Способ тушения горящих газовых, нефтяных и газонефтяных фонтанов и устройство для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК A62C3/02 E21B35/00 

Группа изобретений относится к пожаротушению, а именно к способам и устройствам тушения горящих фонтанов, возникших в результате аварии на газовых, нефтяных и газонефтяных скважинах. Предлагаемая группа изобретений предназначена для тушения фонтанов с высокой интенсивностью излучения, причем подходит для тушения пожаров на аварийных скважинах, расположенных в глубоких кратерах.

Наиболее сложным является тушение фонтанов на аварийных скважинах, когда конфигурация пламени представляет собой комбинированное фонтанирование, то есть имеет распыленный и компактный факелы.

Усложняет задачу тушения фонтана образование кратера вокруг устья скважины, образование грифонов (т.е. внезапного прорыва на поверхность земли флюида, чаще всего газа, движущегося под большим давлением по затрубному пространству буровой скважины), появление которых также может сопровождаться образованием кратеров, диаметр воронки которых иногда достигает несколько десятков и даже сотен метров (Горная энциклопедия…http://www.minig-enc.ru/grifbn6). Примером такой аварии является горящий фонтан неподалеку от поселения Дарваза в Туркменистане http://www.interfax.ru/world/8143147), который горит в настоящее время с 1971 года и вокруг которого образовался кратер диаметром 60 метров, глубиной около 20 метров, а температура у поверхности земли в кратере достигает 400°С.

Для таких условий, когда доступ к очагу пожара затруднен, предложен способ тушения пожаров в труднодоступных местах, например, с помощью сбрасываемой с вертолета противопожарной бомбы, заполненной средствами, предназначенными для огнетушения (RU 2068286С1, МПК А62С 39/00, B64D 1/16, F42B 25/00, 30.09.1993).

Известна противопожарная реактивная граната (патент RU 2442624, МПК А62С 3/02, А62С 19/00, F42B 30/04 14.10.2020). Устройство включает в себя корпус, разрывной заряд, огнетушащий порошок, взрыватель, реактивную часть. Реактивная часть обеспечивает доставку противопожарной реактивной гранаты к месту тушения. Пуск таких гранат возможно производить из различных пусковых установок, например гранатометов СПГ-9 и РПГ-7. Восходящий горящий углеводородный столб отсечь очень сложно, поэтому недостатком этого устройства является невозможность перекрыть поступление газа на поверхность земли. В условиях тушения горящих фонтанов с интенсивным излучением эти устройства не эффективны.

Известен способ тушения пожара, заключающиеся в доставке в очаг пожара огнетушащего вещества с помощью ракеты-огнетушителя, прицельно запускаемой с помощью пусковых установок вертолета. Создание воздушной ударной волны и дисперсного облака огнегасящего вещества над очагом горения осуществляется последовательно с заданным интервалом времени залпами ракет, пожароподавляющие устройства которых для первого залпа наполнены взрывчатым веществом, а для второго залпа - флегматизирующим дисперсным огнегасящим веществом (RU 2193906С2, МПК А62С 3/02, B64D 1/16, 09.01.2001). Для создания воздушной ударной волны предложено применять ракету-огнетушитель, содержащую корпус, заполненный взрывчатым веществом, ракетный двигатель, приемник сигнала от системы наведения ракет и реле времени. Ракета-огнетушитель для доставки огнегасящего вещества содержит контейнер, заполненный огнегасящим веществом, снабженный воздухозаборником и сопловыми отверстиями для рассеивания огнегасящего вещества, которые открываются по сигналу датчика задания момента раскрытия контейнера, содержащему реле времени или приемник сигнала от системы наведения. Количество ракет с взрывчатым или с огнегасящим веществом задают в зависимости от вида и площади очага пожара.

К недостаткам этого способа тушения пожара относятся: невозможность перекрыть поступление углеводородов на поверхность земли, сложность его реализации и неэффективность при тушении пожара с интенсивным выбросом продуктов горения из очага горения.

Известен способ тушения газового фонтана с помощью подземного ядерного взрыва (Игревский В.И., Мангушев К.И. Предупреждение и ликвидация нефтяных и газовых фонтанов. М.: «Недра», 1974. С. 64-66.). Способ заключается в том, что методом наклонно-направленного бурения создают новую скважину, в нее опускают ядерное взрывное устройство, с помощью подрыва которого пережимают ствол горящей скважины, что приводит к отсечке пламени и тушению пожара. При взрыве происходит смещение горного массива в зоне действия взрыва и деформация аварийного ствола скважины на значительном интервале, измеряемом десятками и сотнями метров.

В настоящее время ядерный взрыв не может использоваться, так как Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (1996 г. ) запрещает все ядерные взрывы на Земле. К недостаткам этого способа относится необходимость производить ядерный взрыв на большой глубине, с целью обеспечить радиационную безопасность местности и исключить образование обширной системы искусственных трещин в породе с образованием грифонов. Даже в случае применения вместо ядерного химического взрывчатого вещества, этот способ имеет недостаток: сложно организовать бурение дополнительной скважины неподалеку от аварийной скважины с мощным горящим фонтаном в условиях повышенных температур, обеспечивая безопасность людей, работающих на буровой установке. Условия работы при этом очень тяжелые: мощное звуковое воздействие, постоянная вибрация, опасность взрыва и токсичная среда (содержание сероводорода в воздухе доходит до 4,5-5,2% по объему).

Известен способ тушения пожаров на нефтегазовых промыслах (RU 2160823, МПК: Е21 В35/00, 11.02.1999), являющийся наиболее близким по технической сущности и принятый за прототип. Способ включает доставку автономного бурового агрегата для тушения пожара на мобильном транспортном средстве к аварийному объекту, ориентирование пусковых направляющих автономных буровых агрегатов в направлении аварийной скважины под углом к вертикали на безопасном расстоянии от аварийной скважины, осуществление проходки наклонной скважины до встречи или приближения этой наклонной скважины к стволу аварийной скважины, осуществление импульсного удара по стволу аварийной скважины для перекрытия сечения аварийной скважины, воздействие на аварийный объект и тушение пожара на нем, при тушении аварийной скважины к ней доставляют два или более автономных буровых агрегатов, по разные стороны от аварийной скважины ориентируют пусковые направляющие автономных буровых агрегатов, осуществляют одновременную проходку наклонных скважин с разных сторон к стволу аварийной скважины, при этом применяют автономные буровые агрегаты, принимающие акустические сигналы от ствола аварийной скважины блоками их регистрации и, при приеме максимальных величин этих сигналов, осуществляют направленный импульсный удар с разных сторон по стволу аварийной скважины за счет одновременного срабатывания импульсных ударных устройств.

К недостаткам этого способа относится необходимость применения мобильного транспортного средства для доставки буровых агрегатов с пусковыми направляющими на значительном безопасном расстоянии от ствола аварийной скважины. Нулевая скорость входа в грунт бурового агрегата требует увеличения запаса твердого ракетного топлива для транспортировки взрывчатого вещества к месту взрыва под землей.

Буровым агрегатам невозможно синхронно подойти с двух сторон к стволу аварийной скважины, так как в качестве рабочего агента генератора является твердотопливная смесь, при использовании которой имеются отклонения в скоростях горения, расходного комплекса и других параметров генератора, заряда и продуктов сгорания твердотопливной смеси от номинальных значений вследствие технологических и эксплуатационных отклонений, которые приводят к изменениям давления, скорости истечения расхода продуктов сгорания, тяги устройства и времени горения заряда и, как следствие, времени движения бурового агрегата к стволу аварийной скважины (Шишков А.А., Панин С.Д., Румянцев Б.В. Рабочие процессы в ракетных двигателях твердого топлива. М.: Машиностроение. -1989).

Кроме этого акустические волны от ствола аварийной скважины не могут одновременно подойти к буровым агрегатам, так как частота акустических колебаний зависит от скорости звука в среде, в которой они распространяются f=a/h, где а - скорость звука, h - длина пути перемещения звука в среде. Скорость звука зависит от физико-механических свойств горных пород, которые имеют различный состав и залегают пластами различной толщины.

Для реализации этого способа в устройстве бурового агрегата применено несколько зарядов взрывчатого вещества, взрывающихся последовательно. При малой мощности взрывчатых веществ не происходит перекрытия ствола, так как ствол не теряет своей устойчивости и поэтому поэтапное срабатывание взрывчатого вещества, разделенного на несколько зарядов, не обеспечит перекрытия обсаженного ствола аварийной скважины под действие ударных нагрузок. Необходимо одномоментно создать ударную нагрузку, чтобы напряжения в волне сжатия достигали и превышали 2200 кгс/см², а остаточные перемещения в массе пород достигали и превышали диаметр скважины.

Доставка и заглубление заряда химического взрывчатого вещества возможны с помощью корректируемой авиабомбы с проникающей боевой частью. По открытым источникам АО «ГНПП «Регион» серийного производится корректируемая авиабомба КАБ-1500ЛГ-Пр, предназначенная для поражения заглубленных целей усиленного типа. Данная авиабомба оснащена лазерной гиростабилизированной головкой самонаведения, обеспечивающей высокую точность попадания. Бомба применяется с самолетов, оборудованных системой лазерного подсвета цели. Боевая часть может пробить бетон до 3 м, а грунт до 20 м. Масса взрывчатого вещества составляет 210 кг.

Недостатком этого устройства является малая масса взрывчатого вещества, при которой невозможно перекрытие ствола аварийной скважины. Кроме того, при мощном световом излучении от горящего фонтана лазерная подсветка не работает.

Известно устройство, предназначенное для бурения грунтов на Земле, на Луне или Марсе, буровой газогенератор (пенетратор К-900МС), принятый за прототип (Румянцев Б.В., Ягодников Д.А. Актуальные проблемы ракетного двигателестроения. М.:МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. С. 133-135). Буровой газогенератор К-900МС состоит из камеры сгорания, которая содержит заряд твердого топлива, закрепленный на стальных опорах и решетке, воспламенительное устройство, инициируемое срабатыванием пиропатрона и установленное на заднем днище корпуса камеры сгорания, на переднем днище расположен сопловой блок, который обеспечивает формирование сверхзвуковой струи продуктов сгорания твердого топлива, разрушающей грунт. Сопловой блок спроектирован многосопловым и состоит из двух поясов, в одном из которых сопла расположены тангенциально (для реализации закрутки продуктов сгорания), а во втором сопла расположены под некоторым углом к продольной оси (для обеспечения поступательного движения бурового газогенератора). К достоинствам этого устройства относятся достаточно высокая скорость бурения, отсутствие необходимости непосредственного управления процессом бурения и пребывания людей в опасных условиях. К недостаткам описанного выше устройства относится то, что для его применения для тушения горящих фонтанов необходимо решить проблемы доставки такого устройства на поверхность земли в непосредственной близости к устью аварийной скважины и его заглубления при нулевой скорости входа в грунт.

Группа изобретений направлена на повышение эффективности тушения горящих фонтанов с высокой интенсивностью теплового излучения на аварийных скважинах, расположенных как на ровной поверхности, так и в глубоких кратерах, гарантированным перекрытием аварийной скважины под землей с предотвращением утечки углеводородов через трещины в условиях хрупких и проницаемых горных пород.

Предлагается способ тушения горящих фонтанов на газовых, нефтяных и газонефтяных скважинах, включающий доставку к аварийной скважине с помощью пусковых установок буровых газогенераторов, оснащенных капсулами с химическим взрывчатым веществом, проходку буровыми газогенераторами наклонно-направленных скважин с противоположных сторон до приближения под землей к стволу аварийной скважины, перекрытие аварийной скважины, которое осуществляется двумя последовательными подрывами химического взрывчатого вещества, причем второй подрыв осуществляется выше интервала перекрытия, образовавшегося в результате первого подрыва, а доставка к точке заглубления в грунт бурового газогенератора осуществляется с помощью отделяемой маршевой двигательной установки на твердом ракетном топливе, с ее отделением после прохождения максимальной точки высоты полета, и последующим включением бурового газогенератора, обеспечивающим его закрутку и торможение на нисходящей части траектории полета.

Предлагается устройство для осуществления способа тушения горящих фонтанов на газовых, нефтяных и газонефтяных скважинах, которое включает в себя буровой газогенератор, капсулу с химическим взрывчатым веществом с взрывателем, отделяемую маршевую двигательную установку на твердом ракетном топливе. Буровой газогенератор состоит из камеры сгорания с зарядом твердого ракетного топлива с воспламенительным устройством, на переднем днище которой размещен многосопловой блок, содержащий ряд моментных сопел, расположенных тангенциально, ряд сопел, расположенных по направлению движения под тупым углом к продольной оси устройства и ряд сопел, расположенных навстречу движения под острым углом к продольной оси устройства. Все сопла блока снабжены заглушками, выполненными с возможностью поэтапного вскрытия последовательно: заглушек моментных сопел, заглушек сопел, расположенных навстречу движения, заглушек сопел, расположенных по направлению движения. Заряд твердого ракетного топлива бурового газогенератора состоит из трех, скрепленных по оси элементов, забронированных по наружной поверхности, первый представляет собой монолитный диск торцевого горения, второй -диск с глухим осевым отверстием со стороны первого элемента, третий -двухслойный блок с цилиндрическим осевым каналом в котором размещен форсирующий слой ракетного топлива с повышенной скоростью горения. Устройство снабжено отделяемой маршевой двигательной установкой на твердом ракетном топливе с многосопловым блоком с наклонными к оси двигателя раструбами. Между камерой сгорания бурового газогенератора и капсулой с химическим взрывчатым веществом располагается приборный отсек с системой управления, обеспечивающей автономное управление устройством.

Кроме того, устройство для тушения горящих газовых, нефтяных и газонефтяных фонтанов может быть снабжено двигательной установкой с зарядом твердого топлива, имеющего прогрессивную поверхность горения, с воспламенительным устройством и сопловым блоком с наклонными к оси двигательной установки раструбами, которая крепится к заднему днищу капсулы с химическим взрывчатым веществом перед отделяемой маршевой двигательной установкой.

На фиг. 1 представлена схема ликвидации горящего фонтана.

На фиг. 2 - схема устройства для тушения горящих фонтанов.

На фиг. 3 - схема пусковой установки.

Для реализации предлагаемого способа, как показано на фиг. 1 пусковые установки (1) располагают на безопасном расстоянии от аварийной скважины. Вначале осуществляют запуск устройства (2) для тушения из первой пусковой установки. Устройство доставляет капсулу с химическим взрывчатым веществом на заданные глубину и расстояние от ствола скважины (3).

Заряд взрывчатого вещества должен обеспечить при взрыве смещение горного массива в зоне действия взрыва и деформацию аварийного ствола скважины, которые на значительном интервале обеспечит его перекрытие. Интервал перекрытия определяется геологическим строением месторождения, физико-механическими свойствами горных пород эффективностью воздействия на них энергией мощности взрыва и состоянием ствола фонтанирующей скважины.

Для определения положения ствола аварийной скважины, заряда взрывчатого вещества, обеспечивающее необходимое напряжение а в массе горных пород проводят геофизические исследования.

Напряжение σ (кгс/см²) определяется выражением:

где W - мощность взрывчатого вещества, R - расстояние от центра взрыва.

Рост давления в каком-либо пласте ниже зоны перекрытия ствола скважины может привести к произвольному разрыву пласта и созданию каналов для утечки углеводородов, а в среде хрупких и проницаемых пород при этом образуется обширная система искусственных трещин и происходит переток углеводородной смеси по трещинам выше интервала перекрытия ствола, в результате это может привести к появлению на поверхности грифонов с образованием кратеров, может произойти разрушение устья скважины. Для предотвращения этого, из второй пусковой установки запускают устройство для тушения горящих фонтанов, которое обеспечивает доставку и подрыв заряда взрывчатого вещества выше интервала перекрытия, созданного первым взрывом.

На фиг. 2 приведена схема устройства для тушения горящих газовых, нефтяных и нефтегазовых фонтанов. Устройство включает в себя буровой газогенератор, который состоит из камеры сгорания (4) с зарядом твердого ракетного топлива, воспламенительного устройства (5), многосоплового блока с тремя рядами сопел: расположенными тангенциально моментными соплами (6), и два ряда сопел (7, 8), расположенных под углом к продольной оси устройства. Заряд твердого ракетного топлива состоит из трех элементов: монолитного диска торцевого горения (9), диска с глухим осевым отверстием (10) и двухсоставного блока с цилиндрическим осевым каналом (11), в котором размещен форсирующий слой ракетного топлива с повышенной скоростью горения (12).

За буровым газогенератором размещены приборный отсек (13), капсула с зарядом химического взрывчатого вещества (14) с взрывателем (15), соединительный отсек (16 и отделяемая маршевая двигательная установка (17) на твердом ракетном топливе с многосопловым блоком наклонными раструбами (18). Соединительный отсек (16) оснащен детонирующим удлиненным зарядом. В приборном отсеке размещены бортовая батарея, бортовая кабельная сеть и блок автоматики задействования пиротехнических средств, состоящий из бортового временного устройства, блока коммутации исполнительных сигналов на пиротехнические средства.

На переднем днище корпуса отделяемой маршевой двигательной установки расположены реверсивные сопла (19) с заглушками и электродетонаторами, а к заднему днищу пристыкован хвостовой отсек (20), снабженный раскрывающимися аэродинамическими стабилизаторами (21).

Пусковая установка, представленная на фиг. 3, включает в себя пусковой контейнер (22) с пороховым аккумулятором давления (23) и опорными поясами (24), фиксирующими устройство (2) во время движения при старте. Пусковая установка также включает в себя наземную аппаратуру системы управления (НАСУ) (25) и рулевые привода (26), которые обеспечивают угол наклона пускового контейнера во время прицеливания.

В состав НАСУ входит наземный цифровой вычислительный комплекс, аппаратура спутниковой навигации с антенной с угломерным каналом (27), пульт управления пуском.

Устройство работает следующим образом. Прицельный запуск устройства осуществляется пусковой установкой, пороховой аккумулятор давления создает давление на хвостовой отсек устройства и приводит его в движение, при этом расстыковывается электрическая связь, обеспечивающая предстартовую подготовку связью бортовой аппаратуры с наземной системой управления.

После выхода заднего среза устройства из пускового контейнера раскрываются хвостовые аэродинамические стабилизаторы и запускается маршевая двигательная установка. Маршевая двигательная установка запускается на высоте, исключающей воздействие продуктов сгорания твердого ракетного топлива на НАСУ, находящуюся на пусковой установке. По временной команде блока автоматики, после прохождения максимальной точки высоты полета, срабатывает детонирующий шнур, разрубающий соединительный отсек, происходит вскрытие заглушек реверсных сопел, что обеспечивает отделение маршевой двигательной установки.

Первый элемент заряда твердого топлива бурового газогенератора инициируется на начальном участке нисходящей части траектории полета устройства. За счет давления в камере сгорания вскрываются заглушки в моментных соплах второго заряда, обеспечивая закрутку устройства в ту же сторону, в которую оно было закручено при старте, что обеспечивает его гироскопическую устойчивость.

При равномерной скорости горения твердотопливного заряда давления в камере сгорания описывается зависимостью:

где ρ_т - плотность твердого топлива, β - расходный комплекс, S - площадь поверхности горения заряда, F_kp - площадь критического сечения сопла, K_uU₁ V - коэффициенты в зависимости скорости горения (Шишков А.А., Панин С.Д., Румянцев Б.В. Рабочие процессы в ракетных двигателях твердого топлива. М.: Машиностроение. -1989).

Таким образом, давление фактически определяется площадью поверхности горения и скоростью горения заряда при данной площади критического сечения сопла. Сопловые заглушки представляют собой изолированную, со стороны камеры сгорания, круглую мембрану, выполненную из медного или алюминиевого сплава.

Ожидаемое давление разрушения заглушки при известных σ_в - временном сопротивлении материала и δ - толщины мембраны определяется по формуле:

где D - диаметр заглушки в месте разрушения, k - коэффициент зависит от свойств материала.

Толщина мембраны, обеспечивающей заданный уровень начального давления в камере сгорания двигателя определяется выражением:

Варьируя толщиной заглушки и расчетной величиной давления в камере сгорания определяют момент вскрытия сопел в буровом газогенераторе.

После сгорания первого элемента заряда воспламеняется второй диск с увеличенным приходом продуктов сгорания за счет увеличения поверхности горения, образованной наличием глухого отверстия. Это приводит к повышению давления, выше давления от сгорания первого элемента и соответственно к вскрытию заглушек первого ряда сопел и торможению устройства за счет истечения продуктов сгорания твердого ракетного топлива навстречу движения, с одновременным функционированием сопел второго ряда.

Размер отверстия во втором элементе заряда твердого топлива, диаметр и глубина, выбираются в зависимости от потребной величины горящей поверхности заряда во время его функционирования для получения давления в камере сгорания газогенератора больше, чем при работе первого элемента заряда.

Например, в случае отсутствия бронирования на длине и наличие осевого отверстия диаметром d и глубиной площадь начальной горящей поверхности раз превышает площадь торца, где D - наружный диаметр диска без бронировки.

При стрельбе некорректируемыми устройствами происходит увеличение эллипса рассеивания точек их попадания из-за разбросов внутрибаллистических характеристик двигательных установок, их массы и изменения ряда других характеристик полета. Коррекция траектории для уменьшения эллипса рассеивания неуправляемого устройства обеспечивается торможением его на нисходящей части траектории полета за счет установки тормозных устройств (Кузнецов Н.С.«Предложения по коррекции движения снарядов реактивных систем залпового огня». Боеприпасы. Спецвыпуск. -2018. С. 28-34). В предлагаемом техническом решении включение тормозных сопел бурового газогенератора увеличивает сопротивление движению из-за действия реактивной струи продуктов сгорания твердого топлива, направленной на встречу полета, при этом происходит торможение устройства и, как следствие, снижение скорости полета. Приведенный способ выполнения коррекции движения неуправляемого устройства путем коррекции траектории полета позволяет создать конструкцию без применения сложных систем управления с органами управления. Кроме этого, это обеспечивает работоспособность ее элементов снижая перегрузки, вибрационное и ударное воздействие на них. В процессе полета они имеют разное значение в зависимости от функционирования. Так, например, при срабатывании пиросредств, отделение сбрасываемых элементов во время полета перегрузка «n» составляет 100-200g. Перегрузка «n», это ускорение, отнесенное к ускорению свободного падения измеряется в единицах g = 9,8 м/c² При соударении с неподвижной поверхностью земли необходимо, чтобы перегрузки были не больше перегрузок, возникающих по всей траектории полета устройства. Основной характеристикой ударного процесса является пиковое значение скорости.

После сгорания второго элемента заряда воспламеняется форсирующий слой твердого ракетного топлива с повышенной скоростью горения третьего элемента заряда, который при сгорании создает повышенный градиент давления в камере сгорания, обеспечивающий вскрытие заглушек сопел в третьем ряду. Экспериментально показано, что давление вскрытия сопловых заглушек уменьшается с увеличением градиента скорости роста давления в предсопловом объеме (Экспериментальные методы определения параметров двигателей специального назначения. М.: Научно-технический центр «Комплекс». -1993). Поэтому, применение форсажного слоя твердого ракетного топлива с высокой скоростью горения позволит создать конструкцию бурового газогенератора с большей надежностью при меньшем давлении.

Скорость горения твердого ракетного топлива регулируется добавлением модификаторов горения различной дисперсности (Современные проблемы приротехники: Материалы II Всероссийской конференции. Сергиев-Посад. -2003. С. 163-170. Материалы II Всероссийской научно-технической конференции. Сергиев-Посад. -2010. С. 61-65). Третий элемент заряда твердого ракетного топлива обеспечивает функционирование всех трех рядов сопел.

Для продвижения в грунте с большим сопротивлением в состав устройства может быть включена дополнительная двигательная установка с зарядом твердого топлива с прогрессивной поверхностью горения, которая крепится к заднему днищу капсулы с химическим взрывчаты веществом. При заглублении устройства в грунт осуществляется инициирование заряда от воспламенительного устройства, расположенного на переднем днище камеры сгорания. Работая одновременно с буровым газогенератором, дополнительная двигательная установка обеспечивает поступательное реактивное движение в грунте на заданную глубину.

НАСУ с учетом данных о текущем местоположении пусковой установки, координат точки цели, аэродинамических характеристик устройства, энергетических характеристик отделяемой маршевой двигательной установки, ориентации пусковой установки, модели погодных условий рассчитывает время срабатывания системы отделения маршевой двигательной установки (детонирующего шнура в соединительном отсеке и вскрытие заглушек в реверсивных соплах), запуск бурового газогенератора в полете и записывает эти данные в автоматику бортовой аппаратуры. НАСУ дополнительно рассчитывает время задействования взрывателя заряда с химическим взрывчатым веществом с учетом времени движения устройства по траектории до точки встречи с землей и времени движения бурового газогенератора в грунте. Глубина и скорость перемещения бурового газогенератора в грунте определяются с учетом площади горения заряда в камере сгорания бурового газогенератора, состава грунта, силы сопротивления грунта.

Математическое моделирование движения бурового газогенератора в грунте под воздействием внешних сил можно проводить с использованием системы уравнений, описывающих движение неуправляемых реактивных снарядов и состоящих из уравнений количества движения и момента количества движения (Румянцев Б.В., Ягодников Д.А. Актуальные проблемы ракетного двигателестроения. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. С.129.):

Здесь m_п - масса бурового газогенератора; - вектор скорости движения бурового газогенератора; - главный вектор внешних сил; -вектор реактивной тяги; - моменты инерции бурового газогенератора относительно осей - проекции угловой скорости вращения и производственные по времени моментов инерции бурового газогенератора на оси соответственно.

Все управление элементами устройства от старта до взрыва заряда химического взрывчатого вещества в толще грунта осуществляется автоматически бортовой системой управления, в которую вводится до старта устройства программа функционирования управляющих сигналов.

Группа изобретений относится к пожаротушению, а именно к способам и устройствам тушения горящих фонтанов, возникших в результате аварии на газовых, нефтяных и газонефтяных скважинах. Предлагаемая группа изобретений предназначена для тушения фонтанов с высокой интенсивностью излучения, причем подходит для тушения пожаров на аварийных скважинах, расположенных в глубоких кратерах. Способ тушения горящих фонтанов на газовых, нефтяных и газонефтяных скважинах включает доставку к аварийной скважине с помощью пусковых установок буровых газогенераторов, оснащенных капсулами с химическим взрывчатым веществом, проходку буровыми газогенераторами наклонно-направленных скважин с противоположных сторон до приближения под землей к стволу аварийной скважины, перекрытие аварийной скважины, которое осуществляется двумя последовательными подрывами химического взрывчатого вещества, причем второй подрыв осуществляется выше интервала перекрытия, образовавшегося в результате первого подрыва, а доставка к точке заглубления в грунт бурового газогенератора осуществляется с помощью отделяемой маршевой двигательной установки на твердом ракетном топливе, с ее отделением после прохождения максимальной точки высоты полета, и последующим включением бурового газогенератора, обеспечивающим его закрутку и торможение на нисходящей части траектории полета. Устройство для реализации этого способа включает в себя буровой газогенератор, капсулу с химическим взрывчатым веществом с взрывателем, отделяемую маршевую двигательную установку на твердом ракетном топливе. Буровой газогенератор состоит из камеры сгорания с зарядом твердого ракетного топлива с воспламенительным устройством, на переднем днище которой размещен многосопловой блок, содержащий ряд моментных сопел, расположенных тангенциально, ряд сопел, расположенных по направлению движения под тупым углом к продольной оси устройства и ряд сопел, расположенных навстречу движения под острым углом к продольной оси устройства. Все сопла блока снабжены заглушками, выполненными с возможностью поэтапного вскрытия последовательно: заглушек моментных сопел, заглушек сопел, расположенных навстречу движения, заглушек сопел, расположенных по направлению движения. Заряд твердого ракетного топлива бурового газогенератора состоит из трех, скрепленных по оси элементов, забронированных по наружной поверхности, первый представляет собой монолитный диск торцевого горения, второй - диск с глухим осевым отверстием со стороны первого элемента, третий - двухслойный блок с цилиндрическим осевым каналом в котором размещен форсирующий слой ракетного топлива с повышенной скоростью горения. Устройство снабжено отделяемой маршевой двигательной установкой на твердом ракетном топливе с многосопловым блоком с наклонными к оси двигателя раструбами. Между камерой сгорания бурового газогенератора и капсулой с химическим взрывчатым веществом располагается приборный отсек с системой управления, обеспечивающей автономное управление устройством. Устройство может быть снабжено двигательной установкой с зарядом твердого ракетного топлива, имеющего прогрессивную поверхность горения, воспламенительным устройством, и сопловым блоком с соплами наклонными к оси двигателя раструбами, который крепится к заднему днищу капсулы с химическим взрывчатым веществом. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ тушения горящих фонтанов на газовых, нефтяных и газонефтяных скважинах, включающий доставку к аварийной скважине с помощью пусковых установок буровых газогенераторов, оснащенных капсулами с химическим взрывчатым веществом, проходку буровыми газогенераторами наклонно-направленных скважин с противоположных сторон до приближения под землей к стволу аварийной скважины, подрыв химического взрывчатого вещества для перекрытия аварийной скважины, отличающийся тем, что перекрытие ствола аварийной скважины осуществляется двумя последовательными подрывами химического взрывчатого вещества, доставленного к аварийной скважине, причем второй подрыв осуществляется выше интервала перекрытия, образовавшегося в результате первого подрыва, при этом способ осуществляют с помощью устройства для тушения горящих фонтанов на газовых, нефтяных и газонефтяных скважинах, включающего в себя буровой газогенератор с капсулой с химическим взрывчатым веществом, оснащенный отделяемой маршевой двигательной установкой на твердом ракетном топливе, доставка к точке заглубления в грунт бурового газогенератора с капсулой с химическим взрывчатым веществом осуществляется с помощью отделяемой маршевой двигательной установки на твердом ракетном топливе, с ее отделением после прохождения максимальной точки высоты полета, и последующим включением бурового газогенератора, обеспечивающим его закрутку и торможение на нисходящей части траектории полета.

2. Устройство для тушения горящих фонтанов на газовых, нефтяных и газонефтяных скважинах включает в себя буровой газогенератор, состоящий из камеры сгорания с зарядом твердого ракетного топлива с воспламенительным устройством, на переднем днище которой размещен многосопловой блок, содержащий ряд моментных сопел, расположенных тангенциально и ряд сопел, расположенных по направлению движения под тупым углом к продольной оси устройства, и капсулу с химическим взрывчатым веществом с взрывателем, отличающееся тем, что многосопловой блок снабжен рядом сопел, расположенных навстречу движения под острым углом к продольной оси; все сопла блока снабжены заглушками, выполненными с возможностью поэтапного вскрытия последовательно: заглушек моментных сопел, заглушек сопел, расположенных навстречу движения, заглушек сопел, расположенных по направлению движения, заряд твердого ракетного топлива состоит из трех, скрепленных по оси элементов, забронированных по наружной поверхности, первый представляет собой монолитный диск торцевого горения, второй - диск с глухим осевым отверстием со стороны первого элемента, третий - двухслойный блок с цилиндрическим осевым каналом в котором размещен форсирующий слой ракетного топлива; буровой газогенератор с капсулой с химическим взрывчатым веществом оснащен отделяемой маршевой двигательной установкой на твердом ракетном топливе с многосопловым блоком с наклонными к оси двигателя раструбами, расположенным между камерой сгорания бурового газогенератора и капсулой с химическим взрывчатым веществом приборным отсеком с системой управления, обеспечивающей автономное управление устройством.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что отделяемая маршевая двигательная установка на твердом ракетном топливе пристыкована соединительным отсеком с детонирующим удлиненным зарядом к капсуле с химическим взрывчатым веществом и снабжена расположенными на переднем днище корпуса реверсивными соплами с заглушками и электродетонаторами, а к заднему днищу пристыкован хвостовой отсек с раскрывающимися аэродинамическими стабилизаторами с пирозамками.

4. Устройство по любому из пп. 2, 3, отличающееся тем, что система управления устройством состоит из бортовой батареи, бортовой кабельной сети и блока автоматики задействования пиротехнических средств, включающего в себя временное устройство и блок коммутации исполнительных сигналов на пиротехнические средства.

5. Устройство по любому из пп. 2-4, отличающееся тем, что снабжено двигательной установкой с зарядом твердого ракетного топлива, имеющего прогрессивную поверхность горения, с воспламенительным устройством и сопловым блоком с наклонными к оси двигательной установки раструбами, которая крепится к заднему днищу капсулы с химическим взрывчатым веществом.