Устройство для образования и плавления ледяных тампонов в скважинах Советский патент 1976 года по МПК E21D1/14 

Изобретение относитсн х области горной промышленности, а. именно к отрасли шахтного строительства.

Известны устройства длк образовашш и выплавления ледяных тампонов в скважинах, включающие поверхностную компрессорную установку и кошхентрично расположенные в скважинах ставы труб для подачи хл€шагента воздуха,

Однако известные устройства не обеспечивают возлложность образования ледяных тампонов на заданном горизонте и последующего их плавления.

Цель изобретения - создание такого устройства, которое обеспечивало бы образо- вание ледяных тампонов в скважинах на заданном горизонте с последующим их плавлением.

Для этого предлагаемое устройства снабжено соссно расположенными на ставах труб турбохододидьной и труботермотранс-форматорнсй машинами, каждая из которых состоит из детандера, компрессора и рабочей камеры.

схема предлагаемого устройства fe продольном разрезе); на фиг. 2 -и 3 - схема расположения устройства в скважине в юродессе его работы, соответственно в периоды первой и второй .-заходок . На фиг. 1 стрелками показано движение воздуха.

Устройство включает поверхностную компрессорную установку, содержащую компрес copol, ресиверы 2 и 3, холодильник 4, осушитель воздуха 3 и подкачивающий компрес сор 6, концентрично расположенные ставы скважинных труб: внешний став 7, центральный 8, средний наружный 9 и средний внутренний 1C; схважинную воздушную турбохолодильную машину 11, размещенную на конце средней наружной трубы 9, состоящую КЗ турбодетандера 12 и трубокомпрес сора 13 с общим ротором 14, но из отдельHbJX статоров- (детандерногсн 15 и компрессорного 16) и рабочей (холодной) камеры 17; скважииную воздушную турботермотрансформа-торкую машину 18, размещенную на конпе средней внутренней трубы Ю и состождую из турбокомпрессора 19 и турбо- детандера 2О с общим ротором 21, но из отдельных статоров (компрессорного 22 детандерного 23) и рабочей (нагреватель ной) камеры 24. Работает устройство следующим образом. В кольцевой канал 25, образованный ставами труб, постунает сжатый осушенный воздух с температурой на уровне естественной температуры окружающих скважину пород. Пройдя в конец канала, воздуш- поток изменяет направление движения на противоположное, поступая в концентри- чески расположенный канал 26, По этому каналу воздух подается ктурботермотрансформаторной машине 18, в которой претер- певает сжатие в компрессоре 19 до давлений, обеспечивающих поступление горячего потока в рабочую (нагревательную) камеру 24 на участке плавления ледяного тампона 27, с последующим расширением потока в детандере 20 и сопутствующим е снижением; (восстановлением); температу- ры до уровня температуры горных пород. Расширение воздуха в детандере 2О сопровождается превращением кинетической энергии потока в механическу ю на рабочих колесах, передаваемой через ротор 21 компрессору 19. Отработанный в турботермотрансформа- торной машине 18 воздух, двигаясь по кольцевому каналу 26, поступает в турбохолодильную машину 11, в .которой претёр певает расщирение в детандере 12, обеспе чивающем поступление низкотемпературного потока в рабочую (холодильную) камеру 17 на участке образования ледяного тампона 28, с последуюш.им сжатием в ком- прэссоре 13 и повышением (восстановлением) температуры воздуха до уровня тем пературы горныз пород. Расширение воздуха в детандере 12 сопровождается -превращением кинетическо энергии потока с механическую на рабочих колесах, передаваемой через ротор компре сору 13. Отработанный в турбохолодильной машине 11 воздух, двигаясь по кольцевому каналу 26, поступает из скважинных труб на выход, и далее - в компрессор 1 через ресивер G. Сжатый в компрессфе воз дух подается к ресиверу 2 и далее через холодильник 4 и осушитель 5 возвращается в кольцевой- канал 25 скважинных труб с температурой на уровне температуры горныхпород. В дальнейшем замкнутый цикл работы устройства повторяется. давления в ресивере 3. В процессе работы устройства подкачиваюший компрессор 6 пополняет утечки воздуха из устройства и поддерживает расчетное количество в ресивере 3. Работа холодильной и турботермотрансформаторной машин обеспечивает температуру потока воздуха в кольцевом канале 26 вне участков размещения турбохолодильной машины 11 и турботермотрансформаторной машины 18 близкую к температуре окружающих скважину пород, вследствие чего температура последних остается без изменения. Наибольшее давление воздуха создается в рабочей (нагревательной) камере 24, наименьшее - в рабочей (холодильной;) камере 17. Рабочее давление воздуха передпоступлением в турботермотрансформатор- ную машину 18 выше отработанного воздуха за турбохолодильной машиной 11 вследствие необратимости процессов в холодильной и турботермотрансфорк1аторной машинах. Зти потери давленгш, а также и другие восстанавливаются в компрессоре. Через центральный став труб 8 подается в сквалчину цементный раствор для цементации трещиноватых пород. Технология образования и плавления ледяных тампонов и цементации трещиноватых пород отступающими заходками от забоя скважины осуществляются следующим образом. В пробуренную на всю глубину скважину вставляют копцентрично расположенные ставы труб. Турбохолодильную машину 11 размешааот против горизонта образования ледяного тампона первой заходки, а турботермотрансформаторную машину 18 ближе к забою, скважины. Работа устройство после установки его на первую заходку обеспечивает образование ледяного тампона холодильной мащиной 11, а работающая одновременно турботермо- трансформаторная машина 18 повыщает температуру окружающие его пород. После образования ледяного тампона через став 8 ,закачивается1 цементный раствор для цементации первой заходки. По окончании цементации первой заходкк все ставы труб. перемещаются на вторую заходку с таким расчетом, чтобы холодильная машина 11 разместилась на горизонте образования ледяного тампона заход™ ки, турботермотрансформаторная машина IB - против тампона предыдущей заходки. Дистанция между холодильной и туброгермо трансформаторной машинами устанавливается наличем телескопичности ставов труб 9 и

10. После образования тампона второй эаходкн и с целью обнажения трещин в породах со стороны скважины-- одновременног плавления предыдущего тампона- - производится цементация второй заходки.

В дальнейшем при переходе на последующую заходку, операция перемещения ставов труб и размещения холодильной и турботермотрансформаторной машин на соответствующих горизонтах повторяется.

При перемещении ставов труб на очередную заходку ликвидация прихвата внешнего става труб 7 ледяным тампоном выполняется кратковременной работой турбо- ермотрансформаторной 18 на го- ризонте ледяного тампона. Для этого снв чала размешают холодильную и турботер.мотрансформаторную машины на заданных горизонтах очередной заходки, затем после кратковременной работы турботермотранс™

форматорной машины 18 против тампона и ликвидации прихвата производят соответствующее перемещение внешнего става труб 7.

Формула изобретения

Устройство для образования и плавдв. ния ледяных тампонов в скважинах, вклкн i чаюшее компрессорную установку и кон fiieiiTpvnHO расположенные ставы труб, о т , и ,4 а ю щ е е с я тем, что, с целью ; образования тампонов на заданном горизонте с последующим их плавлением, оно снабжено соосно расположенными на ста-. вах труб воздушными турбохолодильной и I турботермотрансформаторной машинами, каждая из которых состоит из детандера, компрессора и рабочей камеры.

иг./