УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОГО БУРЕНИЯ-ПЛАВЛЕНИЯ СКВАЖИН ВО ЛЬДУ С ОТБОРОМ КЕРНА Советский патент 1995 года по МПК E21B7/15 E21B25/00 

Изобретение относится к устройствам для электротермического бурения-плавления скважин с отбором керна в ледовых отложениях и может быть использовано для проходки снега, фирна и льда, как "сухих", так и залитых жидкостью с низкой температурой замерзания, скважин.

Известно устройство, содержащее стальной конусообразный полый корпус, в полости которого смонтировано медное кольцо таким образом, что его нижняя часть выведена наружу в торце корпуса. На стенку корпуса и медного кольца нанесена электрическая изоляция. В изолированный паз уложен нагревательный элемент из нихромовой проволоки.

Недостатками этого устройства являются:
Низкая надежность коронки и малый КПД из-за того, что невозможно обеспечить плотное и равномерное прилегание нагревательного элемента к медному кольцу, т. е. незначительная площадь контакта. Плохой теплоотвод и низкая теплопередача через электроизоляцию и клеящий состав ведут к перегреву и быстрому перегоранию нагревательного элемента, а уменьшение подводимой мощности значительно снижает скорость проходки. В приведенной конструкции лишь около 10% площади устройства приходится на медное кольцо, выведенное наружу в торце корпуса, что снижает эффективность теплопередачи при плавлении льда и, в свою очередь, скорость проходки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является устройство для электротермического бурения-плавления скважин во льду с отбором керна, включающее корпус, нагревательные элементы и водоотводящие трубки.

Недостатком данного устройства является невысокий КПД, т. к. много тепла теряется при нагреве талой воды.

Целью настоящего изобретения является повышение КПД устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для электротермического бурения-плавления скважин во льду с отбором керна, включающем корпус, нагревательные элементы и водоотводящие трубки, корпус выполнен в виде литого цилиндрического кольца с параболической формой нижней торцовой части, а на внутренней и наружной поверхностях в месте перехода параболической части корпуса в цилиндрическую выполнены кольцевые канавки, которые сообщены посредством каналов с водоотводящими трубками. При этом нагревательные элементы размещены внутри корпуса. Параболическая форма торца коронки обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление образующейся воды при выдавливании ее с забоя в кольцевой зазор между коронкой, стенками скважины и керном, и максимальный коэффициент теплопередачи от поверхности устройства в массив за счет минимальной толщины наплавляемой воды в зазоре между поверхностью устройства и забоем. Кроме того, за счет создания разрежения в водоотводящих трубках наплавляемая вода с забоя из-под торца коронки движется вверх, а со стороны верхнего торца вниз, к кольцевым канавкам, что также уменьшает толщину водяной пленки между коронкой и ледяным массивом. Создание разрежения на уровне кольцевых канавок обусловливает перепад давлений в зоне забоя скважины, обеспечивая дополнительное усилие на коронку, прижимающее ее к забою и тем самым увеличивающее КПД теплопередачи от рабочей поверхности коронки по поверхности забоя.

На чертеже показано устройство в сечении.

Устройство представляет собой корпус 1, выполненный в виде цилиндрического кольца с параболической формой нижней торцовой части. В корпусе расположены нагревательные элементы 2, концы которых 3 выведены наружу. Сверху к корпусу 1 подсоединено переходное кольцо 4. На внутренней и наружной поверхностях в месте перехода параболической части коронки в цилиндрическую имеются кольцевые канавки 5, к которым из верхнего торца корпуса 1 подведены наклонные сквозные каналы 6, соединенные с водоотводящими трубками 7, закрепленными в переходном кольце 4.

Согласно изобретению устройство работает следующим образом. После установки на лед и подачи напряжения на нагревательные элементы 2 тепло, выделяемое на нагревательных элементах, передается корпусу 1 коронки происходит плавление льда. Образующаяся на забое вода в зоне устройства откачивается, причем создаются два встречных потока, направленных к кольцевым канавкам 5 из-под параболической части вверх, а с верхней поверхности коронки вниз. Далее от канавки 5 вода по сквозным каналам 6 поступает в водоотводящие трубки 7.

Использование устройства повышает эффективность бурения за счет повышения его КПД и скорости проходки. КПД возрастает за счет уменьшения толщины слоя наплавляемой воды между корпусом коронки и ледяным массивом, что значительно сокращает потери тепла на прогрев воды. Скорость проходки повышается за счет получения дополнительного осевого давления на забой, создаваемого разностью давлений в зоне забоя скважины.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОГО БУРЕНИЯ-ПЛАВЛЕНИЯ СКВАЖИН ВО ЛЬДУ С ОТБОРОМ КЕРНА, включающее корпус, нагревательные элементы и водоотводящие трубки, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД, корпус выполнен в виде литого цилиндрического кольца с параболической формой нижней торцовой части, а на внутренней и наружной поверхностях в месте перехода параболической части корпуса в цилиндрическую выполнены кольцевые канавки, которые сообщены посредством каналов с водоотводящими трубками.