Скважинное устройство для термического разрушения горных пород Советский патент 1983 года по МПК E21B7/14 

Изобретение касается скважинного устройства для термического разрушения горных пород струями газа и может быть исэ пользовано для отогрева мерзлых пород, окружающих скважину.Известно, что при бурении в мерзлых породах скважин происходит их обледенение в весенне-осенний период, когда идет оттаивание деятельного слоя. При этом надмерзлотные воды, поступая в скважину, замерзают за счет дтрицательной температуры мерзлых пород, которая достигает б-8°C

В результате этого на расстоянии 2-5м от устья скважины происходит обледенение стенок, которое часто приводит к образрванию ледяной пробки, препятствующей заряжанию скважин.

Перебуривание таких скважин приводит к заклиниванию шарои ек и поломке бурового станка. Поэтому наиболее целесообразным является использование для разбуривания ледяных пробок огнеструйиых горелок..

Известно устройство для термического разрушения горных пород при бурении скважин, включающее огнеструйную горелку с камерой сгорания и соплом для истечения образующихся раскаленных газов и yctaновленную соосно соплу полую насадку, через которую движется поток газа, вызывающий ее накаливание, в результате чего она становится источником инфракрасного налучения 1)..

Под воздействием этого излучения происходит термическое разрущение породы стенок скважины или их оттаивание.

Однако преобразование тепла истекающей газовой струи в инфракрасное излучение насадки сопровождается больщими потерями энергии.

Наиболее близким к предлагаемому являйся скважинное устройство для термического разрущения горных пород струями газа, содержащее огнеструйную горелку и омываемую потоком газа насадку, установленную соосно с горелкой и соединенную с ней {2.

В известном устройстве насадка выполнена трубчатой и при пропускании через нее струи газа обеспечивает повышение ее температуры в зоне встречи с разрушаемой породой, для чего она устаиа1 ливается иа поверхность породы..

Использование известиого устройства для оттаивания мерзлых пород, окружающкх скважину, малоэффективно, так как прямой передаче тепла стенкам скважины препятствует насадка.

Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства при .отогреваНИИ окружающих скважину мерзлых пород.

Поставл енная цель достигается за счет применения скважинного устройства для тер; мического разрушения горных пород струями газа, содержащего огнеструйную горелку и омываемую потоком газа насадку, установленную соосно с горелкой и соединенную с ней, в котором насадка выполнена веретенообразной формы.

На чертеже показано предлагаемое устройство в скважине.

Устройство имеет огнеструйную горелку 1 нзвестной конструкции с камерой сгорания и соплом (не показаны) для истечения струн газа. Соосно соплу на некотором расстоянии от его среза установлена насадка 2 веретенообразной формы, соединенная с корпусом горелки 1 крепежными элементами 3. Эти элементы 3 пропускаются через два сквозных отверстия 4 в насадке 2, расположенных перпендикулярно одно другому примерно в центральной части насадки 2. Крепежные элементы 3 фиксируются на корпусе горелки 1 с помощью кольца 5.

Насадка 2 размещается в скважине 6 с Зазором по отношению к ее стеИкам, причем отношение наибольшего рйдиуса насадки 2 к радиусу скважины 6 должно быть не менее 1,5 и не более 2,0. Это соотношение выбрано для создания наиболее благоприятных условий истечения струй газа из горелки 1 и исходящего из скважины .потока газа. Струи газа из горелки I с большой скоростью обтекают насадку 2 и омывают стенку скважины 6. В то же время снизу под давлением этого потока вытесняются отработанные газы. В случае, если отношение указанных радиусов будет меньше 1,5, то часть истекающих струй газа из горелки 1 не успевает пройти в зазор между насадкой 2 и стенкой скважины 6 будет выноситься из; него восходящим потоком, не соприкасаясь со стенкой. При этом снизится теплопереда-. ча газовой струи породам, окружающим скважину 6. Если соотношение указанных радиусов будет больше 2,0, то газовая струя, истекающая из горелки 1,отклоняется насадкой 2 недостаточно и часть ее проходит, не соприкасаясь со стенкой скважины, что тйкже снижает эффект теплопередачи от струи газа породам стенки скважины.

Устройство работает следующим образом.

Его опускают в скважину 6 и устанавли-; вают на уровне наледи 7. Высокотемпературная газовая струя, обтекающая на пути иасадку 2, отклоняется, и соприкасается со стенкой скважины 6, расплавляя наледь 7. При соприкосновении газовой струи со стенкой скважииы увеличивается конвективный теплообмен между струей газа и породами, окружающими скважину 6. В результате вокруг скважины 6 образуется в мерзлых породах талая зона 8 и обледенения скважины в этом месте ие произойдет.

В случае наличия ледяиой пробки в скважнне 6 насадку 2 снимают и прямой газовой струей горелки 1 расплавляют лед в центре

J05I203 34

скважины, 3uteM на горелку I надевают йй-Таким образом, работа предлагаемого

садку 2 и, рассредоточенной газовой струейустройства оказывается более эффектнвной

этогревакУГ мерзлые породы вокруг сква-благодаря приближению зоны нагрева некниы.Посредственно к стенке скважины.

СКВАЖМННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД струями газа, содержащее огиеструйиую горелку и омываемую потоком газа насадку, установленную соосно с горелкой и соединенную с ней, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности его работы при отогревании окружающих скважину мёрзлых пород, насадка выполнена веретенообразной формы. (Л С