Устройство для бурения скважины во льду

 

Изобретение относится к буровой технике и позволяет повысить эффективность бурения за счет увеличения теплообменной поверхности. Устройство включает корпус 1 с последовательно размещенными в нем водосборной емкостью 6, насосом 8, парогенератором 4 и керноприемником. Полое цилиндрическое нагревательное кольцо (НК) 2 устройства имеет рабочий то

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (11) (50 4 Е В

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

l3

ВНЯЛИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4103039/22-03 (22) 19.05.86 (46) 15.02.88. Бюл. Ф 6 (71) Ленинградский горный институт им. Г.В.Плеханова (72) Б.Б.Кудряшов, Ю.Д.Кураев и Г,Н.Соловьев (53) 622 ° 243.94(088.8) (56) Патент СССР Ф 369753, кл. E 21 С 37/18, 1973.

Авторское свидетельство СССР

М 564419, кл. Е 21 В 7/15, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИНЫ

ВО ЛЬДУ (57) Изобретение относится к буровой технике и позволяет повысить эффективность бурения за счет увеличения теплообменной поверхности. Устройство включает корпус 1 с последовательно размещенными в нем водосборной емкостью 6, насосом 8, парогенератором 4 и керноприемником. Полое цилиндрическое нагревательное кольцо (НК) 2 устройства имеет рабочий то1 рец 10 в виде изогнутой участками 12 плоской ленты, все образующие которой перпендикулярны продольной оси устройства. Каждый участок 12 наклонен к этой оси под определенным углом. В полости НК 2 размещены выходные отверстия (ВО) пароподводящих 5 и конденсатоотсасывающих трубок.

Причем ВО трубок 5 расположены на

373784 большем расстоянии от торца 10, чем

ВО конденсатоотсасывающих трубок.

Горячий пар конденсируется в НК 2.

При этом выделяется тепловая энергия, расходуемая на плавление льда ° Образующаяся вода и конденсат удаляются в емкость 6, а керн заполняет колонковую трубу 1 устройства. 1 з ° и. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для проходки скважин в мощных снежнофирновых толщах горных ледников и районов Арктики и Антарктики. 5

Цель изобретения — повышение эффективности бурения за счет увеличения теплообменной поверхности.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 — разрез В-В на фиг. 2 (развертка части нагревательного кольца).

Устройство для бурения скважины во льду включает колонковую трубу 1 с полым нагревательным кольцом 2 на нижнем торце и с керноудерживающими подпружиненными зубьями 3, которые могут утапливаться при входе керна в трубу 1. Над верхней частью колонковой трубы 1 смонтирован электрический парогенератор 4, полость которого через пароподводящую трубку 5 соединена с полостью нагревательного

25 кольца 2. В верхней части устройства над парогенератором 4 расположена водосборная емкость 6 для талой воды, соединенная при помощи водоотсасывающей трубки 7 с призабойной зоной скважины, где образуется талая вода.

Водосборная емкость 6 оснащена насосом 8, служащим для откачивания талой воды.

Полость нагревательного кольца 2 35 снабжена пароподводящими трубками 5, водоотсасывающими трубками 7 и конденсатоотсасывающими трубками 9.

Рабочий торец 10 нагревательного кольца 2 выполнен в форме изогнутой уча- 40 стками плоской ленты, образующие которой (в сечении Б-Б показана образуюшая 11) перпендикулярны продольной оси нагревательного кольца 2, а каждый участок 12 наклонен к продольной оси устройства под углом d,, При этом угол наклона каждого из участков ленты должен удовлетворять следующему соотношению:

N л(В-d) D — (. +4 +D cap м), N> 4 sink где N — мощность парогенератора;

N — удельная мощность нагревательного кольца при данном перепаде температур.

Правая часть соотношения представляет собой площадь нагревательного кольца, где П вЂ” наружный диаметр корпуса нагревательного кольца, d — внутренний диаметр нагревательного кольца, д — угол наклона плоскости сечения к продольной оси.

Эффективная мощность нагревательного кольца определяется площадью

его торца и удельной мощностью

1 1чо к

При К111=1,0 должно выполняться тождество

N=N где N — мощность парогенератора, N в этом случае F

К Pvd

Скорость бурения-протаивания пропорциональна полезной мощности нагревательного кольца, которая зависит от количества пара, сконденсировавшегося в единицу времени на внутренней поверхности контактирующей со льдом части нагревательного кольца.

Интенсивность конденсации при прочих равных условиях пропорциональна пло1373784 щади поверхности, на которой происходит конденсация, а такой площадью в данном случае является рабочий торец нагревательного кольца, при 5 этом площадь рабочего торца зависит от наклона участков ленты (угла наклона секущих плоскостей) и определяется расчетным путем в соответствии с мощностью парогенератора. 10

Отверстия пароподводящих 5 и конденсатоотсасывающих 9 трубок расположены в полости нагревательного кольца

2 на различном удалении от концевой части 13, при этом выходные отверстия пароподводящих трубок расположены на большем расстоянии от рабочего торца нагревательного кольца, нежели выходные отверстия конденсатоотводяших трубок (l,r 1 ). 20

Устройство работает следующим о6разом.

B электрическом парогенераторе 4 при нагревании воды генерируется пар, рабочее давление которого автомати- 25 чески поддерживается на постоянном уровне. Из парогенератора 4 по трубкам 5 горячий пар подается в полость нагревательного кольца 2, где и происходит его интенсивная конденсация. 30

Тепловая энергия, выделяемая при конденсации пара, расходуется на плавление льда. Образующаяся при этом вода удаляется по водоатсасывающим трубкам 7 и поступает в водосборную емкость 6, а конденсат, образовавшийся в полости нагревательного кольца 2, отводится по конденсатоотсасывающим трубкам 9 и также поступает в водосборную емкость 6. По мере проходки 40 скважины керн заполняет колонковую трубу 1 и при подъеме устройства поддерживается утапливаемыми керноудерживающими зубьями 3.

Выполненная в соответствии с рас- 45 четными данными торцовая поверхность нагревательного кольца в данном случае не является поверхностью вращения, но тем не менее остается линейчатой поверхностью большой площади.

Эффективное использование для конденсации пара всей торцовой поверхности обеспечивается расположением отверстий пароподводящих и конденсатоотсасывающих трубок на различных

55 уровнях в объеме нагревательного кольца. Все это способствует реализации расчетных параметров режима бурения — плавления забоя скважины.

Устройство позволяет получать качественный необводненный керн, исключает нерациональное оплавление стенок скважины и керна и устраняет образование на них конденсата в процессе бурения за счет того, что пар, служащий источником энергии для плавления льда, конденсируется в полости нагревательного кольца 2 и не попадает на забой скважины, а вода, образующаяся на контакте нагреватель-. ного кольца со льдом, отсасывается под вакуумом в водосборную емкость 6.

Использование изобретения позволяет повысить эффективность буренияпротаивания за счет полезного использования всей мощности парогенератора и ориентированного направления теплового потока. формула и з о б р е т е н и я

1. Устройство для бурения скважины во .пьду, включающее корпус с размещенными в нем последовательно водосборной емкостью, насосом, парогенератором и керноприемником, полое цилиндрическое нагревательное кольцо с рабочим торцом, пароподводящие и конденсатоотсасывающие трубки, выходные отверстия которых расположены в погости нагревательного кольца, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения эффективности бурения

sa счет увеличения теплообменной поверхности, рабочий торец нагревательного кольца выполнен в виде изогнутой участками плоской ленты, все образующие которой перпендикулярны продольной оси устройства, при этом каждый из участков ленты наклонен к оси устройства под углом, удовлетворяющим следующему соотношению:

М а(В-d)(D, —,;- )

N„ 4. sind где D — наружный диаметр нагревательного кольца;

d — внутренний диаметр нагревательного кольца;

Э вЂ” угол наклона участка ленты к продольной оси устройства;

N — - мощность парогенератора;

N — удельная мощность нагреваа тельного кольца.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что выходные отверстия пароподводящих трубок рас1373784 положены на большем расстоянии от рабочего торца нагревательного кольца, нежели выходные отверстия конденсатоотводящих трубок.

Ю-Я

Составитель С. Робатень

Редактор Н. Слободяник Техред М. Ходанич Корректор О. Кундрик

Заказ 540/23 Тираж 530 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4