Устройство для электротермического бурения скважин
Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для электротермического бурения твердых сред плавлением. Цель - повышение подводимой к породе мощности при одновременном снижении уровня избирательности электротермического разрушения. Устройство содержит вращатель, буровую штангу в виде пары коаксиальных трубчатых элементов (ТЭ) 12, 13, установленных с образованием кольцевой полости между ТЭ 12, 13. Торцы 23, 24 ТЭ 12, 13 соединены вплотную с образованием конусной кольцевой полости 25. Торцовые призабойные части 21, 22 ТЭ 12, 13 образуют нагреватель 17. Рабочая часть штанги имеет кристаллизатор и шламопровод 27. При работе устройства СВЧ-энергия канализируется по волноводу на короткозамкнутые торцы 23, 24, а расплав, шлам породы выдавливается в сторону стенок скважины и шламопровода 27. Возможно бурение льда. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ l КНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4470247/23-03 (22) 01.08,88 (46) 23.11.90, Бюл. ¹ 43 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт методики и техники разведки (72) Г.С.Бродов, С.M.Öûlàíåíêo, Б,Ф.Кравцов и О.И.Крот (53) 622.243.94(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР ¹ 219500, кл. Е 21 С 37/18, 1967. Авторское свидетельство СССР N 533729,кл, Е 21 С 37/18, 1974. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН (57) Изобретение относится к горной промышленности и предназначенодля электротермического бурения твердых сред плавлением. Цель — повышение подводиИзобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для электротермического бурения скважин, например, плавлением твердой среды (л ьда). Цель изобретения — повышение подводимой к породе мощности при одновременном снижении уровня избирательности электротермического разрушения. На фиг.1 показана общая схема устройства; на фиг.2 — буровая часть устройства; на фиг. 3 — буровая штанга с перегородками; на фиг.4 — разрез А — А на фиг,3; на фиг.5— перегородка, Устройство для электротермического бурения скважин имеет (фиг,1) монтажное основание 1, вращатель 2, штангодержатель 3, подъемник 4, сальник 5, магнетрон 6, компрессор 7, керносборник 8, буровую „,. Ж, „1б08340 А1 мой к породе мощности при одновременном снижении уровня избирательности электротермического разрушения, Устройство содержит вращатель, буровую штангу в виде пары коаксиальных трубчатых элементов (ТЭ) 12,13, установленных с образованием кольцевой полости между ТЭ 12,13, Торцы 23, 24 ТЭ 12, 13 соединены вплотную с образованием конусной кольцевой полости 25. Торцовые призабойные части 21, 22 ТЭ 12, 13 образуют нагреватель 17. Рабочая часть штанги имеет кристаллизатор и шламопровод 27. При работе устройства СВЧэнергия канализируется по волноводу на короткозамкнутые торцы 23, 24, а расплав, шлам породы выдавливается в сторону стенок скважины и шламопровода 27. Возможно бурение льда. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. штангу 9 с волноводом 10 для канализации СВЧ-энергии и высокотемпературный пенетратор 11. Буровая штанга 9 (фиг.3 и 4) представляет собой пару коаксиальных трубчатых элементов 12 и 13, образующих кольцевую полость 14 между ними. Трубчатые элементы 12 и 13 вдоль буровой штанги 9 могут собираться из секций, составляя колонну (не показана) буровых штанг 9, Наружный 12 и внутренний 13 трубчатые элементы жестко соединены центрирующими перегородками 15, смещенными одна относительно другой в плоскости, перпендикулярной оси 16 штанги 9, и разнесенными в направлении оси 16 на расстояние, равное длине волны электромагнитного излучения или превышающее ее. Согласование высоты разноса перегородок 15 с 1608340 20 30 55 длиной волны излучения обуславливается условиями формирования магнитного пото, ка. Чтобы избежать поглощения и отраже-. ния электромагнитного излучения в волноводе 10 от поперечных потоку площадок перегородок 15, их выполняют скошенными, например, по нескольким плоскостям (фиг,5), Секции штанг 9 соединяются в колонну посредством резьбовых соединений (не показаны), Высокотемпературный пенетратор 11 (фиг.2) состоит из нагревателя 17, изготавливаемого из жаростойкого материала, например, молибдена: термоизолятора 18 и кристаллизатора 19, соединяемых со штангой 9 переходником 20. Нагреватель17 образован торцовыми призабойными частями 21 и 22 трубчатых элементов 12 и 13, а торцы 23 и 24 этих частей 21 и 22 вплотную соединены друг с другом с образованием кольцевой конусной полости 25. Преобразователь электромагнитной энергии в тепловую происходит за счет образующейся короткозамкнутой нагрузки путем перевода кольцевой цилинрической полости 2б вол но водного тракта в конусную полость 25, Термоизолятор 18 выполняется из термостойкого материала с низкой теплопроводностью, например нитрида алюминия и предназначен для предотвращения ухода тепла в трубы штанги 9, Кристаллизатор 19 также выполняется из термостойкаго материала, но с высокой теплопроводностью, например, графита и предназначен для охлаждения и кристаллизации расплава горной породы и формирования ствола скважины. Шламопровод 27 размещен внутри трубчатого элемента 13. Устройство работает следующим образом. После сборки бурового снаряда, в состав которого входят секционный волновод 19 и пенетратор 11, и постановки его на забой скважины включается магнетрон б, Электромагнитное излучение магнетрона частотой, например, 2-6 ГГц по волноводу 10 подается в нагреватель 17 пенетратора 11. Вследствие того, что волновод 10 нагревателя 17 выполнен в виде кольцевой конической полости 25, образующей плавный переход от коаксиальной линии к короткозамкнутому концу, в нагреватель 17 передается основная часть СВЧ-энергии. При прохождении электромагнитного излучения через нагреватель 17 в нем за счет потерь происходит преобразование электромагнитной энергии в тепловую. При этом вследствие уменьшения размеров кольцевого сечения конусной полости 25 нагревателя 17 и увеличения в этой связи напряженности поля, а следовательно, и потерь наибольшее выделение тепла происходит вблизи торцов 23 и 24, т.е. в месте контакта с разрушаемой горной породой. Тепловой поток контактным путем направляется в породу, температура которой на контакте с пенетратором увеличивается, достигая температуры ее плавления, Температуры плавления подавляющей части горных пород составляют 1200-1700 С, Порода плавится, образуя вокруг пенетратора зону 28 расплава. Осевым давлением на пенетратор 11 через штангу 9 образующийся расплав 28 выдавливается в шламопровод 27, к которому по волноводу 10 .подводится охлаждающий очистной агент. Для прохода очистного агента из полости волновода 10 в шламопровод 27 в теле термоизолятора 18 предусматриваютсяся проходы 29. В зоне внешней поверхности пенетратора 11 поднимающийся расплав 28 породы, достигая уровня кристаллизатора 19, теряет температуру, кристаллизуется и образует остеклованный слой 30 на стенках скважины. В зависимости от величины внутреннего диаметра пенетратора 11 бурение может осуществляться как с отбором горных пород, так и сплошным забоем. Образующийся керн 31 и гранулированный затвердевший расплав (шлам) 32 выносится потоком очистного агента на поверхность. Возможно использование варианта в виде одного трубчатого элемента 13 без шламопровода 27 (вариант с одной просто конической полостью не показан). Формула изобретения 1. Устройство для электротермического бурения скважин, включающее вращатель, буровую штангу с волноводом для канализации СВЧ-энергии, шламопровод и нагреватель, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения подводимой к породе мощности при одновременном снижении уровня избирательности электротермического разрушения, буровая штанга выполнена в виде двух полых коаксиал ьн ых трубчатых элементов, причем последние образуют кольцевую полость между ними, при этом нагреватель образован торцовыми призабойными частями трубчатых элементов, а торцы этих частей вплотную соединены друг с другом с образованием конусной кольцевой полости между ними. 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что трубчатые элементы жестко связаны между собой с помощью центрирующих перегородок, которые смещены относительно одна другой в плоскости, перпендикулярной к оси штанги, и разнесены в направлении оси штанги на расстояние не менее длины полуволны магнитного излучения, 1608340 29 25 ©иг. 1608340 Риг, 5 фиг Ф Редактор О. Головач Заказ 3601 Тираж 393 Подписное ВНИИГ1И Гос а ственн осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патенг", . У нг, г. жгород. ул.Гагарина, 101 фиг, д А -А Составитель В, Захаров Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Т. Палий
