[go: up one dir, main page]

RU2477370C1 - Submerged-type electric pulse drill - Google Patents

Submerged-type electric pulse drill Download PDF

Info

Publication number
RU2477370C1
RU2477370C1 RU2011138759/03A RU2011138759A RU2477370C1 RU 2477370 C1 RU2477370 C1 RU 2477370C1 RU 2011138759/03 A RU2011138759/03 A RU 2011138759/03A RU 2011138759 A RU2011138759 A RU 2011138759A RU 2477370 C1 RU2477370 C1 RU 2477370C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
drill
voltage
capacitors
insulator
flushing pipe
Prior art date
Application number
RU2011138759/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Михайлович Муратов
Владимир Васильевич Лопатин
Владислав Фёдорович Важов
Альберт Мартынович Адам
Сергей Юрьевич Дацкевич
Михаил Юрьевич Журков
Андрей Григорьевич Кураков
Арильд Рёдланд
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2011138759/03A priority Critical patent/RU2477370C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2477370C1 publication Critical patent/RU2477370C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: submerged-type electric pulse drill is intended for drilling of wells and driving of shafts in hard mine rocks destructed with high-voltage discharges developed in them, and can be used in mining industry. Drill head (6) is attached to lower flange of drill (2) housing. In drill (2) housing there coaxially installed is washing pipeline (1) that is passed through the drill cover plate (3) and high-voltage insulator (5) provided with insulation ribs (8), which are inclined towards drill head (6), which provides collection of impurities in annular sump tank (9) and their removal from the drill through discharge valve (10) by increasing the gas pressure in it, thus multiply increasing the service life of insulation elements of the drill. It is facilitated with the diameter of lower high-voltage insulator (5) exceeding its support rib (7) in comparison to inner diameter of mounting flange (11). In order to increase the drill service life and reduce the time required for its maintenance, high-voltage pulse source is made as per Arkadyev-Marx scheme, capacitors (17) of which are arranged around washing pipeline (1) and assembled to detachable capacitor sections, each of which includes one or more capacitors (17), two buses (19), two charge elements and support insulator (20).
EFFECT: invention allows increasing the service life of the device, simplifying its maintenance, and removing and re-installing individual detachable parts without complete removal of the generator.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к техническим средствам для бурения скважин и проходки стволов с помощью высоковольтных импульсных разрядов, развивающихся непосредственно в горной породе, и может найти применение в горной промышленности для проходки скважин и стволов в крепких горных породах глубиной сотни метров. Изобретение может быть использовано также для бурения скважин в нефте- и газодобывающих отраслях.The invention relates to technical means for drilling boreholes and sinking shafts using high-voltage pulsed discharges that develop directly in the rock, and can find application in the mining industry for sinking boreholes and shafts in hard rocks hundreds of meters deep. The invention can also be used for drilling wells in the oil and gas industries.

Известен электроимпульсный погружной бур, рассмотренный в описании магнитно-тиристорного генератора импульсов (патент на изобретение RU №2315421, МПК 8 Н03К 3/00, опубл. 20.01.2008), включающий в себя корпус генератора импульсов, являющийся одновременно корпусом бура, к нижнему концу которого прикреплен буровой наконечник с искровыми промежутками между разнополярными электродами, трубу для подачи на забой скважины промывочной жидкости, установленную по осевой линии корпуса и отделенную от него высоковольтным изолятором, и погруженный в электроизоляционную среду генератор импульсов, содержащий магнитные звенья сжатия и соединенные последовательно первичный емкостной накопитель, тиристорный ключ, входной импульсный трансформатор; источник питания генератора импульсов (не показан) подключен параллельно тиристорному ключу, первое звено сжатия образовано из двух последовательно включенных конденсаторов и входного импульсного трансформатора. Генератор содержит также выходной импульсный трансформатор с ферромагнитным сердечником, первичная обмотка которого образована корпусом, а вторичные секторные обмотки уложены по спирали, и однослойную конусообразную катушку размагничивания, подключенную одним выводом к общей точке секторных обмоток, а другим выводом - к первичной обмотке входного импульсного трансформатора.Known electropulse submersible drill, considered in the description of the magnetic thyristor pulse generator (patent for invention RU No. 2315421, IPC 8 Н03К 3/00, publ. 20.01.2008), which includes the housing of the pulse generator, which is simultaneously the body of the drill, to the lower end which is attached a drill bit with spark gaps between bipolar electrodes, a pipe for supplying flushing fluid to the bottom of the well, installed along the axial line of the casing and separated from it by a high-voltage insulator, and immersed in an electrical a pulsation generator containing magnetic compression links and connected in series with a primary capacitive storage device, a thyristor switch, an input pulse transformer; the power source of the pulse generator (not shown) is connected in parallel with the thyristor switch, the first compression link is formed of two series-connected capacitors and an input pulse transformer. The generator also contains an output pulse transformer with a ferromagnetic core, the primary winding of which is formed by the housing, and the secondary sector windings are laid in a spiral, and a single-layer cone-shaped demagnetization coil connected by one output to the common point of the sector windings and by the other terminal to the primary winding of the input pulse transformer.

Одним из недостатков этого устройства является низкая надежность высоковольтного изолятора из-за расположенной в нем однослойной конусообразной катушки размагничивания, т.к. витки катушки создают высокие градиенты электрического поля, что вызывает быстрое ухудшение свойств материала изолятора и ускоряет его электрический пробой. Кроме того, генераторы, подобные тому, который применен в этом устройстве, формируют импульсы высокого напряжения с параметрами, недостаточными для эффективного электроимпульсного бурения.One of the disadvantages of this device is the low reliability of the high-voltage insulator due to the single-layer cone-shaped demagnetization coil located in it, because coil turns create high gradients of the electric field, which causes a rapid deterioration in the properties of the material of the insulator and accelerates its electrical breakdown. In addition, generators, similar to that used in this device, generate high voltage pulses with parameters insufficient for efficient electric pulse drilling.

Наиболее близким к предложенному устройству по конструктивным особенностям и достигаемому положительному эффекту является электроимпульсный погружной бур, приведенный в описании погружного электроразрядного генератора (патент на изобретение RU №2340081, МПК 8 Н03К 3/53, опубл. 27.11.2008), включающий в себя корпус генератора с рубашкой, являющийся одновременно корпусом бура, к нижнему концу которого прикреплен рабочий инструмент (буровой наконечник) с искровыми промежутками, центральный канал (трубу) для подачи промывочной жидкости на забой скважины, отделенный от корпуса верхним (внутри него электроды разрядника) и нижним (над рабочим инструментом) изоляторами, а также размещенный в корпусе генератор импульсов, содержащий полосковую формирующую линию, соединенную с многоканальным неуправляемым искровым разрядником и импульсным трансформатором, ко вторичной обмотке которого через согласующую коаксиальную линию подключен рабочий инструмент, причем многоканальный разрядник выполнен с радиально-сходящимися электродами-анодами, охваченными ферромагнитными сердечниками и расположенными вокруг цилиндрического катода, ферромагнитные сердечники охвачены встречно-параллельно короткозамкнутыми витками, электроды полосковой формирующей линии разделены на несколько частей-обкладок (каждая с выводом по центру обкладок), уложены по спирали Архимеда вокруг центрального канала на основание, выполненное из диэлектрика, потенциальные обкладки подключены к катоду разрядника, а другие - к общей точке подключения первичной и вторичной обмоток импульсного трансформатора, внутренняя полость разрядника заполнена газом под давлением, а пространство в корпусе под этим разрядником от нижнего изолятора заполнено диэлектрической жидкостью (трансформаторным маслом).Closest to the proposed device in terms of design features and the achieved positive effect is an electric pulse submersible drill, described in the description of a submersible electric discharge generator (patent for invention RU No. 2340081, IPC 8 Н03К 3/53, publ. 11/27/2008), including a generator housing with a jacket, which is also a drill body, to the lower end of which a working tool (drill bit) is attached with spark gaps, a central channel (pipe) for supplying flushing fluid to the bottom of the wells they are separated from the housing by the upper (inside of the spark gap electrodes) and lower (above the working tool) insulators, as well as a pulse generator located in the housing, containing a strip forming line connected to a multichannel uncontrolled spark gap and a pulse transformer, to the secondary winding of which through matching a working tool is connected to the coaxial line, and the multi-channel spark gap is made with radially converging anode electrodes covered by ferromagnetic cores and distributed laid around the cylindrical cathode, the ferromagnetic cores are covered by counter-parallel short-circuited turns, the electrodes of the strip forming line are divided into several parts-plates (each with the output in the center of the plates), laid in a spiral Archimedes around the central channel on a base made of dielectric, potential plates are connected to the cathode of the spark gap, and others to the common point of connection of the primary and secondary windings of the pulse transformer, the internal cavity of the spark gap is filled with gas pressure, and the space in the housing under this spark gap from the lower insulator is filled with dielectric fluid (transformer oil).

Одним из недостатков этого электроимпульсного погружного бура-прототипа является низкая надежность его работы. Это связано с тем, что продукты, образующиеся при срабатываниях многоканального неуправляемого искрового разрядника, оседают на нижней внутренней поверхности изолятора разрядника и приводят к развитию электрических разрядов по его поверхности. Удаление этих продуктов без разборки бура невозможно. Кроме того, продукты загрязнения, имеющиеся в трансформаторном масле и образующиеся при развитии в нем единичных электрических разрядов, оседают на всей поверхности нижнего изолятора и приводят к пробою этого изолятора. Такие загрязнения можно удалить также лишь при полной разборке бура. Другой недостаток бура-прототипа заключается в сложности его технического обслуживания, т.к. для осмотра, регулировки, замены любой детали, кроме деталей рабочего инструмента, необходимо каждый раз полностью сливать трансформаторное масло и извлекать из корпуса все детали (в сборке).One of the disadvantages of this electropulse submersible drill-prototype is the low reliability of its operation. This is due to the fact that the products formed during the operation of a multichannel uncontrolled spark arrester settle on the lower inner surface of the insulator of the arrester and lead to the development of electric discharges over its surface. Removing these products without disassembling the drill is not possible. In addition, the pollution products present in the transformer oil and formed during the development of individual electrical discharges in it, settle on the entire surface of the lower insulator and lead to the breakdown of this insulator. Such contaminants can also be removed only when the drill is completely disassembled. Another disadvantage of the drill prototype is the complexity of its maintenance, because for inspection, adjustment, replacement of any part, except for the parts of the working tool, it is necessary to completely drain the transformer oil each time and remove all parts from the housing (in the assembly).

Основной технический результат предложенного решения заключается в том, что срок службы этого бура без его аварийной разборки многократно выше, чем бура-прототипа, т.к. в нем конструктивно предусмотрен сбор продуктов загрязнения в кольцевом грязесборнике и их периодическое удаление без разборки бура. При этом сбор продуктов загрязнения в буре происходит на максимальном расстоянии от его элементов, находящихся под высоким напряжением. Другим техническим результатом является упрощение технического обслуживания бура, т.к. проще стравливать газ, чем выливать, собирать и очищать масло для многократного его использования. Кроме того, конструкция бура позволяет оперативно извлекать и ставить на место отдельные съемные конденсаторные секции или конденсаторы без полной разборки генератора.The main technical result of the proposed solution is that the service life of this drill without emergency disassembly is many times higher than that of the prototype drill, because it constructively provides for the collection of pollution products in an annular dirt collector and their periodic removal without disassembling the drill. In this case, the collection of pollution products in the storm occurs at a maximum distance from its elements under high voltage. Another technical result is to simplify the maintenance of the drill, because it is easier to bleed gas than to pour, collect and clean oil for repeated use. In addition, the design of the drill allows you to quickly remove and put in place individual removable condenser sections or capacitors without completely disassembling the generator.

Новый технический результат достигается тем, что в электроимпульсном погружном буре, содержащем коаксиально расположенные промывочный трубопровод и корпус бура, к нижнему концу которого механически и электрически присоединен буровой наконечник, над которым в зазоре между корпусом бура и промывочным трубопроводом, между высоковольтным нижним изолятором и крышкой бура размещен источник импульсов высокого напряжения, помещенный в электроизоляционную среду, согласно предложенному решению, в качестве электроизоляционной среды источника импульсов высокого напряжения применен газ под давлением, а часть высоковольтного нижнего изолятора, находящегося в электроизоляционной среде над его опорным ребром, выполнена с наклоненными в сторону бурового наконечника изоляционными ребрами, под которыми расположен кольцевой грязесборник, причем источник импульсов высокого напряжения выполнен по схеме Аркадьева-Маркса, и его конденсаторы размещены вокруг промывочного трубопровода в виде съемных конденсаторных секций, а зарядные элементы, включенные между конденсаторами, выполнены в виде индуктивных катушек с ферромагнитными сердечниками.A new technical result is achieved in that in an electropulse immersion drill containing a coaxially located flushing pipe and a drill body, a drill tip is mechanically and electrically connected to its lower end, above which in the gap between the drill body and the flushing pipe, between the high-voltage lower insulator and the drill cover placed a source of high voltage pulses placed in an insulating medium, according to the proposed solution, as an insulating medium sources and high-pressure pulses applied gas under pressure, and part of the high-voltage lower insulator located in the insulating medium above its support rib is made with insulating ribs inclined towards the drill tip, under which there is an annular dirt collector, and the source of high-voltage pulses is made according to the Arkadyev scheme Marx and its capacitors are placed around the flushing pipe in the form of removable condenser sections, and the charging elements connected between the capacitors Nena in the form of inductive coils with ferromagnetic cores.

Целесообразно кольцевой грязесборник выполнять съемным, а бур снабжать одним или несколькими сбросными клапанами.It is advisable to make the annular dirt collector removable, and to provide the drill with one or more relief valves.

Целесообразно также высоковольтный нижний изолятор выполнять так, чтобы диаметр изолятора над его опорным ребром был больше внутреннего диаметра прижимного фланца, расположенного под опорным ребром.It is also advisable to carry out the high-voltage lower insulator so that the diameter of the insulator above its support rib is larger than the inner diameter of the pressure flange located under the support rib.

Пример конкретного выполнения. На фиг.1 приведен продольный разрез предложенного электроимпульсного погружного бура, на фиг.2 изображено его поперечное сечение, проходящее по конденсаторам секции, а на фиг.3 представлена фотография съемной конденсаторной секции.An example of a specific implementation. Figure 1 shows a longitudinal section of the proposed electric pulse submersible drill, figure 2 shows its cross section passing through the capacitors of the section, and figure 3 presents a photograph of a removable capacitor section.

Электроимпульсный погружной бур содержит коаксиально расположенные промывочный трубопровод 1, выполненный из стеклопластика, и стальной корпус бура 2. Верхний конец бура закрыт крышкой 3, через которую пропущен промывочный трубопровод 1 и на которой укреплен высоковольтный ввод 4, через который осуществляется зарядка конденсаторных секций. В нижней части корпуса бура 2 в него вставлен верхним концом высоковольтный нижний изолятор 5, а нижний конец этого изолятора является изолятором бурового наконечника 6, изготовленного из материала Сталь 20 по патенту на изобретение (RU №2409735, МПК Е21В 7/15, Е21С 37/18, опубл. 20.01.2011, Бюл. №2). Возможно применение буровых наконечников и других конструкций. Часть высоковольтного нижнего изолятора 5, находящаяся над его опорным ребром 7, выполнена с наклоненными в сторону бурового наконечника 6 изоляционными ребрами 8, под которыми расположены кольцевой грязесборник 9 и один или несколько сбросных клапанов 10. Диаметр высоковольтного нижнего изолятора 5 над его опорным ребром 7 больше внутреннего диаметра прижимного фланца 11, выполненного в виде кольца и расположенного под опорным ребром 7. Это предотвращает разрушение (срезание) опорного ребра 7 вертикальными нагрузками. Прижимной фланец 11 расположен над опорным фланцем 12, входящим в заземленную электродную систему бурового наконечника 6, которая прикреплена шпильками к нижнему фланцу 13, жестко соединенного (электросваркой) с призабойным концом корпуса бура 2. Высоковольтный нижний изолятор 5 снабжен трубчатым высоковольтным тоководом 14, надетым на нижний конец промывочного трубопровода 1. Для обеспечения герметичности зазора между тоководом 14 и промывочным трубопроводом 1 под тоководом расположено уплотнительное кольцо 15, а верхний конец токовода снабжен гайкой 16, служащей для сжатия уплотнительного кольца. В зазоре между корпусом бура 2 и промывочным трубопроводом 1, между высоковольтным нижним изолятором 5 и крышкой бура 3 размещен источник импульсов высокого напряжения, выполненный по схеме Аркадьева-Маркса (В.В.Кремнев, Г.А.Месяц. Методы умножения и трансформации импульсов в сильноточной электронике. Глава 2.1. Генераторы, собранные по схеме Аркадьева-Маркса. Новосибирск, Наука, 1987. С.33, рис.2.1). Конденсаторы 17 этого источника размещены вокруг промывочного трубопровода 1, между конденсаторами включены зарядные элементы 18 (фиг.2), выполненные в виде индуктивных катушек с ферромагнитными сердечниками. Детали источника импульсов высокого напряжения скомпонованы в виде съемных конденсаторных секций (фиг.1-3), каждая из которых содержит две шины 19, между которыми закреплены один или несколько конденсаторов 17, два зарядных элемента 18 и опорный изолятор 20, свободно надетый на промывочный трубопровод 1, что позволяет легко монтировать каждую конденсаторную секцию на промывочный трубопровод и снимать с него. В каждой конденсаторной секции с помощью шин 19 (шины изображены на фиг.1) параллельно включено пять конденсаторов (фиг.2). Это связано с тем, что емкость одного конденсатора 17 составляет 0,022 мкФ. Чтобы получить в каждой секции 0,11 мкФ, в них использовано по пять одинаковых конденсаторов 17. Электроды разрядников 21, выполненные из вольфрамокобальтового сплава, укреплены на вертикально расположенных изоляционных (из стеклотекстолита) штангах 22, которые позволяют регулировать величину разрядного промежутка путем перемещения (вращения) одной из этих штанг без нарушения герметичности бура. Под нижней (последней) конденсаторной секцией для выравнивания электрического поля на выходе источника импульсов высокого напряжения дополнительно размещен экран 23. В качестве электроизоляционной среды во внутренней полости между корпусом бура 2 и промывочным трубопроводом 1 применен газ под давлением 24, в частности азот. Возможно применение, например, осушенного воздуха под давлением.The electropulse submersible drill contains a coaxially located flushing pipe 1 made of fiberglass and a steel drill body 2. The upper end of the drill is closed by a cover 3 through which the flushing pipe 1 is passed and on which a high-voltage input 4 is fastened, through which the capacitor sections are charged. In the lower part of the drill case 2, a high-voltage lower insulator 5 is inserted into it with the upper end, and the lower end of this insulator is an insulator of a drill bit 6 made of material Steel 20 according to the invention patent (RU No. 2409735, IPC ЕВВ 7/15, Е21С 37 / 18, published on January 20, 2011, Bull. No. 2). Perhaps the use of drill bits and other designs. The part of the high-voltage lower insulator 5 located above its supporting rib 7 is made with insulating ribs 8 inclined towards the drill bit 6, under which there is an annular dirt collector 9 and one or more relief valves 10. The diameter of the high-voltage lower insulator 5 above its supporting rib 7 is larger the inner diameter of the clamping flange 11, made in the form of a ring and located under the support rib 7. This prevents the destruction (cutting) of the support rib 7 by vertical loads. The clamping flange 11 is located above the supporting flange 12, which is part of the grounded electrode system of the drill bit 6, which is attached with pins to the lower flange 13, which is rigidly connected (by electric welding) to the bottom-hole end of the drill case 2. The high-voltage lower insulator 5 is equipped with a tubular high-voltage current lead 14, worn on the lower end of the flush pipe 1. To ensure the tightness of the gap between the current lead 14 and the flush pipe 1, a sealing ring 15 is located under the current lead, and the upper end of the lead ene nut 16 serving to compress the sealing ring. In the gap between the body of the drill 2 and the flushing pipe 1, between the high-voltage lower insulator 5 and the cover of the drill 3 there is a source of high-voltage pulses made according to the Arkadyev-Marx scheme (V.V. Kremnev, G.A.Mesyats. Methods of multiplication and transformation of pulses in high-current electronics. Chapter 2.1. Generators assembled according to the Arkadyev-Marx scheme. Novosibirsk, Nauka, 1987. P.33, Fig. 2.1). Capacitors 17 of this source are placed around the flushing pipe 1, between the capacitors included charging elements 18 (figure 2), made in the form of inductive coils with ferromagnetic cores. Details of the source of high voltage pulses are arranged in the form of removable capacitor sections (Figs. 1-3), each of which contains two buses 19, between which one or more capacitors 17 are fixed, two charging elements 18 and a support insulator 20, freely worn on the flushing pipe 1, which makes it easy to mount each condenser section on the flushing pipe and remove from it. In each capacitor section with the help of tires 19 (tires are shown in figure 1) five capacitors are connected in parallel (figure 2). This is due to the fact that the capacitance of one capacitor 17 is 0.022 μF. In order to obtain 0.11 microfarads in each section, five identical capacitors were used in them 17. The spark gap electrodes 21 made of a tungsten-cobalt alloy are mounted on vertically arranged insulating (fiberglass) rods 22, which make it possible to control the discharge gap by moving (rotation ) one of these rods without violating the tightness of the drill. A screen 23 is additionally placed under the lower (last) capacitor section to equalize the electric field at the output of the high-voltage pulse source. As an insulating medium in the internal cavity between the drill case 2 and the flushing pipe 1, gas under pressure 24, in particular nitrogen, is used. It is possible to use, for example, dried air under pressure.

Работа предложенного электроимпульсного погружного бура осуществляется следующим образом. Бур заполняют азотом под давлением 10 атм и с помощью колонны бурильных труб (не показана) устанавливают на забой скважины. Для выноса шлама и газообразных продуктов, образующихся при развитии высоковольтных разрядов в горной породе (граните), по промывочному трубопроводу 1 (фиг.1) на забой скважины подают диэлектрическую промывочную жидкость, например дизельное топливо. Корпус бура 2 заземляют.Затем от зарядного устройства (не показано), расположенного на дневной поверхности или в скважине над буром, через высоковольтный ввод 4 на источник импульсов высокого напряжения через шины конденсаторов 19 подают выпрямленное напряжение 37 кВ. При этом как во всех генераторах, собранных по схеме Аркадьева-Маркса, происходит параллельная зарядка конденсаторов 17 через зарядные элементы 18 (фиг.2). При последующем последовательном пробое промежутков между электродами разрядников 21 происходит последовательное соединение емкостей конденсаторных секций, умножение напряжения (в зависимости от числа конденсаторных секций) и быстрый разряд всех конденсаторов на нагрузку, т.е. на горную породу между высоковольтными и заземленными электродами бурового наконечника 6. Быстрому заряду конденсаторов и повышению КПД источника импульсов высокого напряжения способствует выполнение зарядных элементов 18 в виде индуктивных катушек с ферромагнитными сердечниками. Продукты, образующиеся при электрических пробоях промежутков между электродами разрядников 21 и загрязняющие газ, оседают вниз в кольцевой грязесборник 9 и частично на наклоненные в сторону бурового наконечника изоляционные ребра 8, с которых они попадают в грязесборник при развитии электрических разрядов в горной породе, т.к. при каждом таком разряде весь бур вибрирует. Для удаления продуктов из грязесборника 9 давление газа 24 в буре поднимают выше рабочего: с 10 атм до 11 атм, отчего срабатывает сбросной клапан 10 или несколько таких клапанов, и загрязнения выдуваются из внутренней полости бура в затрубное пространство. При необходимости грязесборник снимают и очищают или заменяют другим.The work of the proposed electric pulse submersible drill is as follows. The drill is filled with nitrogen at a pressure of 10 atm and using a drill pipe string (not shown) is installed on the bottom of the well. For the removal of sludge and gaseous products formed during the development of high-voltage discharges in the rock (granite), a dielectric flushing fluid, such as diesel fuel, is supplied to the bottom of the well through the flushing pipe 1 (Fig. 1). The body of the drill 2 is grounded. Then, from a charger (not shown) located on the surface of the day or in the well above the drill, through the high voltage input 4, a rectified voltage of 37 kV is supplied to the high voltage pulse source through the capacitor buses 19. Moreover, as in all generators assembled according to the Arkadyev-Marx scheme, the capacitors 17 are charged in parallel through the charging elements 18 (Fig. 2). During the subsequent sequential breakdown of the gaps between the electrodes of the arresters 21, the capacitors of the capacitor sections are connected in series, the voltage is multiplied (depending on the number of capacitor sections) and the capacitors are quickly discharged to the load, i.e. on the rock between the high-voltage and grounded electrodes of the drill bit 6. The fast charge of the capacitors and increase the efficiency of the source of high-voltage pulses contributes to the implementation of the charging elements 18 in the form of inductive coils with ferromagnetic cores. Products formed during electrical breakdowns of the gaps between the electrodes of the arresters 21 and polluting the gas settle down in the annular dirt collector 9 and partially on the insulating ribs 8 inclined towards the drill bit, from which they enter the dirt collector during the development of electrical discharges in the rock, because . at each such discharge, the entire drill vibrates. To remove products from the dirt collector 9, the gas pressure 24 in the storm is raised above the working one: from 10 atm to 11 atm, which causes the relief valve 10 or several such valves to work, and the impurities are blown from the internal cavity of the drill into the annulus. If necessary, the sump is removed and cleaned or replaced with another.

С использованием бурового наконечника диаметром 360 мм при амплитуде импульсов высокого напряжения 360 кВ и емкости в разряде 0,011 мкФ в гранитных блоках пробурено несколько метров скважин. При подаче нескольких сот тысяч высоковольтных импульсов нижний изолятор 5 не вышел из строя, т.е. нет следов его электрического пробоя и развития разрядов на поверхности; нет и механических повреждений. Не наблюдались и электрические пробои газа 24. Бур-прототип выходил из строя уже при подаче нескольких десятков тысяч импульсов и требовал полной его разборки для замены вышедших из строя изоляторов.Using a drill bit with a diameter of 360 mm with an amplitude of high-voltage pulses of 360 kV and a capacitance in the discharge of 0.011 μF, several meters of wells were drilled in granite blocks. When several hundred thousand high-voltage pulses were applied, the lower insulator 5 did not fail, i.e. there are no traces of its electrical breakdown and the development of discharges on the surface; no mechanical damage. No electrical breakdowns of gas were also observed 24. The drill prototype failed even when several tens of thousands of impulses were supplied and required its complete disassembly to replace failed insulators.

Claims (3)

1. Электроимпульсный погружной бур, содержащий коаксиально расположенные промывочный трубопровод и корпус бура, к нижнему концу которого механически и электрически присоединен буровой наконечник, над которым в зазоре между корпусом бура и промывочным трубопроводом, между высоковольтным нижним изолятором и крышкой бура размещен источник импульсов высокого напряжения, помещенный в электроизоляционную среду, отличающийся тем, что в качестве электроизоляционной среды источника импульсов высокого напряжения применен газ под давлением, а часть высоковольтного нижнего изолятора, находящаяся в электроизоляционной среде над его опорным ребром, выполнена с наклоненными в сторону бурового наконечника изоляционными ребрами, под которыми расположен кольцевой грязесборник, причем источник импульсов высокого напряжения выполнен по схеме Аркадьева-Маркса, и его конденсаторы расположены вокруг промывочного трубопровода в виде съемных конденсаторных секций, а зарядные элементы, включенные между конденсаторами, выполнены в виде индуктивных катушек с ферромагнитными сердечниками.1. An electropulse submersible drill bit, comprising a coaxially located flushing pipe and a drill body, a drill tip mechanically and electrically connected to a lower end above which a source of high voltage pulses is placed in the gap between the drill case and the flushing pipe, between the high-voltage lower insulator and the drill cover, placed in an insulating medium, characterized in that as an insulating medium of a source of high voltage pulses applied gas under pressure, the part of the high-voltage lower insulator located in the insulating medium above its supporting rib is made with insulating ribs inclined towards the drill tip, under which there is an annular dirt collector, and the high-voltage pulse source is made according to the Arkadyev-Marx scheme, and its capacitors are located around the flushing pipe in in the form of removable capacitor sections, and the charging elements included between the capacitors are made in the form of inductive coils with ferromagnetic cores s. 2. Электроимпульсный погружной бур по п.1, отличающийся тем, что кольцевой грязесборник выполнен съемным, а бур снабжен одним или несколькими сбросными клапанами.2. Electropulse submersible drill according to claim 1, characterized in that the annular dirt collector is removable, and the drill is equipped with one or more relief valves. 3. Электроимпульсный погружной бур по п.1, отличающийся тем, что диаметр высоковольтного нижнего изолятора над его опорным ребром больше внутреннего диаметра прижимного фланца, расположенного под опорным ребром. 3. Electropulse submersible drill according to claim 1, characterized in that the diameter of the high-voltage lower insulator above its support rib is larger than the inner diameter of the pressure flange located under the support rib.
RU2011138759/03A 2011-09-21 2011-09-21 Submerged-type electric pulse drill RU2477370C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011138759/03A RU2477370C1 (en) 2011-09-21 2011-09-21 Submerged-type electric pulse drill

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011138759/03A RU2477370C1 (en) 2011-09-21 2011-09-21 Submerged-type electric pulse drill

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2477370C1 true RU2477370C1 (en) 2013-03-10

Family

ID=49124228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011138759/03A RU2477370C1 (en) 2011-09-21 2011-09-21 Submerged-type electric pulse drill

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2477370C1 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10370903B2 (en) 2016-01-20 2019-08-06 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Electrical pulse drill bit having spiral electrodes
EP3739163A1 (en) 2019-05-17 2020-11-18 Vito NV Drill head for electro-pulse-boring
CN112227954A (en) * 2020-11-04 2021-01-15 北京三一智造科技有限公司 Drill rod of plasma pile foundation equipment and plasma pile foundation equipment
US11459883B2 (en) 2020-08-28 2022-10-04 Halliburton Energy Services, Inc. Plasma chemistry derived formation rock evaluation for pulse power drilling
US11499421B2 (en) 2020-08-28 2022-11-15 Halliburton Energy Services, Inc. Plasma chemistry based analysis and operations for pulse power drilling
US11536136B2 (en) 2020-08-28 2022-12-27 Halliburton Energy Services, Inc. Plasma chemistry based analysis and operations for pulse power drilling
US11585743B2 (en) 2020-08-28 2023-02-21 Halliburton Energy Services, Inc. Determining formation porosity and permeability
US11619129B2 (en) 2020-08-28 2023-04-04 Halliburton Energy Services, Inc. Estimating formation isotopic concentration with pulsed power drilling
CN116517541A (en) * 2023-05-26 2023-08-01 东北大学 Rock square working area mining device and method based on high-voltage pulse discharge
US12188353B2 (en) 2020-08-28 2025-01-07 Halliburton Energy Services, Inc. Plasma chemistry derived relation between arc and spark for pulse power drilling

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU785957A1 (en) * 1978-12-20 1980-12-07 Томский инженерно-строительный институт High-voltage pulse generator
RU730021C (en) * 1971-03-22 1993-10-15 Научно-исследовательский институт высоких напр жений при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова Electropulse drill projectile
RU2034657C1 (en) * 1992-05-25 1995-05-10 Институт теоретической и экспериментальной физики Electric pulse crusher
JPH1057832A (en) * 1996-08-21 1998-03-03 Komatsu Ltd Discharge shock destruction method and discharge shock destruction device
RU2283937C2 (en) * 2004-12-15 2006-09-20 Государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете" Electrpulse drill
RU2340081C1 (en) * 2007-04-25 2008-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Научно-исследовательский институт высоких напряжений Submerged electrical-discharge generator

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU730021C (en) * 1971-03-22 1993-10-15 Научно-исследовательский институт высоких напр жений при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова Electropulse drill projectile
SU785957A1 (en) * 1978-12-20 1980-12-07 Томский инженерно-строительный институт High-voltage pulse generator
RU2034657C1 (en) * 1992-05-25 1995-05-10 Институт теоретической и экспериментальной физики Electric pulse crusher
JPH1057832A (en) * 1996-08-21 1998-03-03 Komatsu Ltd Discharge shock destruction method and discharge shock destruction device
RU2283937C2 (en) * 2004-12-15 2006-09-20 Государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете" Electrpulse drill
RU2340081C1 (en) * 2007-04-25 2008-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Научно-исследовательский институт высоких напряжений Submerged electrical-discharge generator

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10370903B2 (en) 2016-01-20 2019-08-06 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Electrical pulse drill bit having spiral electrodes
EP3739163A1 (en) 2019-05-17 2020-11-18 Vito NV Drill head for electro-pulse-boring
WO2020234202A1 (en) 2019-05-17 2020-11-26 Vito Nv Drill head for electro-pulse-boring
US11459883B2 (en) 2020-08-28 2022-10-04 Halliburton Energy Services, Inc. Plasma chemistry derived formation rock evaluation for pulse power drilling
US11499421B2 (en) 2020-08-28 2022-11-15 Halliburton Energy Services, Inc. Plasma chemistry based analysis and operations for pulse power drilling
US11536136B2 (en) 2020-08-28 2022-12-27 Halliburton Energy Services, Inc. Plasma chemistry based analysis and operations for pulse power drilling
US11585743B2 (en) 2020-08-28 2023-02-21 Halliburton Energy Services, Inc. Determining formation porosity and permeability
US11619129B2 (en) 2020-08-28 2023-04-04 Halliburton Energy Services, Inc. Estimating formation isotopic concentration with pulsed power drilling
US12188353B2 (en) 2020-08-28 2025-01-07 Halliburton Energy Services, Inc. Plasma chemistry derived relation between arc and spark for pulse power drilling
CN112227954A (en) * 2020-11-04 2021-01-15 北京三一智造科技有限公司 Drill rod of plasma pile foundation equipment and plasma pile foundation equipment
CN116517541A (en) * 2023-05-26 2023-08-01 东北大学 Rock square working area mining device and method based on high-voltage pulse discharge

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2477370C1 (en) Submerged-type electric pulse drill
CN108222839B (en) Multi-electrode pair electrode crushing drill bit and electrode crushing experimental device
CN103308736B (en) Small-sized integrated steep pulse generating means
CN205404827U (en) Energy-controllable electric spark source device for engineering investigation
RU2388908C1 (en) Method of electric hydraulic impact on oil formation and device for its implementation
CN104360241A (en) System and method for impulse withstanding performance test of gas-insulated impulse voltage generator unit
CN114174630A (en) Drill bit for boring by electric pulse
RU2340081C1 (en) Submerged electrical-discharge generator
CN101221247A (en) a discharge electrode
CN102013636B (en) Planar multi-channel discharge three-electrode coaxial gas spark switch
US10267110B2 (en) Tool for the stimulation of wells comprising capacitive elements electrically in parallel
CN208089227U (en) Multi-electrode electric crushing drill bit and electric crushing experimental device
WO2010151170A1 (en) Device for producing an electrohydraulic effect on a well bottom-hole zone
CN109877975B (en) A double-pulse plasma rock breaking device
US10533405B2 (en) Seismic wave generating tool, such as a spark gap of an electric arc generation device
RU2500873C1 (en) Electric pulse drilling assembly
RU2621459C1 (en) Electrohydraulic complex with plasma spark gap
RU2382373C1 (en) Method for remote control of well electric discharge devices
CN209401481U (en) Energy storage capacitor and controllable shock wave generator
RU2807275C1 (en) Device for cleaning products from hard coatings and salt deposits (options)
RU2836799C1 (en) Method of electrohydraulic impact on oil formation
CN220621204U (en) Drilling loading type reinforced concrete electric explosion crushing system
RU2631749C1 (en) Electric pulse drilling bit
RU56220U1 (en) DEVICE FOR DISPOSAL OF HOLLOW REINFORCED CONCRETE PRODUCTS
EA017335B1 (en) Method of powering of electrodeischarge well devices

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200922