Устройство для бурения скважин в ледяных образованиях
Полезная модель является электротермобуровым устройством для бурения скважин в ледяных образованиях, состоящих из кусков льда, промежутки между которыми заполнены воздухом, снегом, водой или шугой. Для обеспечения надежного бурения с записью на компьютер ряда параметров бурения нужно обеспечить равномерное погружение бура в сплошной лед, бурение скважин по всей глубине с максимальной мощностью, подаваемой в бур, свободный подъем бура из скважины при наличии узких мест и шуговых пробок. Эта задача решается тем, что корпус бура выполнен в виде усеченного конуса, установленного широким основанием вниз, к торце выпущены из корпуса медные сердечник и втулка, торец проточен в форме параболоида. При этом 20% тепла подводится к боковой конусной стенке корпуса, а 80% - к носку. При бурении основная часть тепла расходуется в носке на плавление льда, параболическая форма рабочей поверхности способствует равномерному заглублению бура в лед, а обогреваемая конусная стенка обеспечивает расплавление шуговых пробок при подъеме бура из скважины.
Устройство для бурения скважин в ледяных образованиях относится к устройствам бурения с использованием тепла, вырабатываемого с помощью электричества, а более конкретно к устройствам для бурения скважин во льду электротепловым способом и может быть использована при бурении скважин в ледяных образованиях с целью определения внутреннего строения этих образований.
Из уровня техники известны устройство для бурения скважин во льду с образованием керна1 (1 Морев В.А. Устройство для электрического бурения скважин во льду с образованием керна. АС №350945; Морев В.А., Яковлев В.М. Устройство для электрического бурения скважин во льду. АС №1087448.), которые состоят из кольцевого полого корпуса конического сечения, в полости которого монтируется ряд медных колец с расположенным между ними нагревательным элементом, при этом медные кольца выведены наружу в торце корпуса.
Недостатком указанных устройств является перегрев нагревательных элементов при попадании участка коронки в воздушную полость льда.
Из уровня техники известна конструкция коронки электротермобура ЭТИ-1, взятая за прототип2 ( 2 V.A.Morev, V.A.Pukhov, V.M.Yakovlev, V.S.Zagorodnov. Equipment and Technology for Drilling in Temperate Glaciers. Proc. of 2nd Int. Workshop/Symposium on Ice Drilling Technology. Calgary, Alberta, Canada. 30-31 August, 1982). Указанный термобур состоит из корпуса в виде трубы, соединенной с питающим двухжильным кабелем с помощью
кабельного замка, и коронки, присоединенной к корпусу посредством разъема. Эта коронка состоит из наружного корпуса в виде полого усеченного конуса, расположенного широким основанием вверх, установленного соосно в корпусе конического медного сердечника, выпущенного в торце наружу и приваренного к корпусу. На этом сердечнике навита спираль нагревательного элемента, один конец которой замкнут на корпус, а другой присоединен к выводу. Нагревательный элемент изолирован от сердечника и корпуса слюдяной изоляцией. Носок коронки проточен на конус, при этом рабочая (плавящая) поверхность образуется как носком коронки, так и коническим корпусом.
Указанному термобуру присущ ряд недостатков. При бурении паруса, содержащего куски льда и пустоты, заполненные воздухом, перегреваются участки корпуса, находящиеся в воздухе, требуется снижение подаваемой мощности, что уменьшает производительность. При входе коронки в полости, заполненные водой или воздухом, она зависает на боковой стенке корпуса, что уменьшает разрешающую способность при определении размеров пустот. При подъеме бура из скважины, содержащей шугу, или из деформированной скважины при подвижках тороса возникают трудности при проходе бура через узости или шуговые пробки.
Целью полезной модели является повышение надежности оборудования и повышение производительности ледобупения.
Указанная цель достигается тем, что корпус устройства выполнен в виде усеченного конуса, установленного широким основанием вниз, из которого выпущены и закреплены медные сердечник и втулка, носок (торец) коронки проточен в виде параболоида, при этом 80% тепла подводится к носку коронки и 20% - к боковой стенке корпуса.
Такая конструкция позволяет производить бурение на полной мощности по всей глубине скважины, при этом параболическая форма
рабочей поверхности обеспечивает оптимальные условия плавления3 (3 Чистяков В.К., Саламатин А.Н., Фомин С.А., Чугунов В.А. Тепломассоперенос при контактном плавлении. - Казань: Издательство Казанского университета, 1984. - 176 с.) и удаления талой воды и равномерную скорость бурения сплошного льда и высокую разрешающую способность при определении размеров пустот. Кроме того, устраняются зависания при проходе бура через пустоты, поскольку диаметр в носке коронки является максимальным. Предложенная конструкция также обеспечивает разбуривание узостей и шуговых пробок при подъеме бура из скважины за счет обогрева конической стенки коронки.
Состав устройства для бурения скважин в ледяных образованиях приведен на фиг.1. и содержит корпус 1, выполненный в виде полого усеченного конуса, установленного широким основанием вниз, внутри корпуса соосно установлены медный конический сердечник 2 с навитым на него нагревательным элементом 3, слюдяной изоляцией 4, и надетая на сердечник медная коническая втулка 5 с наложенной на нее тепловой изоляцией 6. Втулка выпущена в торце корпуса и приварена к нему, а сердечник выпущен из втулки и припаян, что позволяет проводить ремонт нагревательного элемента без полной разборки устройства. Сваренные и запаянные сердечник, втулка и корпус проточены в виде параболоида.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. После установки термобура на забой подается питание на нагревательный элемент 3, при этом часть тепла по медному сердечнику 2 поступает в носок коронки, другая часть поступает через втулку 5 в носок и к наружной стенке корпуса. В носок подается 80% тепла, расходуемого на бурение-плавление льда, к боковой стенке корпуса подается 20% тепла, которое при бурении расходуется для подогрева воды в скважине, а при подъеме бура - для расплавления узостей и шуговых пробок.
Подъем бура производится с включенной коронкой, при этом расплавление пробок, образовавшихся ниже уровня воды, происходит одновременно с подогревом воды вблизи от пробки, при разбуривании
пробки, образовавшейся выше уровня моря, используется тепло, поступающее к боковой стенке от нагревательного элемента коронки, при этом возможен перегрев коронки, во избежание которого подъем бура производится при подаче на коронку не более 50% ее номинальной мощности.
Устройство для электротеплового бурения скважин в ледяных образованиях, включающее корпус в виде полого конуса, в котором соосно установлен и приварен медный сердечник с навитой на него спиралью нагревательного элемента, один конец которой замкнут на корпус, другой соединен с выводом, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде усеченного конуса, установленного широким основанием вниз, в корпусе соосно установлены медный сердечник и втулка, между сердечником и втулкой уложен нагревательный элемент, между втулкой и корпусом уложена теплоизоляция, втулка в торце выпущена из корпуса и приварена к нему, сердечник выпущен из втулки и припаян, торцы корпуса, втулки и сердечника проточены в форме параболоида, образуя рабочую поверхность.
