Устройство для термомеханического разрушения горных пород Советский патент 1986 года по МПК E21B7/14 

СП

00 00 ч

00

ел

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМШЕХАНИ- ЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД по авт. св. № 5261?1, отличаю- !ц ё е с>& я тем, что, с целью повышения точности регулирования оптимальных параметров процесса бурения, поршень-золотник снабжен запиракхцим элементом для перекрытия каналов, сообщающих промежуточную камеру с затруб- ным пространством.

ти Известно устройство для термомеханического разрушения горных пород, включающее скрепленный с буровым ставом корпус с магистралями для подвода горяючего, воды и воздуха, камеру сгорания с соплом, смесительную камеру, толкатель с долотом, соединенный с корпусом посредством шлицев. Данное устройство позволяет совмещать бурение скважин с их расширением. Однако известное устройство обладает тем недостатком, что в нем нельзя использовать полную мощность газовой струи, как на бурение, так и расширение скважин. Кроме того, наличие парогазовой смеси ниже бокового сопла приводит к резкому ухудшению, процесса расширения из-за снижения температуры струи, истекающей через боковое сопло, вызванного эжекцией парогазовой снеси. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для термомеханического разрушения горных пород по основному авт.ев № 526191, включающее соединенный с буровым ставом корпус с магистралями для подвода горючего, воды и воздуха, камеру сгорания с соплом, смесительную камеру, толкатель с долотом, соединенный с корпусом посредством шлицев, при этом оно снабжено образующими промежуточную камеру цилиндром с поршнем-золотником и скрепленной с последним заслонкой с окном, опирающейся на толкатель, причем промежуточная камера сообщена с магистралью для подвода воды, а в цилиндре и поршне-золотнике вьтолнены каналы, периодически сообщающие промежуточную к смесительную камеры. Известное устройство позволяет ме ханизировать процесс термомеханическогобурени скважин с продувкой забоя парогазовой смесью и расширения .буримой скважины термическим способом. Однако в процессе бурения по глу бине скважины и в зависимости от кре пости буримых пород меняется давлени в призабойной зоне. Давление в приза бойной зоне определяет давление в смесительной камере, а так как вода подается к устройству по одной магистрали с последующим разделением ее для пылеподавления и парообразования в процессе бурения может происходить перераспределение расхода воды. Поэтому при бурении известным устройством нельзя обеспечить точное регулирование распределения расхода воды и, следовательно, температуру парогазовой смеси. Это, в свою очередь, не позволяет производить процесс бурения в оптимальном режиме. Другим недостатком известного устройства является необходимость снижения температуры боковой газовой струи в режиме бурения. Это ведет к уменьшению количества воды, подаваемой на парообразование и, значит, к уменьшению объема продувочного агента, что снижает производительность процесса бурения. Для повьш1ения точности регулирования оптго альных параметров процесса бурения в предлагаемом устройстве поршень-золотник снабжен запирающим элементом для перекрытия каналов, сообщающих промежуточную камеру с затрубным пространством. Наличие запирающего элемента позволяет в режиме бурения осуществлять подачу воды только на парообразование. Расходы воды на пылеподавление в этом режиме отсутствуют. В режиме расширения скважины вода поступает только на пылеподавление. Кроме того, в режиме бурения происходит интенсивное охлаждение заслонки водой, поступающей в выполненные внутри . нее каналы, что позволяет не снижать температуру газовой струи, истекаю-, щей из сопла горелки в режиме бурения. Это повьш1ает эффективность использования устройства при бурении. На фиг.1 изображено описываемое устройство в положении, соответствующем процессу бурения скважиныJ на фиг.2 - то же, в положении, соответствующем процессу расширения скваУстройство содержит корпус 1, внутри которого размещены магистрали 24 соответственно для подвода окисли- теля, например воздуха, горючего и воды, приспособление для дистанционного зажигания горючей смеси, камеру 5 сгорания с форсункой 6 для распыления горючего и соплом 7 для образования газовой струи, цилиндр 8 с каналами 9 и поршень-золотник 10 с.каналами 11 и 12, причем поршень-золотник 10 и цилиндр 8 образуют промежуточную камеру 13, запирающий элемент 14, скрепленный с поршнем-золотником 10, заслонку 15 с окном 16 и с каналами 17 и 18, соединенную с поршнем-золот ником 10 посредством крестовины 19 с каналами 20, Чехол 21 выполнен с отверстием 22, соосным с соплом 7 камеры 5 сгорания. Внутри корпуса 1 размещен толкатель 23, связанный с ним посредством шлицев 24. Толкатель 23 снабжен в нижнейчасти резьбой 25 для подсоединения долота 26. Полость между долотом 26 и поршнем-золотником 10 служит смесительной камерой 27. Магистраль 2 для подвода окислителя сообщена с камерой 5 сгорания посредством каналов 28, 29, а через каналы 30, пазы 31, 32 и каналы 33, 34 со смесительной камерой 27. Магистраль 4 для подачи воды сообщена через каналы 35 с промежуточной камерой 13 и через каналы 11, 9, 12, 20, 17 и 18 со смесительной камерой 27, а.посредством каналов 36 и 37 с затрубным пространством. Поршень-золотник 10 имеет уплотнения 38 и посредством крестовины 19 упирается в торец 39 толкателя 23. В толкателе 23 размещен корпус-рассекатвль 40. Устройство работает следующим образом. Перед запуском устройства в кольцевой канал 35 между чехлом 21 и камерой 5 сгорания под давлением подается вода, которая, охлаждая ее, поступает затем в промежуточную камеру 13 и, воздействуя на поршень-золотник 10, перемещает его в крайнее нижнее положение (как показано на фиг.2). При этом положении входные каналы 11 и 12 поршня-золотника 10 отсоединены от каналов 9 цилиндра 8, в связи с чем вся вода поступает только на пылеподавление в затрубное пространство. Изображенное на фиг,2 положение устройства является исходным для его запуска, который осуществляется следующим образом. Посредством дистанционно управляемого приспособления в камере 5 сгорания производят зажигание горючей смеси, образующейся в результате сме-55

шения окислителя с распыляемым форсункой 6 горючим. Устройство выводится на рабочий режим и далее, под действием осевого усилия, развиваемого

При воздействии газовой струи, истекающей из сопла 7 камеры 5 с температурой около 1500С на стенку скважины, производится расширение ее буровым станком, долото 26 перемещает толкатель 23 и связанные с ним заслонку 15 и поршень-золотник 10 в крайнее верхнее положение (как показано на фиг.1). При этом заслонка 15 перекрывает отверстие 22 в чехле 21, в результате чего газовый поток поступает через сопло 7 в смесительную камеру 27, в которую через каналы 9 и 11 и выходной канал 12 в цилиндре 8 и в поршне-золотнике 10, каналы 20 в крестовине 19 и каналы 17 и 18 за слонки 15 поступает также вода. В верхнем положении поршня-золотника 10 запирающий элемент 14 перекрывает каналы 36 и 37, соединяющие водяную магистраль 5 с затрубным пространством. Таким образом, в этом положении вода подается только на парообразованиеВ процессе бурения температура газовой струи, истекающей из сопла 7 камеры 5, такая же, как и при расширении, и составляет около 1500 С. В смесительной камере 27 газовая струя и вод,а, пройдя через корпусрассекатель 40, смешиваются и образуют низкотемпературную парогазовую смесь, поступающую затем через канал долота 26 на забой скважины. Парогазовая смесь способствует интенсификации процесса бурения и выноса разрушенных частиц горной породы. При расширении скважины ходом устройства вниз-вверх и снятием при этом осевой нагрузки на долото 26 поршеньзолотник 10 под действием давления воды в промежуточной камере 13 пере- мещается в крайнее нижнее положение, передвигая одновременно заслонку 15 и толкатель 23 с долотом 26, собственный вес которьк также способствует указанному перемещению. При этом сопло 7 через окно 16 заслонки 15 и отверстие 22 в чехле 21 сообщается с затрубным пространством. Входные каналы 11 в поршне-золотнике 10 в этом случае отсоединены от каналов 5 в цилиндре 8, а запирающий элемент 14 открывает каналы 36 и 37, соединяющие затрубное пространство с водяной магистралью 4. Таким образом, в режиме расширения вода поступает только на пылеподавление.

до оптимального значения диаметра. Для предохранения долота от зашламовывания и перегревания в режиме расширения некоторое количество.окислителя подается через каналы 30, пазы 31, 32 и каналы 33, 34 с целью постоянной продувки и охлаждения галицевого соединения и долота.