжимая пружины. Таким же образом регулируют массу и скорость восходящего потока бурового шлама к устью 11 скважины.
Выполнение устройства, его генератора 6 и рабочего органа 7 позволяет вести оперативную смену силовых нагрузок на забой в зависимости от проходимых пород и - условий в стволе скважины.