Буровая установка для проходки горных пород

Техкомплекс включает оборудование устья в виде превентора 1, спуско-подъемный механизм 2, бурильное устройство 3, соединенное с пустотелым корпусом аппарата 4, оснащенным реакционной камерой 5, баллонами 6, 7, 8, заполненными компонентами, подаваемыми в камеру 5, в ее выходную магистраль 9 и в рабочий орган 10. Камера 5 выполнена в виде коаксиально расположенных цилиндров 11 и 12 с зазором между ними, один торец камеры 5 соединен с магистралью подачи горючей смеси, оснащен термоэлементами 13, 14, другой торец камеры 5 выполнен в виде сопла 15 с введенными в его диффузор каналами подачи компонентов из баллонов; камера соединена с частями корпуса (разъемами), полость камеры также соединена с рабочим органом 10, выполненным в виде кольцеобразных тел 16, расположенных осесимметрично, при этом центральная полость 17 органа соединена с выходными патрубками 18 корпуса аппарата 4. Такое выполнение техкомплекса позволяет существенно увеличить его производительность и повысить эффективность разрушения осадочных пород.

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, E21В 7/14; Е21С 37/16, 2008; RU 99817, E21С 37/16, 2010; RU 2240420, E21В 7/17, 2004.].

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.

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.

Буровая установка для проходки осадочных горных пород путем воздействия на буримую среду энергией струй рабочего агента и механическим инструментом, содержащий оборудование устья скважины в виде превентора, спуско-подъемного и вспомогательного оборудования, бурильное устройство, конструкция установки снабжена аппаратом, спускаемым на забой и оснащенный бурильным устройством, аппарат выполнен в виде пустотелого трубчатого корпуса, оснащенного реакционной камерой, соединенной, посредством клапанов, с баллонами, заполненными сжатым газом, композиционной горючей смесью, хладагентом, реакционная камера выполнена в виде коаксиально расположенных цилиндров, оснащена с одной стороны магистралью ввода горючей смеси и - термоэлементами, а с другой стороны камера выполнена в виде сопла, в диффузор которого введены патрубки подачи горючей смеси и патрубки подачи хладагента, при этом рабочее пространство реакционной камеры сообщено с рабочим органом для разработки пород на забое.

Буровая установка характеризуется также тем, что рабочий орган выполнен в виде кольцеобразных тел, расположенных осесимметрично.

Буровая установка характеризуется породоразрушающим органом, где центральная полость рабочего органа соединена с патрубками корпуса аппарата.

Буровая установка характеризуется также тем, что реакционная камера выполнена в виде газогенератора, оснащенного твердыми топливными элементами.

Буровая установка характеризуется тем, что полость баллонов с композиционной смесью соединена посредством топливопроводных магистралей с емкостями, заполненными топливными компонентами.

На фиг.1 - показан общий вид буровой установки;

на фиг.2 - конструкция и оснащение бурильного аппарата;

на фиг.3 - аппарат с сечением по оси генератора;

на фиг.4 - конструкция рабочего органа аппарата;

на фиг.5 - деталь генератора с твердым топливом.

Техкомплекс включает оборудование устья в виде превентора 1, спуско-подъемный механизм 2, бурильное устройство 3, соединенное с пустотелым корпусом аппарата 4, оснащенным реакционной камерой 5, баллонами 6, 7, 8, заполненными компонентами, подаваемыми в камеру 5, в ее выходную магистраль 9 и в рабочий орган 10. Камера 5 выполнена в виде коаксиально расположенных цилиндров 11 и 12 с зазором между ними, один торец камеры 5 соединен с магистралью подачи горючей смеси, оснащен термоэлементами 13, 14, другой торец камеры 5 выполнен в виде сопла 15 с введенными в его диффузор каналами подачи компонентов из баллонов; камера соединена с частями корпуса (разъемами), полость камеры также соединена с рабочим органом 10, выполненным в виде кольцеобразных тел 16, расположенных осесимметрично, при этом центральная полость 17 органа соединена с выходными патрубками 18 корпуса аппарата 4.

Рабочий орган (фиг.4) оснащен насадками 19 для разрушения породы на забое. А для большей надежности срабатывания топлива в реакционной камере 5 используют дополнительный газогенератор 20 с твердыми топливными элементами 21 (фиг.5). Заправка и пополнение 6 и 8 производится из емкостей 22 и 23, заполненных топливными компонентами, подаваемыми через смеситель 24 по магистрали 25 (фиг.2).

Работа буровой установки осуществляется следующим образом. На рабочей площадке монтируют спуско-подъемный механизм 2, устье скважины оборудуют превентором 1, монтируют бурильное устройство 3, имеющее корпус в виде автономного пустотелого трубчатого корпуса, представляющего собой бурильный аппарат 4. Баллоны аппарата заполняют: баллон 6 - сжатым газом, предпочтительно Ar или Kr; баллон 7 - композиционной горючей (топливной) смесью; баллон 8 - хладагентом (смесью воды с CO₂). В реакционную камеру 5 подают топливную смесь (например, монотопливо на основе химически соединенных ингредиентов), реагирующую только на высокую температуру (порядка 500-600°С), генерируемую термоэлементами 13 и 14, закрепленными в цилиндрах 11 и 12 камеры 5. Продукты сгорания в виде высокотемпературного газа под давлением (t700-800°С; Р40-70 кгс/см²) поступают в рабочей орган 10 из камеры 5 аппарата по кольцевой полости и производят разрушение породы на забое с помощью струй, истекающих из рабочих насадок 19.

При работе с вечной мерзлотой, а также - при низких температурах (-30-50°С), аппарат 4 оснащен газогенератором 20 с твердым топливным элементом 21 (например, «РСИ», «РНДСИ») для более стабильной работы и повышения эффекта разрушения породы на забое.

При проходке скважин значительного диаметра (600-1200 мм) баллон 7 соединяют магистралью 25 со смесителем 24 топливных компонентов, запас которых находится в емкостях 22 и 23.

Такая конструкция установки, ее технологического оснащения, позволяет осуществлять проходку скважин в автономном режиме: при полном бортовом оснащении (как это показано описанием) всеми указанными рабочими компонентами, а также, при проходке скважин и выработок значительного диаметра, но небольшой глубины (до 100 м), производить эффективную работу установки за счет дополнительной подачи топливной смеси по магистрали в корпус аппарата и его рабочую камеру.

Совокупность существенных признаков разработанной буровой установки отвечает критериям: «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» при высокой технологичности ее использования в процессах проходки геологических структур.

1. Буровая установка для проходки осадочных горных пород путем воздействия на буримую среду энергией струй рабочего агента и механическим инструментом, содержащая оборудование устья скважины в виде превентора, спуско-подъемного и вспомогательного оборудования, бурильное устройство, отличающаяся тем, что она снабжена аппаратом, спускаемым на забой и оснащенным бурильным устройством, аппарат выполнен в виде пустотелого трубчатого корпуса, оснащенного реакционной камерой, соединенной посредством клапанов с баллонами, заполненными сжатым газом, композиционной горючей смесью, хладагентом, реакционная камера выполнена в виде коаксиально расположенных цилиндров, оснащена с одной стороны магистралью ввода горючей смеси и термоэлементами, а с другой стороны камера выполнена в виде сопла, в диффузор которого введены патрубки подачи горючей смеси и патрубки подачи хладагента, при этом рабочее пространство реакционной камеры сообщено с рабочим органом для разработки пород на забое.

2. Буровая установка по п.1, отличающаяся тем, что рабочий орган выполнен в виде кольцеобразных тел, расположенных осесимметрично.

3. Буровая установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что центральная полость рабочего органа соединена с патрубками корпуса аппарата.

4. Буровая установка по п.1, отличающаяся тем, что реакционная камера выполнена в виде газогенератора, оснащенного твердыми топливными элементами.

5. Буровая установка по п.1, отличающаяся тем, что полость баллонов с композиционной смесью соединена посредством топливопроводных магистралей с емкостями, заполненными топливными компонентами.