УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО БУРЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК E21B7/14 E21C37/16 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для бурения и расширения скважин в крепких породах.

Известно устройство для совмещенного механического бурения и термического расширения скважин (Великий М.И. и др. Техника бурения скважин комбинированными способами. М.: Недра, 1977 г., с. 35-41), включающее компрессор с всасывающим фильтром, водяной бак с топливом, буровой став с породоразрушающими элементами и огнеструйной горелкой, соединенной с магистралями подачи воздуха, воды и топлива.

Недостатком этого устройства является высокая энергоемкость процесса бурения, обусловленная низким качеством сжатого воздуха, поступающего к огненной горелке.

Известно устройство для термомеханического бурения скважин (см. патент РФ 2131014, МКИ E 21 B 7/14, Бюл. N 15, 1999), включающее буровой орган в виде бурового става, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка с магистралями подачи топлива, воды и воздуха, последняя через теплообменник и адсорбер сообщена с нагнетательным патрубком компрессора и компрессор с расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром с днищем конической формы и суживающимся соплом, конденсатоотводчиком-поплавком, разделяющим внутреннюю полость корпуса на камеры, сообщающиеся, соответственно, со всасывающими патрубком компрессора и суживающимся соплом, при этом на внутренней поверхности суживающегося сопла выполнены винтообразные канавки, продольно расположенные от входного к выходному отверстиям и кольцевая канавка.

Недостатком данного устройства является энергоемкость процесса бурения и продувки скважин в сложных погодно-климатических и эксплуатационных условиях, обусловленных необходимостью сброса части всасываемого воздуха в виде горячего потока в атмосферу с загрязнениями, без поступления его через воздушный фильтр в компрессор, при этом для движения атмосферного воздуха в качестве всасываемого по суживающемуся соплу с последующей закруткой затрачивается энергия, потребляемая двигателем компрессора, т.е. наблюдаются дополнительные энергозатраты процесса бурения и продувки скважин.

В основу изобретения поставлена задача снижение энергоемкости процесса бурения путем уменьшения энергозатрат на производство сжатого воздуха, потребляемого в качестве окислителя в огненной горелке бурового става и основного элемента при продувке скважин, что достигается при очистке всасываемого воздуха в воздушном фильтре компрессора, без последующих затрат части его на удаление загрязнений в виде твердых и капелеобразных частиц.

Технический результат изобретения обеспечивает уменьшение энергозатрат при производстве сжатого воздуха в процессе термомеханического бурения и продувки скважин за счет поступления всей массы всасываемого в компрессор воздуха с высокими качественными параметрами по очистке, достигаемыми дополнительным удалением твердых и капелеобразных частиц без затрат на продувку части всасываемого воздуха, а лишь посредством перемещения в полости в виде "ласточкина хвоста" винтообразных канавок с последующей транспортировкой в сборник загрязнений, соединенный с кольцевой канавкой, расположенной за входным отверстием суживающегося сопла.

На фиг. 1 изображено устройство термомеханического бурения (общий вид); на фиг. 2 - развертка суживающегося сопла воздушного фильтра компрессора, на фиг. 3 - профиль винтообразной канавки в виде "ласточкина хвоста".

Устройство включает буровой орган в виде бурового става 1, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка 2, к которой присоединены: магистраль 3 подачи воды, магистраль 4 подачи топлива, магистраль 5 подачи воздуха через теплообменник 6, находящийся в баке 7, и адсорбер 8, по нагнетательному патрубку 9 от компрессора 10, связанного посредством всасывающего патрубка 11 с фильтром 12, размещенного на компрессоре 10, и соответствующего ему корпуса 13 с днищем конической формы и суживающимся соплом 14, отражателя 15, прикрепленного к корпусу 13, конденсатоотводчика-поплавка 16, внутренних камер 17 и 18, сообщающихся, соответственно, со всасывающим патрубком 11 и суживающимся соплом 14, на внутренней поверхности которого выполнены продольно расположенные от входного 19 до выходного 20 отверстия винтообразные канавки 21 в виде "ласточкина хвоста", при этом за входным отверстием 19 выполнена кольцевая канавка 22, в нижней части которой укреплен сборник загрязнений 23.

Устройство работает следующим образом. При термомеханическом разрушении горных пород и в процессе удаления выбуренной массы наблюдается интенсивное загрязнение атмосферного воздуха технологическими загрязнениями в виде твердых частиц и капелеобразной влаги. В результате, даже при усовершенствованной очистке от мелкодисперсных загрязнений над установкой пылепарогазоподавления на выходе из вытяжных труб постоянно находится значительная масса парогазовой смеси, насыщенная твердыми частицами, которая в процессе работы компрессора 10 при производстве сжатого воздуха смещается в сторону всасывающего фильтра 12.

Суживающееся сопло 14, работая по принципу воронки для полусферы окружающего атмосферного воздуха с пылепарогазовой смесью, всасывает данную массу. В результате уменьшения проходного сечения суживающегося сопла 14, возрастания скорости всасываемого воздуха и перемещения его периферийных слоев по винтообразным канавкам 21, движущийся поток закручивается, и твердые частицы с капелеобразной влагой под действием центробежных сил оттесняются к внутренней поверхности суживающегося сопла 14 и попадают в полости, начинающиеся от входного отверстия 19 винтообразных канавок 21. Выполнение винтообразных канавок 21 в виде "ласточкина хвоста" гарантирует надежное задержание поступающих загрязнений, которые по мере накопления в полостях сталкиваются с другими частицами (твердыми и капелеобразными), укрупняются с становятся "ядрами конденсации" водяного пара. Закручивание в винтообразных канавках 21 более плотного потока пограничного слоя интенсифицирует завихрение всасываемого воздуха, что в конечном итоге обеспечивает улучшение качества его очистки. По мере накопления в полостях винтообразных канавок 21, выполненных в виде "ласточника хвоста", загрязнения начинают перемещаться в сторону кольцевой канавки 22 и далее к сборнику загрязнений 23, из которого по мере наполнения удаляются вручную или автоматически. Надежность перемещения загрязнений по винтообразным канавкам 21 гарантируется постоянным вибрационным воздействием на корпус воздушного фильтра, т.к. известно, что в процессе термомеханического бурения и продувки скважин наблюдаются продольные и поперечные вибрации корпуса бурового става и, соответственно, элементов пневмосети в диапазоне от 1 до 30 Гц/см (см. например, Кутузов Б.И. Теория, техника и технология буровых работ - М.: Недра, 1982 - 312 с.). В результате совместного действия сил тяжести и вибрации на суживающееся сопло с корпусом воздушного фильтра, загрязнения в полостях в виде "ласточника хвоста" постоянно перемещаются к сборнику загрязнений 23, исключая образование "пробок" в винтообразных канавках 22.

На выходе из отверстия 20 суживающегося сопла 14 вращающийся охлажденный всасываемый воздух во внутренней камере 17 внезапно расширяется, дополнительно снижая свою температуру на 3-5 градусов и ударяется об отражатель 15. Вследствие этого, не поступившие в полости винтообразных канавок 21 загрязнения падают в днище 13 конической формы, где накапливаются до определенного уровня, после чего выбрасываются через конденсатоотводчик-поплавок 16. При дальнейшем движении охлажденный всасываемый воздух огибает отражатель 15 и поступает в камеру 18, сообщенную со всасывающим патрубком 11 и далее в компрессор 10. Откуда после сжатия по нагнетательному патрубку 9 через теплообменник 6, находящийся в баке 7, и адсорбер 8 по магистрали 5 бурового става 1 поступает к огненной горелке 2, обеспечивая, наряду с поступающими туда же топливом по магистрали 4 и водой по магистрали 3, процесс термического разрушения и удаления горных пород.

Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в повышении эксплуатационной и технологической надежности процесса термодинамического бурения и расширения скважин, обеспечиваемой более эффективной очисткой всасываемого атмосферного воздуха от твердых и капелеобразных частиц путем их сбора посредством полостей винтообразных канавок в виде "ласточкина хвоста" с последующим удалением через сборник загрязнений. В результате возрастает надежность работы элементов термомеханического станка: огнеструйной горелки, воздушного фильтра и компрессора в целом, что достигается устранением дополнительного влияния процесса истирания (витающих в зоне суживающегося сопла и движущих с потоком атмосферного и сжатого воздуха), твердыми частицами трущихся поверхностей данных пневмоэнергопотребителей.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам для бурения и расширения скважин в крепких породах. Сущность изобретения заключается в том, что на внутренней поверхности суживающегося сопла фильтра устройства выполнены винтообразные канавки в виде "ласточкина хвоста", а кольцевая канавка расположена за входным отверстием суживающегося сопла, при этом с кольцевой канавкой в нижней части соединен сборник загрязнений. Изобретение обеспечивает уменьшение энергозатрат при производстве сжатого воздуха в процессе термомеханического бурения. 3 ил.

Устройство для термомеханического бурения, включающее буровой орган в виде бурового става, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка с магистралями подачи топлива, воды, воздуха, последняя через теплообменник и адсорбер сообщена с нагнетательным патрубком компрессора и компрессор с расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром, в виде корпуса с днищем конической формы и суживающимся соплом, конденсатоотводчиком-поплавком и отражателем, разделяющим внутреннюю полость корпуса на камеры, сообщающиеся, соответственно, со всасывающим патрубком компрессора и суживающимся соплом, при этом на внутренней поверхности суживающегося сопла выполнены винтообразные канавки, продольно расположенные от входного к выходному его отверстию и кольцевая канавка, отличающееся тем, что винтообразные канавки выполнены в виде "ласточкина хвоста", а кольцевая канавка расположена за входным отверстием суживающегося сопла, при этом с кольцевой канавкой в нижней части соединен сборник загрязнений.