Устройство для бурения скважины во льду Советский патент 1988 года по МПК E21B7/15 

(Л

со

со

с

4:

ю

рец 10 в виде изогнутой участками 12 плоской ленты, все образующие которой перпендикулярны продольной оси устройства. Каждый участок 12 наклонен к этой оси под определенным углом. В полости НК 2 размещены выходные отверстия (ВО) пароподводящих 5 и конденсатоотсасывающих трубок. Причем ВО трубок 5 расположены на

73784 .

большем расстоянии от торца 10, чем ВО конденсатоотсасываюших трубок. Горячий па,р конденсируется в НК 2. При этом выделяется тепловая энергия, расходуемая на плавление льда. Образующаяся вода и конденсат удаляются в емкость 6, а керн заполняет колонковую трубу 1 устройства. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к буровой технике и позволяет повысить эффективность бурения за счет увеличения теплообменной поверхности. Устройство включает корпус 1 с последовательно размещенными в нем водосборной емкостью 6, насосом 8, парогенератором 4 и керноприемником. Полое цилиндрическое нагревательное кольцо (НК) 2 устройства имеет рабочий то

1

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для проходки скважин в мощных снежно фирновых толщах горных ледников и районов Арктики и Антарктики.

Цель изобретения - повышение эффективности бурения за счет увеличения теплообменной поверхности.

На фиг. 1 изображено устройство, обпцш вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 2 (развертка части нагревательного кольца).

Устройство для бурения скважины во льду включает колонковую трубу 1 с полым нагревательным кольцом 2 на нижнем торце и с керноудерживающими подпружиненными зубьями 3, которые могут утапливаться при входе керна в трубу 1. Над верхней частью колонковой трубы 1 смонтирован электрический парогенератор 4, полость которого через пароподводящую трубку 5 соединена с полостью нагревательного кольца 2. В верхней части устройства над парогенератором 4 расположена водосборная емкость 6 для талой воды соединенная при помощи водоотсасьшаю щей трубки 7 с призабойной зоной скважины, где образуется талая вода. Водосборная емкость 6 оснащена насосом 8, служащим для откачивания талой воды.

Полость нагревательного кольца 2 снабжена пароподводящими трубками 5, водоотсасывающими трубками 7 и кон- денсатоотсасывающими трубками 9. Рабочий торец 10 нагревательного кольца 2 выполнен в форме изогнутой уча- стками плоской ленты, образующие ко

торой (в сечении Б-Б показана обра- зуюшая 11) перпендикулярны продольной оси нагревательного кольца 2, а каждый участок 12 наклонен к продольной оси устройства под углом d.

При этом угол наклона каждого из участков ленты должен удовлетворять следующему соотношению:

Jl(D-d) f D /. -

Sindl

ц.У({2+)2. ) ,

где N - мощность парогенератора;

N - - удельная мощность нагревательного кольца при данном перепаде температур. Правая часть соотношения представляет собой площадь нагревательного кольца, где D - наружный диаметр корпуса нагревательного кольца, d - внутренний диаметр нагревательного кольца, tk - угол наклона плоскости сечения к продольной оси.

эффективная мощность нагревательного кольца определяется площадью его торца и удельной мощностью

«

При ,0 должно выполняться

тождество

, где N - мощность парогенератора,

,7 N в этом случае F --.

К N

УС)

Скорость бурения-протаивания пропорциональна полезной мощности нагревательного кольца, которая зависит от количества пара, сконденсировавшегося в единицу времени на внутренней поверхности контактирующей со льдом части нагревательного кольца. Интенсивность конденсации при прочих равных условиях пропорциональна площади поверхности, на которой происходит конденсация, а такой площадью в данном случае является рабочий торец нагревательного кольца, при этом площадь рабочего торца зависит от наклона участков ленты (угла на- клона секущих плоскостей) и определяется расчетным путем в соответствии с мощностью парогенератора.

Отверстия пароподводящих 5 и кон- денсатоотсасывающих 9 трубок располо жены в полости нагревательного кольца 2 на различном удалении от концевой части 13, при этом выходные отверстия пароподводящих трубок расположены на большем расстоянии от рабочего торца нагревательного кольца, нежели выходные отверстия конден сатоотводящ1-гх трубок ().

Устройство работает следующим образом.

В электрическом парогенераторе 4 при нагревании воды генерируется пар рабочее давление которого автоматически поддерживается на постоянном уровне. Из парогенератора 4 по трубкам 5 горячий пар подается в полость нагревательного кольца 2, где и происходит его интенсивная конденсация. Тепловая энергия, выделяемая при конденсации пара, расходуется на плавление льда. Образующаяся при этом вода удаляется по водоотсасывающим трубкам 7 и поступает в водосборную емкость 6, а конденсат, образовавшийся в полости нагревательного кольца 2, отводится по конденсатоотсасывающим трубкам 9 и также поступает в водосборную емкость 6. По мере проходки скважины керн заполняет колонковую трубу 1 и при подъеме устройства поддерживается утапливаемыми керноудер- живающими зубьями 3.

Вьшолненная в соответствии с расчетными даннь1ми торцовая поверхность нагревательного кольца в данном случае не является поверхностью вращения, но тем не менее остается линейчатой поверхностью большой площади. Эффективное использование для конденсации пара всей торцовой поверхности обеспечивается расположением отверстий пароподводящих и конденса- тоотсасывающих трубок на различных уровнях в объеме нагревательного кольца. Все это способствует реализации расчетных параметров режима бурения - плавления забоя скважины.

0

5

0

5

0

5

Устройство позволяет получать Ka iecT- венный необводненный керн, исключает нерациональное оплавление стенок скважины и керна и устраняет образование на них ко1щенсата в процессе бурения за счет того, что пар, служащий источником энергии для плавления льда, конденсируется в полости нагревательного кольца 2 и не попадает на забой скважины, а вода, образующаяся на контакте нагреватель-, ного кольца со льдом, отсасывается под вакуумом в водосборную емкость 6.

Использование изобретения позволяет повысить эффективность бурения- протаивания за счет полезного использования всей мощности парогенератора и ориентированного направления теплового потока.

Формула изобретения

N

0

5

N,

чд

(.|.. , йг „1711,.

где D - наружный диаметр нагревательного кольца;

d - внутренний диаметр нагревательного кольца; - угол наклона участка ленты

к продольной оси устройства; N - мощность парогенератора; удельная мощность нагревательного кольца. 2. Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что выходные отверстия пароподводящих трубок расN

3

фиг 2

г

Редактор Н.Слободяник

Составитель С.Робатень

ТехредМ.Ходанич Корректор О.Кундрик

в-в

фигЗ

ФигМ