устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин

Формула изобретения

Устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин, включающее буровой став с породоразрушающими элементами, размещенную в торце става горелку с магистралями подвода горючего и воздуха, установку пылегазоподавления с встроенной трубой для отвода горячего парогазового потока в окружающую среду, пульт управления, электронагреватели с адсорбером, которые последовательно установлены в магистрали подвода воздуха, при этом адсорбер выполнен в виде двух вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндров разного диаметра, причем адсорбер внутренней стенкой меньшего цилиндра плотно насажен на внешнюю поверхность трубы для отвода парогазовой смеси в атмосферу, отличающееся тем, что адсорбент размещен в подпружиненной кассете, свободно перемещающейся в вертикальном направлении между внутренней поверхностью большего цилиндра и внешней поверхностью меньшего цилиндра, при этом в верхней части на внутренней поверхности большего цилиндра укреплен золотник, а в нижней ее части выполнено золотниковое отверстие.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к бурению скважин.

Известно устройство для совмещенного механического бурения и термического расширения скважин (см. авт.св. N 1268710, М.кл. E 21 B 7/14, 5/28, бюл. N 41, 1986), содержащее буровой став с породоразрушающими элементами, размещенную в торце става горелку с магистралями подвода горючего и воздуха, установку пылегазоподавления со встроенной трубой для отвода горючего парогазового потока в окружающую среду, пульт управления, электронагреватели с адсорбером, которые последовательно установлены в магистрали подвода воздуха.

Недостатком данного устройства является высокая энергоемкость процесса бурения, обусловленная необходимостью затрат электрической энергии на регенерацию адсорбента.

Известно устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин (см. авт.св. N 2115793, МПК E 21 B 7/14, E 21 C 37/16, бюл. N 20, 1998), включающее буровой став с породоразрушающими элементами, размещенную в торце става горелку с магистралями подвода горючего и воздуха, установку пылегазоподавления с встроенной трубой для отвода горячего парогазового потока в окружающую среду, пульт управления, электронагреватели с адсорбером, которые последовательно установлены в магистрали подвода воздуха, при этом адсорбер выполнен в виде двух вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндров разного диаметра, причем адсорбер внутренней стенкой меньшего цилиндра плотно насажен на внешнюю поверхность трубы для отвода парогазовой смеси в атмосферу.

Недостатком данной конструкции является энергоемкость процесса бурения за счет снижения качества осушки сжатого воздуха, что обусловлено истиранием адсорбента в результате вибрационного воздействия, передаваемого от бурового става с породоразрушающими элементами на адсорбер.

В основу изобретения поставлена задача уменьшения энергоемкости процесса бурения за счет повышения качества сжатого воздуха в условиях вибрационного воздействия на зерна адсорбента, обусловленной технологической особенностью эксплуатации устройств для совмещенного механического и термического расширения скважин.

Технический результат достигается тем, что устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин, включающее буровой став с породоразрушающими элементами, размещенную в торце става горелку с магистралями подвода горючего и воздуха, установку пылегазоподавления с встроенной трубой для отвода горячего парогазового потока в окружающую среду, пульт управления, электронагреватели с адсорбером, которые последовательно установлены в магистрали подвода воздуха, кроме этого адсорбер выполнен в виде двух вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндров разного диаметра, причем адсорбер внутренней стенкой меньшего цилиндра плотно насажен на поверхность трубы для отвода парогазовой смеси в атмосферу, при этом адсорбент размещен в подпружиненной кассете, свободно перемещающейся в вертикальном направлении между внутренней поверхностью большего цилиндра и внешней поверхностью меньшего цилиндра, причем в верхней части на внутренней поверхности большего цилиндра укреплен золотник, а на нижней ее части выполнено золотниковое отверстие.

На фиг.1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1 (положение элементов адсорбера в начале процесса осушки сжатого воздуха); на фиг. 3 - узел I на фиг 1 (положение элементов адсорбера в конце процесса осушки сжатого воздуха).

Устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин содержит горелку с породоразрушающими элементами 1, магистраль для подвода воздушного окислителя (воздуха) 2, магистраль для подвода горючего 3, установку пылегазоподавления 4, трубу для отвода горючего парогазового потока 5, пульт управления 6, электронагреватели 7, адсорбер 8, представляющий собой два вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндра разного диаметра, при этом адсорбент размещен в подпружиненной кассете 9, опирающейся на пружину 10 и свободно перемещающейся в вертикальном направлении между внутренней поверхностью 11 большего цилиндра и внешней поверхностью 12 меньшего цилиндра, кроме того, в верхней части на внутренней поверхности 11 большего цилиндра укреплен золотник 13, а в нижней ее части выполнено золотниковое отверстие 14.

Устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин работает следующим образом.

При включении переключателя на пульте 6 управления процессом бурения в режим термического разрушения горных пород воздушный окислитель (воздух) от компрессора (не показан) по магистрали 2 подвода воздушного окислителя через выключенный электронагреватель 7 поступает к адсорберу 8 и далее на подпружиненную кассету 8, где и контактирует с адсорбентом. Очищенный от влаги воздух поступает в горелку 1 с породоразрушающими элементами, куда одновременно подается горючее по магистрали 3.

В результате происходит сгорание горючего, и выделенная теплота расходуется на термическое разрушение горных пород без затрат на превращение влаги окислителя в перегретый пар, соответствующий температуре газовой струи. При контакте воздуха с адсорбентом и насыщении его влагой увеличивается масса подпружиненной кассеты 9 и она свободно начинает перемещаться вниз по внутренней поверхности 11 большего цилиндра и внешней поверхности 12 меньшего цилиндра, перекрывая золотниковое отверстие 14. Пружина 10 осуществляет гашение вибрационного воздействия процесса термомеханического разрушения горных пород на подпружиненную кассету 9, уменьшая тем самым истирание зерен адсорбента. По мере скольжения подпружиненной кассеты 9 по поверхности золотника 13 в полость нахождения пружины 10 поступает часть осушаемого воздуха для компенсации действия дополнительной массы, получаемой при насыщении влагой адсорбента, и в результате совместного воздействия пружины 10 и давления сжатого воздуха процесс гашения вибрационного воздействия ускоряется. Поступление сжатого воздуха в полость нахождения пружины 10 через золотник 13 осуществляется до полного процесса его осушки с обеспечением эффективного гашения вибрационного воздействия горелки с породоразрушающими элементами 1 на установку пылегазоподавления 4 и соответственно через подпружиненную кассету 9 на адсорбент (фиг. 1 и 3).

При включении переключателя на пульте 6 управления процессом бурения в режим продувки скважины смесь парогазового потока с выбуренной массой твердых частиц из скважины поступает в установку 4 пылегазоподавления, где отделяется от твердых частиц, а очищенный горячий парогазовый поток по трубе 5 для отвода горячего парогазового потока выбрасывается в атмосферу.

При движении парогазового потока по трубе 5 его теплота через внутреннюю поверхность 12 меньшего цилиндра путем теплопроводности передается зернам адсорбента, нагревая их до температуры регенерации. Одновременно сжатый воздух от компрессора (не показан) через выключенные электронагреватели 7, находящиеся в магистрали для подвода воздуха 2, направляется на зерна адсорбента в подпружиненной кассете 9. В результате осуществляется процесс регенерации и воздух, насыщенный влагой десорбции, поступает в горелку 2, увеличивая массу парогазового потока в скважине. В случае необеспечения режима регенерации зерен адсорбента в подпружиненной кассете 9 адсорбера 8 пульт 6 управления подает команду на включение электронагревателей 7, которые дополнительно подогревают регенерирующий воздух, обеспечивающий процесс десорбции в заданном режиме.

По мере контакта горячего воздуха с зернами адсорбента, а также прогрева их теплотой, передаваемой теплопроводностью от трубы 5 через внутреннею поверхность 12 меньшего цилиндра, осуществляется процесс регенерации с последующим удалением влаги и масса подпружиненной кассеты 9 (ранее состоящая из суммы масс адсорбента и влаги, отделенной от осушаемого воздуха) уменьшается, что приводит к перемещению ее вверх под суммарным воздействием сжатого воздуха и действия пружины 10. Дальнейший процесс регенерации зерен адсорбента приводит к переходу подпружиненной кассеты 9 в крайнее верхнее положение (фиг. 1 и 2). В результате перекрывается золотник 13 и открывается золотниковое отверстие 14, выпуская сжатый воздух из полости нахождения пружины 10 в атмосферу, и адсорбер 8 вновь готов к осуществлению осушки сжатого воздуха (воздушного окислителя), при этом пружина 10 обеспечивает гашение вибрационного воздействия на зерна отрегенерированного адсорбента.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что снижение энергоемкости устройства для совмещенного механического и термического расширения скважин достигается уменьшением интенсивности разрушения зерен адсорбента, обеспечивающих качество воздушного окислителя для горелки, путем гашения вибраций, передаваемых от бурового става с породоразрушающими элементами к адсорберу, что осуществляется использованием подпружиненной кассеты и адресной подачей под нее части сжатого воздуха для поддержания кассеты в подвешенном статически постоянном режиме.