Устройство для термического расширения буровых скважин Советский патент 1992 года по МПК E21C37/16 E21C37/18 E21B7/14 E21B7/28 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для расширения буровых скважин с одновременным или последовательным их бурением.

Известны термические расширители боровых скважин, имеющие корпус, буровой став и механический породоразрушающий инструмент.

Недостатком известного термического расширителя является низкая эффективность процесса термического расширения из-за малого коэффициента ввода тепловой энергии в породу при конвективном теплообмене газовой струи с поверхностью скважины, сложность конструкции, низкие санитарно-гигиенические условия труда вследствие выделения вредных продуктов отходящих газов плазменной струи(окислов азота N0) в количествах, превышающих санитарные нормы.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является ТМ (термомеханический) орган горных машин, содержащий в качестве источника тепла парогенератор, в котором теплоносителем является водяной пар. Однако эффективность расширения при его использовании недостаточна, так как известная конструкция не обеспечивает ввод стабильного потока тепловой энергии в породу забоя, сложна по реализации, а значит, недостаточно надежна.

Цель изобретения - повышение эффективности расширения скважин за счет стабилизации коэффициента ввода тепловой энергии в породу, упрощения конструкции устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для термического расширения скважин содержится в качестве источника тепла Парогенератор, в котором геплоносителем является водяной пар, парогенератор выполнен в виде съемного контейнера с входным и выходйым отверстиями, внутри которого размещен сетчатый контейнер, заполненный телами из нержавеющей ферромагнитной стали, снабжен клапаном на входном отверстии и коническим соплом на выходном, вокруг контейнера размещен электронагревательный элемент а виде многовиткового индуктора, а выполнены контейнеры из нержавеющей немагнитной стали.

Предлагаемое устройство отличается от известного тем, что содержит парогенератор, выполненный в виде съемного контейнера с сетчатым контейнером внутри, полость которого заполнена телами из нержавеющей ферромагнитной стали, электронагрев)ательный элемент выполнен в

виде многовиткового индуктора, а перегретый пар на забой выпускают через конусообразное сопло.

На фиг.1 изображена схема уотройства

для термического расширения буровых скважин ; на фиг.2 - индукторы, изготовленные из трубок с круглым и прямоугольным сечениями и соответствующие им нагревательные слои корпуса устройства,

поперечные сечения..

Устройство (фиг.1) содержит корпус 1,

буровую штангу 2, клапан 3 для подачи

воды, контейнер из нeмaгниtнoй стали 4,

сетчатый внутренний контейнер 5, заполненный телами б из нержавеющей ферромагнитной стали, электронагревательный элемент 7 в виде многовиткового индуктора, сопло 8 для выпуска рабочего тела (перегретого пара) на породу забоя.

Корпус 1 устройства выполнен цилиндрическим и позволяет получить равномерный нагрев тел индукционными токами индуктора 7. При индукционном нагреве величина настила вихревь1х токов достигается

одинаковой лишь в случае объектов самых простых геометрических форм (в том числе цилиндрической). Индуктор 7 изготовлен из меди (медь наиболее электро- и теплопроводный материал). Выбор формы сечения

трубки индуктора поясняется чертежом (фиг,2). Трубки прямоугольного сечения имеют более высокий КПД, чем индуктор из круглой трубки. При этом потери в индукторе, изготовленном из трубки прямоугольного сечения, примерно на 10% меньше, чем в таких же индукторах, но из круглой трубки. Стабилизация теплового потока энергии, вводимой в породу, обеспечивается за счет постоянной температуры пара 750 t

800°С, которая, в свою очередь, достигается за счет того, что тела 6, заполняющие полость сетчатого контейнера 4, изготовленные из нержавеющего ферромагнитного материала, индукционными токами нагреваются до температуры, ограниченной точкой Кюри, выше которой ферромагнитные свойства исчезают. При изменении температуры магнитная проницаемость меняется. Точка, после которой / 1, носит

название температуры Кюри в. Для некоторых видов железа 768 0 .

Устройство работает следующим образом.

Вода через клапан 3 впрыскивается через входное отверстие в контейнер 4, где разогретые индукционными токами металлические тела из ферромагнетика, заключенные в сетчатый контейнер 5, равномерно вращающийся, омываясь во