Потребность в развитии новой техники, новых высокоэффективных технологических процессов и оборудования, средств механизации и автоматизации, без которых стал немыслим технический прогресс в горной промышленности, привело к исследованию и разработке целого ряда новых методов разрушения твердых тел, основанных на различных физических принципах. Одним из самых перспективных оказался электроимпульсный (ЭИ) метод разрушения материалов, сущность которого заключается в разрушающем действии электрических импульсных разрядов в твердых непроводящих и полупроводящих телах.

Но не стоит забывать, что бурение скважин для добычи нефти и газа из пластов является весьма дорогостоящим. Поэтому, для увеличения вероятности попадания скважины в коллектор, содержащий углеводороды, перед бурением используют сейсмические и, в меньшей степени, электромагнитные методики для изучения подземного пространства изучается настолько, насколько возможно. Но также во время бурения большой интерес представляет наличие геологической информации для лучшего планирования и управления буровыми работами, для осуществления добычи из предполагаемых или идентифицированных углеводородных коллекторов.

Одновременное бурение и каротаж возможен, с помощью, установки, содержащее устройство электроимпульсного бурения и, по меньшей мере, один приемник акустических сигналов и один приемник электромагнитных сигналов, создаваемых устройством.

электроимпульсное бурение горная порода

Электроимпульсное бурение

В электроимпульсном бурении используют мощные электрические импульсы для разрушения пласта вместо чисто механической обработки, используемой в традиционной технологии бурения. Используют два электрода, разделенных изоляционным материалом, при этом один электрод заряжается до высокого электрического потенциала, а другой электрод заземлен. При достаточно высокой зарядке мощный искровой разряд должен создаваться при закорачивании электродов током, проходящим путь наименьшего сопротивления от заряженного электрода до заземленного электрода. Буровое долото для электроимпульсного бурения содержит, по меньшей мере, два типа электродов в различных конфигурациях и может также содержать один или несколько дополнительных электродов, которые во время работы должны получать потенциал между упомянутыми электродами, так называемые, плавающие электроды.

После зарядки первого электрода в надлежащих условиях искровой разряд должен создаваться между первым электродом и одним из третьих электродов, далее со следующим из третьих электродов, пока искровой разряд не дойдет к заземленному второму электроду. Искровые разряды создают волну сжатия в рабочей текучей среде, направленную на материал, подлежащий выбуриванию. В рабочей текучей среде образуются плазменные каналы, результатом чего являются волны сжатия, в свою очередь имеющие достаточную энергию для разрушения материала, подлежащего выбуриванию. Посредством сложного переключения соединений линий формирования импульса между блоком электропитания и выбранными первыми электродами в буровом долоте можно получить фокусирование волны сжатия для регулирования и направления бурения. Электропитание высокого напряжения можно подавать в линию формирования импульса на забое скважины или с поверхности.

Используют частоту 1-100 импульсов в секунду, обычно 5-25 импульсов в секунду, продолжительностью 1-50 микросекунд, и время накачки менее 100 - 150 наносекунд, с высоким напряжением в пределах 10-50 кВ и полезным эффектом 1-100 МВт. Напряжение ограничено величиной около 50 кВ для исключения трудновыполнимых требований к изоляции. Можно бурить стволы с диаметром до 100 мм. Также возможно бурение в "сухом" стволе скважины, но предпочтительно использование бурового раствора низкой электропроводности. Образование плазменного канала, с течением времени, поворачиваться на 360° вокруг передней грани бурового долота, при этом материал впереди всего бурового долота разрушается и нет необходимости вращения самого бурового долота с электродами. Генератор импульсов может генерировать импульс высокого напряжения в форме волны вблизи критического задемпфированного ответа от цепи, образованной при выработке плазменного канала.

Такое устройство для электроимпульсного бурения показано на фигурах 2А и 2В.

На фигуре 2А показано устройство 2, для электроимпульсного бурения, содержащее три зарядных электрода 2b для зарядки высокого напряжения и последующей разрядки, расположенных в разделенных угловых секторах по окружности и, по меньшей мере, один заземляющий электрод 2с, соединенный с землей, при этом зарядные электроды расположены в передней бурильной грани 2d бурового долота с изоляцией между электродами и с индивидуальным с возможностью включения соединением зарядных электродов с источником 2е высокого напряжения регулируемого действия. На чертеже показаны три зарядных электрода 2b, расположенных с разделением в секторах в 120° по окружности бурильной грани 2d. Этого достаточно для возможности фокусирования электроимпульсного бурения в любом направлении посредством переменной зарядки зарядных электродов 2b для отклонения электроимпульсного бура на необходимый угол. Вместе с тем, для увеличения диаметра ствола скважины и площади передней бурильной грани и возможностей наведения предпочтительно использовать четыре или более зарядных электрода, расположенных по окружности на передней грани бурового долота, как показано на фигуре 2В. Буровое долото для электроимпульсного бурения, показанное на фигуре 2В, содержит восемь зарядных электродов 2b и два концентричных заземляющих электрода 2с. Передняя бурильная грань бурового долота также содержит изоляцию 2f между электродами 2b и отверстия 2g для циркуляции бурового раствора. Электроды соединены линиями 2h образования импульса с блоком 2е электропитания, который, в свою очередь, соединен с блоком 2а приема и обработки данных от приемников электромагнитных и акустических сигналов, создаваемых устройством для электроимпульсного бурения, как показано на фигуре 2А. Блок 2е электропитания может осуществлять зарядку, обеспечивающую создание плазменного канала только в пласте или на его поверхности, и зарядку, обеспечивающую создание плазменного канала только в буровом растворе впереди бурового долота, и регулируется для прицельного фокусирования действия бурения.

Упомянутое фокусирование достигается посредством выбора заряжающихся электродов, или секций, или групп заряжающихся электродов, чтобы фокусировать действие бурения под углом в необходимом направлении, чтобы электроимпульсный бур не осуществлял бурения с одинаковой производительностью по всей передней бурильной грани.

Измерения в процессе бурения