Установка для проходки скважин
Предложение относится к горной промышленности и может быть использовано при образовании скважин и выработок различного назначения. Устройство содержит удлиненный корпус 1, составленный из нескольких модульных блоков, последовательно состыкованных между собой посредством стыковочных узлов 2. Модульный блок 3 является камерой смешивания топливных компонентов; блок 4 - содержит охлаждающий компонент; блок 5 является баллоном вытеснения обоих указанных компонентов; рабочие блоки представлены: генератором 6 парогазовой высокотемпературной среды, направляемой в рабочий орган 7, также являющийся сменным модульным блоком, оснащенным подвижными рабочими породоразрушающими насадками 8 и 9, ориентированными на забой 10 и - к устью 11 скважины. Такое техническое выполнение устройства позволяет использовать его для различных целей (вертикальная, горизонтальная, наклонные проходки) и - в условиях неоднородных структур геологических горизонтов.
Ил. - 6; форм. - 2 п.
Предложение относится к технологии образования скважин и выработок в горных породах путем воздействия на минеральную среду энергией струй рабочего агента и механическим инструментом.
Технологии проходки скважин в настоящее время развиваются использованием комплексных методов и технических средств для сокращения сроков работ и повышения эффективности. Одним из направлений развития технических средств является создание установок для проходки скважин, использующих энергию струй рабочего агента под давлением совместно с использованием механического разрушения минеральной среды. Такие установки содержат корпус в виде удлиненного полого цилиндра, размещенный в его полости термогазогенератор, рабочее пространство которого соединено с полостью рабочего породоразрушающего органа, оснащенного соплами и механическим инструментом в виде комбинированных резцов [US 3934659; GB 1443343, FR 2307118; JP 52-26962; DE 2350422, RU 2344264, Е21В 7/14; Е21С 37/16, 2008].
Последнее из указанных технических решений является наиболее близким по сущности и достигаемому результату.
Существенными недостатками указанных установок и выбранного прототипа являются: незначительный энергетический потенциал термогазогенератора, ввиду ограниченных геометрических объемов камеры выработки рабочего агента, не позволяющего повышать массовые, температурные и динамические характеристики рабочего агента, воздействующего на забой и формирующего восходящий поток бурового шлама, что приводит к цикличности процесса работы установки и существенно понижает эффективность использования энергии, подаваемой в рабочий орган установки и на разрушение забоя. Кроме того, частая смена циклов проходки приводит к понижению давления в полости скважины и - к возможной потере устойчивости ее стенок до процесса обсадки.
Технической задачей и положительным результатом данного технического предложения является повышение энерговооруженности и увеличение моторесурса установки для повышения эффективности использования рабочего агента на забое, удлинение циклов работы и сокращение вынужденных спуско-подъемных операций бурильного агрегата от забоя к устью скважины. Это приводит к увеличению производительности установки и повышению устойчивости стенок скважины в межцикловые операции.
Указанная задача и технический результат достигаются за счет того, что установка для проходки скважин, содержащая бурильный агрегат, имеющий корпус в виде полого цилиндра, генератор рабочего агента, породоразрушающий рабочий орган со струйными и механическими насадками, характеризуется тем, что генератор рабочего агента выполнен в виде набора, коаксиально расположенных в корпусе, цилиндров, центральный из которых является емкостью, заполненной хладагентом, - кольцевые пространства, по направлению от оси корпуса к его наружной стенке, заполнены составом, образующим рабочий агент, а кольцевая полость, примыкающая к стенке корпуса заполнена хладагентом, при этом кольцевые полости и полость центрального цилиндра соединены с рабочим пространством породоразрушающего рабочего органа.
Установка для проходки скважин, характеризующаяся тем, что корпус устройства составлен из нескольких модульных блоков, один из блоков является камерой смешивания топливных компонентов, второй - емкостью с хладагентом, третий - баллоном вытеснения указанных компонентов и хладагента, а рабочий породоразрушающий орган оснащен подвижными рабочими насадками, ориентированными к забою и - к устью скважины.
На фиг.1 показана установка в общем виде;
на фиг.2 - конструкция полости рабочего органа;
на фиг.3 и 4 - конструкция генератора рабочего агента;
на фиг.5 и 6 - рабочие насадки установки.
Установка содержит удлиненный корпус 1, составленный из нескольких модульных блоков, последовательно состыкованных между собой посредством стыковочных узлов 2. Модульный блок 3 является камерой смешивания топливных компонентов; блок 4 - содержит охлаждающий компонент; блок 5 является баллоном вытеснения обоих указанных компонентов; рабочие блоки представлены: генератором 6 парогазовой высокотемпературной среды, направляемой в рабочий орган 7, также являющийся сменным модульным блоком, оснащенным подвижными рабочими породоразрушающими насадками 8 и 9, ориентированными на забой 10 и - к устью 11 скважины. Такое техническое выполнение устройства позволяет использовать его для различных целей (вертикальная, горизонтальная, наклонные проходки) и в условиях неоднородных структур геологических горизонтов.
Рабочий орган 7 устройства 1 выполнен оригинальным по конструкции: рабочие насадки 8, обращенные к забою и насадки 9, обращенные к устью скважины, выполнены подвижными в полости кожуха 12, 14, - с помощью пружин 13, 15, отжимающих эти насадки внутрь рабочего органа 7.
Генератор рабочего агента выполнен в виде коаксиально расположенных в корпусе цилиндров (фиг.3, 4); центральный - 16 является емкостью с хладагентом, кольцевые: 17 и 18, расположенные от оси, заполнены составом, образующим рабочий агент; кольцевой - 19 примыкает к стенке корпуса 1 и заполнен хладагентом. Конструкция генератора также имеет цилиндр 20 и расположенные вокруг него цилиндры 21, 22 и 23, заполненные хладагентом и составом, образующим рабочий агент. Полости цилиндров соединены с рабочим пространством 24 и 25 рабочего органа 7 (фиг.2).
Установка для образования скважин в горных породах работает следующим образом. Смонтированное на устье 11 и оснащенное всеми компонентами устройство 1 спускают на забой 10, от баллона 5 подают сжатый газ на вытеснение топливных компонентов из камер блока 3 и - хладагента из камеры блока 4; эти компоненты подают в генератор 6, где вырабатывают высокотемпературную парогазовую среду (рабочий агент), подают ее в породоразрушающий рабочий орган 7 и с помощью его насадок 8 и 9 разрабатывают забой 10 скважины.
Эффективность разрушения породы прямо зависит от конструкции породоразрушающих насадок 8 и 9 (фиг.2, 3); так, при проходке хорошо буримых пород (III-V ст. 6.) давление в рабочем органе понижают (до 20-25 кгс/см2) при этом рабочие насадки с помощью пружин 13, 15 отдаляются от поверхности забоя 10, обеспечивая эффективное разрушение породы; но при более плотных сцементированных породах насадки прижимаются к породе давлением в рабочем органе, сжимая пружины. Таким же образом регулируют массу и скорость восходящего потока бурового шлама к устью 11 скважины.
Выполнение устройства, его генератора 6 и рабочего органа 7 позволяет вести оперативную смену силовых нагрузок на забой в зависимости от проходимых пород и - условий в стволе скважины.
1. Установка для проходки скважин, содержащая бурильный агрегат, имеющий корпус в виде полого цилиндра, генератор рабочего агента, породоразрушающий рабочий орган со струйными и механическими насадками, отличающаяся тем, что генератор рабочего агента выполнен в виде набора коаксиально расположенных в корпусе цилиндров, центральный из которых является емкостью, заполненной хладагентом, кольцевые пространства по направлению от оси корпуса к его наружной стенке заполнены составом, образующим рабочий агент, а кольцевая полость, примыкающая к стенке корпуса, заполнена хладагентом, при этом кольцевые полости и полость центрального цилиндра соединены с рабочим пространством породоразрушающего рабочего органа.
2. Установка для проходки скважин по п.1, отличающаяся тем, что корпус устройства составлен из нескольких модульных блоков, один из блоков является камерой смешивания топливных компонентов, второй - емкостью с хладагентом, третий - баллоном вытеснения указанных компонентов и хладагента, а рабочий породоразрушающий орган оснащен подвижными рабочими насадками, ориентированными к забою и к устью скважины.
