электрогидравлическая буровая головка

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ БУРОВАЯ ГОЛОВКА, содержащая состоящий из двух частей полый корпус, в задней части которого размещен неподвижный разрядник, соединенный с источником электропитания посредством кабеля, а в передней части имеются сопла, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности и надежности в работе, передняя часть корпуса головки имеет коническую форму, при этом сопла выполнены в виде тангенциальных щелей по образующим конуса, а в торцевой стенке корпуса головки концентрично относительно оси головки по окружности выполнены сквозные сопла-отверстия, направление наклона которых совпадает с направлением наклона сопл-щелей, при этом на внешней цилиндрической поверхности корпуса головки выполнены винтовые канавки для транспортировки разрушенной породы, направление наклона которых совпадает с направлением наклона сопл-щелей и сопл-отверстий, причем разрядник имеет держатель, на котором установлена головка с возможностью вращения относительно последнего, который соединен с источником электропитания посредством формирователя разрядов в виде электрода на держателе у его основания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к буровой технике и предназначено для бурения скважин, может быть использовано в разведочном и промысловом бурении, строительстве и т.п.

Известны буровые головки с использованием электрогидравлического эффекта [1] , которые не нашли практического применения вследствие своей ненадежности в работе и низкой эффективности, обусловленных открытым использованием ударной волны электрогидравлического эффекта.

Прототипом является коронка для электрогидравлического бурения шпуров [2], содержащая корпус из подвижной и неподвижной частей, в полости которого размещен электроразрядник, соединенный с источником электропитания, а подвижная часть коронки с долотом имеет сопла в направлении действия коронки.

Вследствие реактивной тяги струй пульпы из сопел создается противодействие удару долота, ослабляющее его эффективность, снижающее производительность. Кроме того разрядная пара электродов постоянно замыкается через проводящую пульпу, приводя к образованию разряда до полного вытеснения парогазовоздушных подушек из полости коронки, что приводит к гашению скорости реактивных струй, ослабляя их действие на разрабатываемую породу.

Цель - повышение эффективности и надежности работы.

Передняя часть корпуса головки имеет коническую форму, при этом сопла выполнены в виде тангенциальных щелей по образующим конуса, а в торцевой стенке корпуса головки концентрично относительно головки по окружности выполнены сквозные сопла-отверстия, направление наклона которых совпадает с направлением наклона сопел-щелей, при этом на внешней цилиндрической поверхности корпуса головки выполнены винтовые канавки для транспортировки разрушенной породы, направление наклона которых совпадает с направлением наклона сопел-щелей и сопел-отверстий, причем разрядник имеет держатель, на котором установлена головка с возможностью вращения относительно последнего, который соединен с источником электропитания посредством формирователя разрядов в виде электрода на держателе у его основания.

На фиг.1 показана электрогидравлическая буровая головка, вид сверху; на фиг.2 - то же, осевой разрез; на фиг.3 - то же, вид снизу; на фиг.4 - схема действия головки при образовании скважины.

Электрогидравлическая буровая головка состоит из полого цилиндрического корпуса 1 с коническим окончанием 2 и плоским основанием 3 с торца, в котором через центральное отверстие вставлен с возможностью вращения держатель 4 электродов 5 разрядника и формирователя 6 с выводами в виде кабеля 7 в бронированной оболочке.

По кругу в основании 3 выполнена система сопел-отверстий 8 с наклоном к оси цилиндра корпуса 1, по образующим конического окончания 2 выполнены сопла-щели 9, направленные согласно с соплами-отверстиями 8. На внешней поверхности цилиндра корпуса 1 выполнены винтовые канавки 10, направленные согласно с направлениями сопел-отверстий 8 и сопел-щелей 9, заход канавок 10 выполнен в основании конического окончания 2, а сход канавок 10 выполнен в основании 3 корпуса 1.

Держатель 4 электродов 5 имеет ограничитель 11 осевого смещения в виде шайбы на броне кабеля 7.

Электроды 5 разрядника соединены с источником электропитания с помощью формирователя 6 разрядов, например, включенного в цепь управления тиристорной схемы электропитания разрядника.

В рабочий комплект буровой установки с головкой входят крышка 12 скважины с центральным отверстием 13, шланги 14 и 15 соответственно подвода воды и отвода пульпы, насос (на чертежах не показан), источник электропитания разрядника с тиристорной схемой управления, емкость или бассейн с запасом воды, емкость или бассейн-отстойник пульпы.

Корпус 1 головки, окончание 2, основание 3, выполнены преимущественно из стали, держатель 4 - из прочного диэлектрика, например фарфора, бронированный кабель выбирается по заданным условиям эксплуатации.

Работает электрогитдравлическая буровая головка следующим образом.

Разрядник с формирователем 6 с помощью кабеля 7 подсоединяют к источнику электропитания. В предварительно подготовленный заход скважины глубиной порядка нескольких метров размещают головку и подводят шланги 14 и 15, заполнив заход скважины водой и закрыв его крышкой 12 с отверстием 13, через которое головка соединена с блоком электропитания кабелем 7 и скважина с источником воды шлангами 14 и 15.

При включении электропитания головки формирователь 6 разрядов через воду в полости головки замыкает цепь управления тиристорной схемы электропитания разрядника, вызывая разряд на нем, который сопровождается электрогидравлическим эффектом. В результате ЭГЭ вода из полости корпуса 1 через сопла-щели 9 истекает струями под высоким давлением, котоpые разрушают породу перед коническим основанием и образуют вихревое движение пульпы с абразивными частицами, способствующими разрушению породы под головкой.

Одновременно с разрушением породы струями из сопел-щелей 9 струи из сопел-отверстий 8 создают реактивную тягу головки в направлении проходки скважины, благодаря чему пульпа из-под головки через канавки 10 на коническом корпусе 1 вытесняется наверх головки, откуда отсасывается насосом в отстойник, а по шлангу 14 подается новая чистая вода.

Так как направления сопел-отверстий 8, сопел-щелей 9 и канавок 10 согласованы, то есть ориентированы в одну сторону, то реакция струй из них образует общий вращающий момент головки, которая проворачивается на держателе 4 разрядника, ввинчиваясь в породу под коническим основанием.

После каждого разряда наступает фаза его схлопывания, образуя разрежение и смятие парогазовоздушного пузыря вокруг разрядника, что позволяет воде через сопла-отверстия 8 и сопла-щели 9 снова заполнить полость корпуса 1 до замыкания цепи управления электропитания с помощью формирователя 6 разрядов, повторяя процесс в течение всего времени электропитания.

Цель достигается тем, что в процессе работы головки предотвращаются встречные струи, износ долот, обеспечено автоматическое включение разрядов по мере заполнения полости корпуса водой.