устройство для электротермического бурения скважин

Формула изобретения

Устройство для электротермического бурения скважин, включающее бурильные штанги, пенетратор, который выполнен в виде полого высокотемпературного электроизолятора с конусообразной нижней частью, и расширитель скважины, свободно установленный на корпусе пенетратора, отличающееся тем, что наружная поверхность электроизолятора выполнена со спиральными пазами, при этом полость и пазы электроизолятора заполнены высокотемпературным композиционным материалом электросопротивления, а на наружную поверхность пенетратора нанесено покрытие из высокотемпературного электроизоляционного материала в виде оболочки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для бурения скважин в рыхлых породах, в частности в четвертичных отложениях и техногенных грунтах с одновременным долговечным и экологически чистым беструбным креплением ствола скважины.

Известно "Устройство для электротермического бурения скважин", патент РФ 2021465, включающее буровой снаряд, бурильную колонну, состоящую из буровых штанг, в которых проложен электрический кабель, источник электрической энергии, кристаллизатор-формователь стенок скважины, токоподвод, нагревательный элемент, пенетратор.

Недостатком этого устройства является то, что нагревательный элемент в этом устройстве расположен в центральной части корпуса пенетратора, который может обеспечивать максимальную удельную поверхностную мощность корпуса пенетратора, необходимую для плавления горной породы, только при бурении скважин диаметром до 60 мм. Для бурения же скважин больших диаметров требуется значительно большая мощность нагревательного элемента, обеспечивающая такую же удельную поверхностную мощность на значительно большей наружной площади корпуса пенетратора. Недостатком этого устройства является и то, что оно не исключает зависание бурового снаряда при подъеме его от забоя к устью скважины, поскольку это устройство не обеспечивает образование зазора в процессе бурения плавлением между наружной частью корпуса пенетратора и стенками скважины.

Известно устройство для электротермического бурения по а.с. 529291, принятое за прототип, содержащее бурильные штанги, пенетратор, выполненный в виде полого высокотемпературного изолятора с конусообразной нижней частью, и расширитель скважины, свободно установленный на корпусе пенетратора.

Недостатком этого устройства является невозможность получения значительных удельных поверхностных мощностей пенетратора для бурения скважин диаметром более 60 мм.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка, а именно расширение возможностей бурения скважин диаметром до 150 мм с одновременным качественным креплением и формированием стенок скважин.

Задача решается тем, что в устройстве для электротермического бурения скважин, включающем бурильные штанги, пенетратор, который выполнен в виде полого высокотемпературного электроизолятора с конусообразной нижней частью, и расширитель скважины, свободно установленный на корпусе пенетратора, наружная поверхность электроизолятора выполнена со спиральными пазами, при этом полость и пазы электроизолятора заполнены высокотемпературным композиционным материалом электросопротивления, а на наружную поверхность пенетратора нанесено покрытие из высокотемпературного электроизоляционного материала в виде оболочки.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез устройства.

Устройство для электротермического бурения скважин содержит высокотемпературный полый электроизолятор 1 с пазами в виде спирали, расположенными на его наружной поверхности, при этом полость 2 и спиральные пазы 3 заполнены высокотемпературным композиционным материалом электросопротивления, например карбидом кремния, что и представляет собой электронагреватель. Устройство содержит переходник 4, выполненный из такого же высокотемпературного электропроводного композиционного материала, и соединенный с корпусом пенетратора. Покрытие в виде оболочки 5 из высокотемпературного, электроизоляционного материала, например сиалон (керамика), нанесено на наружную поверхность электроизолятора 1 после заполнения его полости и спиральных пазов композиционным материалом и механической и термической обработок. Расширитель скважины 6 свободно установлен в нижней части переходника 4, при этом между внутренней полостью расширителя 6 и оболочкой 5 корпуса электроизолятора 1 имеется зазор 1-1,5 мм. Токоподвод 7, расположенный в верхней части устройства, соединен с композицонным материалом, заполняющим полость электроизолятора 1. Токоподвод 7 отделен изолятором 8 от штанг.

Устройство работает следующим образом.

После сборки устройства, в состав которого входят буровые штанги, оснащенные электрическим кабелем, и постановки его на забой скважины, включают источник электрической энергии и подают ее к электронагревателю.

Пенетратор, нагретый до 1300-2000^oС, погружают в рыхлую породу под действием бурового станка с принудительной системой подачи через колонну буровых штанг, при этом в области высоких температур пенетратора происходит плавление горной породы, а в области расширителя 6 скважины происходит уплотнение расплава и формирование стенок скважины прочным слоем термически преобразованной породы, выполняющих роль обсадных труб, с обеспечением зазора между наружным диаметром корпуса пенетратора и стенками скважины. При подъеме пенетратора из скважины расширитель 6 остается на забое скважины, а пенетратор свободно без зависания поднимают к устью скважины. При необходимости продолжения бурения устройство для электротермического бурения опускают на забой к расширителю скважины, и процесс бурения плавлением горной породы повторяется.

Следует отметить, что процесс бурения плавлением возможно осуществлять при использовании грузонесущего кабеля и лебедки, исключая при этом буровые штанги, оснащенные грузонесущим кабелем, и буровой станок.