Электроимпульсный способ бурения скважин в горных породах.
Электроимпульсный способ бурения скважин в горных породах является принципиально новым способом разрушения горных пород и бурения скважин. Данный способ имеет высокий КПД преобразования электрической энергии в механическую и высокую скорость бурения. Например, 2 м/час при бурении скважины диаметром 380-400 мм в граните. Электроимпульсным способом могут быть разрушены практически все горные породы.
Достигнутые характеристики электроимпульсного бурения
Описание:
Электроимпульсный способ бурения скважин в горных породах является принципиально новым способом разрушения горных пород и бурения скважин диаметром более 300 мм.
При воздействии импульсного высокого напряжения микросекундной длительности на горную породу, расположенную в электроизоляционной жидкости (в том числе и в воде), происходит внедрение канала электрического разряда в горную породу. Далее в этом канале за время 10-6 – 10-5 с выделяется электрическая энергия, запасенная во внешнем высоковольтном генераторе импульсных напряжений (ГИН). При этом происходит электровзрыв в горной породе. Рабочим телом (инструментом), разрушающим горную породу, является плазма канала разряда, которая не изменяет своих характеристик от разряда к разряду, т. е. не изнашивается и не стареет.
Электроимпульсным способом могут быть разрушены практически все горные породы, исключая породы с очень высокой (металлической) электропроводностью.
Преобразование электрической энергии в механическую работу разрушения происходит непосредственно в горной породе без промежуточных ступеней трансформации. Разрушение горной породы осуществляется крупным сколом. Это обеспечивает высокий КПД перехода энергии накопителя в работу разрушения, низкую энергоемкость и высокую производительность отбойки горной породы на забое скважины.
Особенностью электроимпульсного способа бурения является существенное возрастание эффективности проходки с увеличением диаметра скважины (бурового наконечника) при условии оптимизации режима бурения.
Электроимпульсный способ бурения позволяет бурить скважины с отбором керна, возможно бурение скважин любой формы. Практически было выполнено бурение скважин квадратного, эллипсообразного сечений. Априори возможно эффективное искривление скважин и многозабойное бурение.
Схемы промывки скважин при электроимпульсном бурении существенно не отличаются от традиционных для механических способов бурения. Устье скважины оборудуется кондуктором. Циркуляция жидкости обеспечивается насосом. Вынос шлама осуществляется той же жидкостью, в которой происходит разрушение горной породы на забое скважины. Шлам осаждается в отстойниках или удаляется при помощи циклонов. В качестве промывочной жидкости применяются различные растворы на нефтяной основе. Возможно бурение на технической воде и растворах на водной основе.
Преимущества:
– высокая скорость бурения и слабая ее зависимость от прочности горных пород (например, 2 м/час при бурении скважины диаметром 380-400 мм в образце гранита),
– низкая стоимость буровой коронки и малый износ ее электродов, которые изготавливаются из обычной стали,
– отсутствие вращающегося бурового снаряда (в качестве рабочего инструмента используется электрическая искра),
– высокая производительность проходки скважин за счет уменьшения количества спускоподъемных операций,
– электроимпульсный способ бурения имеет высокий КПД преобразования электрической энергии в механическую,
– низкая энергоемкость,
– высокая производительность отбойки горной породы на забое скважины и при разработке ее диаметра,
– конструкция электродной системы обеспечивает автоматическое регулирование последовательности разработки забоя скважины и разработку ее диаметра, что исключает необходимость вращения бурового наконечника и использования других видов механических нагрузок,
– износ бурового наконечника незначителен, что позволяет проходить сотни метров скважин без смены бурового наконечника. Все это позволяет изготавливать элементы бурового снаряда из рядовых сталей,
– электроимпульсный способ бурения обеспечивает бурение скважин различной формы, в т.ч. с отбором керна,
– возможно эффективное искривление скважин и многозабойное бурение.
Конструкция:
Упрощенная технологическая схема электроимпульсного бурения скважин включает внешний источник-генератор высокого импульсного напряжения, буровой снаряд, спускоподъемное устройство, систему промывки скважины.
Буровой снаряд состоит из бурового наконечника, колонны бурильных труб и высоковольтного ввода.
Передача импульсов высокого напряжения от внешнего высоковольтного генератора импульсных напряжений к буровому наконечнику осуществляется через высоковольтный ввод по центральному токопроводу, расположенному коаксиально в колонне бурильных труб, который зафиксирован внутри колонны с помощью изоляторов.
Буровой наконечник состоит из совокупности высоковольтных (1) и заземленных (2) электродов, объединенных в единую конструкцию, но электрически изолированных друг от друга.
Достигнутые характеристики электроимпульсного бурения:
| Характеристики: | Значение: | |
| диаметр скважин, мм | 80 – 1100 | |
| глубина бурения, м | до 270 | |
| энергия, запасаемая высоковольтным источником импульсов, кДж | 0,1 – 20 | |
| средняя скорость бурения при частоте следования импульсов 10 имп/с: | ||
| диаметр скважины, мм | порода | средняя скорость, м/час |
| 160 | окварцованный песчаник | 5,0 |
| 180 | микрокварциты | 6,0 |
| 250 | вечная мерзлота с валунами и прослойками льда | 14,6 |