устройство для термомеханического бурения скважин

Формула изобретения

Устройство для термомеханического бурения скважин, включающее буровой орган в виде бурового става, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка с магистралями подачи топлива, воды и воздуха, последняя через теплообменник и адсорбер связана с нагнетательным патрубком компрессора и компрессор с расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром в виде корпуса с суживающимся соплом, конденсатоотводчиком и отражателем, разделяющим внутреннюю полость корпуса на камеру, сообщающуюся с всасывающим патрубком компрессора, и камеру для забора воздуха из атмосферы через суживающееся сопло, отличающееся тем, что корпус фильтра выполнен в виде рубашки с воздушной полостью, образованной внешней и внутренней стенками, при этом к внешней стенке корпуса фильтра присоединен в области днища штуцер ввода обогреваемого воздуха и штуцер вывода обогреваемого воздуха, укрепленный в верхней части корпуса фильтра, причем штуцер ввода обогреваемого воздуха трубопроводом через управляемый клапан соединен с нагнетательным патрубком компрессора, а штуцер вывода обогреваемого воздуха трубопроводом связан посредством эжектора с входом в теплообменник сжатого воздуха.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, а в частности к устройствам для бурения и расширения скважины в крепких породах.

Известно устройство для совмещенного механического бурения и термического расширения скважин (Великий М.И. и др. Техника бурения скважин комбинированными способами.- М.: Недра, 1977, с. 35 - 41), включающее компрессор с всасывающим фильтром, водяной бак с расположенным в нем радиатором и электродвигателем, бак с топливом, буровой став с породоразрушающими элементами и огнеструйной горелкой, соединенной с магистралями подачи воздуха, воды и топлива.

Недостатком является высокая энергоемкость процесса бурения и термического расширения скважин, обусловленная подачей к горелке сжатого воздуха в качестве окислителя с наличием капельной и парообразной влаги, уменьшающих теплотворную способность огненной струи.

Известно устройство для термомеханического бурения скважин (см. А.С. 1839693, кл. E 21 B 7/14, E 21 C 37/16. Бюл. N 47 - 48, 1993), включающее буровой орган в виде бурового става, на конце которого установлены породоразрушающие элементы, и огнеструйная горелка с магистралями подачи топлива, воды и воздуха, последняя через теплообменник и адсорбер сообщена с нагнетательным патрубком компрессора, и компрессор с расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром в виде корпуса с суживающимся соплом, конденсатоотводчиком и отражателем, разделяющим внутреннею полость корпуса на камеру, сообщающуюся с всасывающим патрубком компрессора, и камеру для забора воздуха из атмосферу через суживающееся сопло.

Недостатком технического решения является наличие дополнительных энергозатрат при производстве воздушного окислителя в условиях отрицательных температур окружающей среды, когда наблюдается уменьшение входного сечения штуцера ввода очищаемого воздуха в воздушном фильтре компрессора за счет намерзания капельной влаги в виде льда и парообразной влаги в виде инея. В результате снижения входного сечения воздушного фильтра возрастает его гидравлическое сопротивление, требующее увеличения мощности привода компрессора на производство заданного количества воздушного окислителя.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергоемкости процесса бурения путем уменьшения энергозатрат на производство сжатого воздуха, потребляемого в качестве окислителя в огнеструйной горелке бурового става и основного элемента при продувке скважин в процессе эксплуатации термомеханического станка с отрицательными температурами окружающей среды.

Технический результат достигается тем, что устройство для термомеханического бурения скважин, включающее буровой орган в виде бурового става, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка с магистралями подачи топлива, воды и воздуха, последняя через теплообменник и адсорбер связана с нагнетательным патрубком компрессора и компрессор с расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром в виде корпуса с суживающимся соплом, конденсатоотводчиком и отражателем, разделяющим внутреннюю полость корпуса на камеру, сообщающуюся с всасывающим патрубком компрессора и камеру для забора воздуха из атмосферы через суживающееся сопло, имеет корпус фильтра, выполненный в виде рубашки с воздушной полостью, образованной внутренней и внешней стенками. При этом к внешней стенке корпуса фильтра присоединены один штуцер ввода обогреваемого воздуха в области днища и один штуцер вывода обогреваемого воздуха в верхней части корпуса фильтра, причем штуцер ввода обогреваемого воздуха трубопроводом через управляемый клапан соединен с нагнетательным патрубком компрессора, а штуцер вывода обогреваемого воздуха трубопроводом связан посредством эжектора с входом сжатого воздуха в теплообменник.

На чертеже изображено устройство термомеханического бурения скважин.

Устройство включает буровой орган в виде бурового става 1, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка 2, к которой присоединены: магистраль 3 подачи воды, магистраль 4 подачи топлива, магистраль 5 подачи воздуха через теплообменник 6, находящийся в баке 7, и адсорбер 8 по нагнетательному патрубку 9 от компрессора 10, связанного посредством всасывающего патрубка 11 с фильтром 12. Корпус 13 с днищем конической формой фильтра 12 выполнен в виде рубашки с воздушной полостью, образованной внутренней и внешней стенками, и в корпусе 13 расположены суживающиеся сопла 14 и отражательная перегородка 15. При этом к внешней стенке корпуса 13 в области днища укреплен штуцер 16 ввода обогреваемого воздуха, а в верхней части корпуса 13 укреплен штуцер 17 вывода обогреваемого воздуха. Штуцер 16 трубопроводом 18 соединен с нагнетательным патрубком 9 компрессора 10 через регулирующий вентиль 19, а штуцер 17 трубопроводом 20 посредством эжектора 21 связан с входом в теплообменник 6.

Устройство работает следующим образом.

При термомеханическом разрушении горных пород происходит интенсивное загрязнение атмосферного воздуха как твердыми частицами, так и капельной и парообразной влагой, выбрасываемой из скважины в результате ее продувки. Данные загрязнения в процессе работы компрессора 10 поступают во всасывающий фильтр 12. Наличие отрицательных температур окружающей среды в зоне работы термомеханического станка в зимнее время и особенно в осенне-зимнее и зимне-весеннее, когда наблюдается высокая влажность атмосферного воздуха и если еще выпадает снегопад или дождь совместно с технологической влагой процесса продувки скважины, приводят к тому, что на внутренней поверхности суживающегося сопла 14 образуется иней, переходящий в наледенение с последующим активным уменьшением проходного сечения суживающегося сопла 14. В результате увеличивается скорость движения всасываемого воздуха по соплу 14, а это приводит к возрастанию гидравлического сопротивления фильтра, что способствует нехватке атмосферного воздуха, поступающего в компрессор, и, как следствие, нехватку воздушного окислителя в огнеструйной горелке 2. Это приводит к нарушению оптимальной подачи в буровой став 1 по магистрали 5 воздушного окислителя и соответственно по магистрали 4 топлива в процессе бурения, а по магистрали 3 воды для продувки скважины. Кроме того, более скоростное поступление атмосферного воздуха в компрессор 10 стимулирует худшую очистку его в фильтре 12, в результате сжимается в компрессоре 10 не только воздух, но и парообразная и возможно капельная влага, испаряющаяся на выходе из клапанной коробки цилиндра компрессора, что значительно уменьшает КПД компрессора (см. , например, М. И. Френкель. Поршневые компрессоры.- М., 1976, 642 с.). При этом наличие влаги в осушаемом сжатом воздухе приводит к интенсивному износу осушителя в адсорбере 8, т.к. сжатый влажный воздух, проходя по нагнетательному патрубку 9 через теплообменник 6, находящийся в баке 7, не успевает отдать всю влагу в теплообменнике 6 и она частично поступает в адсорбер 8, разрушая зерна осушителя, например силикагеля.

Поэтому в предлагаемом техническом решении при эксплуатации устройства для термомеханического бурения скважин при отрицательных температурах окружающей среды из нагнетательного патрубка 9 по трубопроводу 18 часть горячего (с температурой около 100 градусов) сжатого воздуха через регулирующий клапан 19 подается к штуцеру 16, откуда распространяется по воздушной полости корпуса 13, где отдает свое тепло наружной и внутренней стенке фильтра 12. После этого охлажденный сжатый воздух из штуцера 17 поступает по трубопроводу 20 к эжектору 21, установленному перед входом в теплообменник 6, здесь смешивается с сжатым воздухом, движущимся по нагнетательному патрубку 9, имеющим более высокое давление. и уже в качестве смеси (горячий сжатый воздух из компрессора 10 и охлажденный сжатый воздух из фильтра 12) направляется в теплообменник 6, находящийся в баке 7. Здесь сжатый воздух охлаждается и сконденсировавшаяся влага удаляется, а сжатый воздух с парообразоной влагой поступает на осушку в адсорбер 8, откуда в качестве воздушного окислителя по магистрали 5 поступает в буровой став 1 к огнеструйной горелке 2, куда по магистрали 4 поступает в буровой став 1 к огнеструйной горелке 2, куда по магистрали 4 поступает топливо, обеспечивая термодинамическое бурение, и по магистрали 3 при продувке скважины поступает вода, обеспечивая эффективное удаление выбуренной массы.

Преимущество предлагаемого изобретения заключается в том, что оно позволяет без дополнительных энергозатрат обеспечить оптимальные условия обработки всасываемого атмосферного воздуха во время эксплуатации термодинамического станка при отрицательных температурах окружающей среды путем дополнительного использования тепловой энергии сжатого воздуха, а это в конечном итоге снижает энергоемкость буровых работ.

Оригинальность конструктивного решения предлагаемого изобретения подтверждается простотой технического исполнения, гарантирующего эксплуатационную и технологическую надежность процесса оптимального поступления воздушного окислителя в огнеструйную горелку при изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации термомеханического станка, что обеспечивает эффективность бурения или расширения скважин в зимнее, и особенно в осенне-зимнее и зимне-весеннее время года.