Термический расширитель буровых скважин Советский патент 1982 года по МПК E21C37/18 E21B7/14 

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

Известны термические расширители буровых скважин, имеющие , буровой став и механический породоразрушанлций инструмент.

Буровые станки снатенные такими расширителями, позволяют прюизводить расширение скважины одновременно с ее бурением или по окончании бурения при подъеме бурового става, т.е. последовательно с бурением 1).

Недостатком известного термического расширителя является низкая эффективность процесса термического расширения из-за малого (3-5%) коэффициента ввода тепловой энергии в породу при конвективном теплообмене газовой струи с поверхностью скважины, а также, высокой избирательности относительно физических свойств горных пород. Кроме того, известный расширитель сложен по конструкции и поэтому недостаточно надежен в работе .

НсШболее близким к предлагаемому является термический расширитель

буровых скважин, содержащий корпус, выполненный в виде штанги, соединенной с буровым ставом и механическим породоразрушакяцим инструментом.

в этом расширителе, в корпусе имеется три равномерно распределенных боковых газовых сопла, что повышает эффективность расширения скважин 2

Однако эффективность расширения

10 остается низкой, так как КПД ввода тепловой энергии в породу не превы-шает 4-6%, а конструкция раоиириге-. ля сложна.

15

Цель изобретения - повьиаение эффективности расширения ёкважин, за счет повышения КПД ввода энергии в породу и упрощение конструкции расширителя.

20

Указанная цель достигается тем, что термический расширитель буровых скважин, включающий корпус, выполненньМ в виде штанги, соединенной С; буровым ставом и механичес25ким породоразрушающим инструментом, корпус снабжен коаксиальным керамическим блоком с каналами, в которых размещены электронагревательные элементы, электрически соединенные с

30 токосъемными кольцами,

Кроме того расширитель снабжен цилиндрическим кожухом, выполенным из жаропрочного металла и установленным на керамическом блоке.

На внешнюю поверхность цилиндрического кожуха нанесено жаростойкое покрытие из борида циркония.

. На фиг. 1 показан продольный осевой разрез термического расширителя на фиг. 2 и 3 - продольный и поперечный .разрез термического расширителя.

Термический расширитель содержит корпус 1, соединенный посредством конической резьбы с буровым ставом 2 и механическим породоразрушакяцим инструментом 3. На корпусе 1 установлен электроизоляционный керами геский блок 4 с размещенными в его каналах (.не обозначены ; электронагревательными элементами 5, которые могут быть выполнены спиральными из проволоки с высоким удельным сопротивлением (фиг. 1 ) или стержневыми из карборунда, графитовые и др. (фиг. 2). Керамический блок 4 с элементами 5 защищен от механических повреждений цилиндрическим кожухом 6, выполненным из жаропрочной стали например Х28Н48В5. Гайка 7 препятствует осевому перемещению керамического блока 4 и кожуха 6. В нижней части корпуса 1 выполнена коническая резьба, в которой закреплен инструмент 3. Элементы 5 электрически соединены посредством бурового става 2 и кабеля 8 с токосъемными ; кольцами 9, установленными в верхней части бурового става 2, одно кольцо закреплено на ставе через изолятор 10, а другое - без изолятора. Кольца 9 подключены к источнику питания посредством контактных щеток 11.

Термический расширитель работает следующим образом.

При вращении става 2 и подачи его на забой породоразрушающий инструмент 3 разрушает породу и образует скважину. При достижении глубины скважины, соответствующей началу котлового расширения, на щетки 11 подают электрический ток, в результате чего разогреваются нагреватели 5 и кожух б становится мощным истбчНИКОМ инфракрасного (ИК ) излучения, воздействующего на стенки скважины. Так, при температуре кожуха 6, равной плотность потока излучения составляет 20-25 Вт/см, что достаточно для эффективного разрушения стенок скважины в режиме шелушения при невысокой энергоемкости. При повышении температуры кожуха б эффективность разрушения увеличибается.

Вынос продуктов разрушения обеспечивает сжатый воздух, подаваемый с скважину через центральный канал бурового става 1 с одновременным его охлаждением.

Нагреватели 5 могут быть низкотемпературные - из сплавов с высоким удельным сопротивлением (нихромов ) с рабочей температурой до и высокотемпературные - керамические (карборундовые, дисилицидмолибденовые, графитовые, с рабочей температурой до 1бОО°С. В первом случае, для уменьшения тепловых потерь от обратного потока «воздуха, выносящего продукты разрушения, целесообразнее последователь1ное расширение скважины, т.е. сначала бурят скважины, на полную глубну с выключеннытии элементами 5, затем прекратив подачу воздуха, включают элементы 5 и, поднимая буровой став, расширяют скважину, и наконец вновь подайт воздух и очищают скважну от продуктов разрушения. В случа использования высокотемпературных нагревателей расширение скважины производят одновременно с бурением.

Покрытие на внешней поверхности кожуха б, согласно закону СтефанаБольцмана, увеличивает радиационный КПД нагревательных элементов 5 и плотность потока ИК-излучения. Оно может быть нанесено, например методом плазменного напыления борида цикония IE 0,95/, борида гафния (Е 0,94) и других материалов с рабочей температурой до 2000-2500 с.

Такое выполнение предлагаемого расширителя позволяет значительно повысить эффективность термического расширения скважин, расширить диапазон эффективно V разрушаемых горных пород, упростить конструкцию и повысить надежность работы буровых станков на горнорудных предприятиях.

Формула изобретения

1.Термический расширитель буровых скважин, включающий корпус, выполненный в-виде штанги, соединенный с буровым ставом и механическим породоразрушанлцим инструментом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности расширения скважин, за счет повышения КПД ввода энергии в породу и упрощения конструкции расширителя, корпус снабжен коаксиальным .керамическим блоком с каналами, в которых размещены электронагревательные элементы, электрически соединенные с токосъемными кольцами.

2.Термический расширитель по

п. 1, отличающийся тем, что он снабжен цилиндрическим кожухом, выполненным из жаропрочного металла и установленным на керайичес5 ком блоке.

3. Термический расширитель по п. 2,о тл и ч ающи и ся тем, что на внешнюю поверхность цилиндрического кожуха нанесено жаростойкое покрытие,из борида циркония.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское рвидетельство СССР 642475, кл. Е 21 С 37/16, Е 21 В 7/14, 1979.

,2. Авторское свидетельство СССР по заявке 3266063/22-03,

кл. Е 21 С 37/16, И 21 В 7/14, 1981.