Устройство для электротермического бурения-плавления скважин во льду

 

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при бурении-плавлении скважин во льдах. Цель изобретения - повышение эффективности бурения за счет перераспределения внешнего и внутреннего тепловых потоков. Корпус состоит из внутреннего кольца 1 и наружной обечайки 2. Между ними укреплен тепловод 3 полутороидальной формы с ферромагнитными обечайками 4 в его полости. Индуктор 5 создает поле, замыкающееся по обечайкам 4. При этом в последних выделяется тепло, излучаемое в массив льда. Максимум тепловой энергии (до 80%) сконцентрирован на забое, что повышает эффективность работы устройства. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COLIN АЛ ИСТИЧ Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Е 21 В 7/15, 37/18

ГОСУДАРСТ В Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И. ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ СВИДЕТЕЛЬСТВ./ (21) 4822264/03 (22) 03.05.90 (46) 15.03.92. Бюл. N. 10 (71) Ленинградский горный институт им.

Г.В.Плеханова (72) Э.А.Загривный, Б,С.Моисеев и Н.П.Сафронова (53) 622.243,94(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 127296, кл, Е 21 В 7/15, 1956.

Авторское свидетельство СССР

N 588364, кл, E 21 В 7/15, 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОГО БУРЕНИЯ-ПЛАВЛЕНИЯ СКВАЖИН BO ЛЬДУ.... Ж, „1719612 A1 (57) Изобретение относится к горному делу и м,б, использовано при бурении-плавлении скважин во льдах. Цель изобретения — повышение эффективности бурения за счет перераспределения внешнего и внутреннего тепловых потоков. Корпус состоит из внутреннего кольца 1 и наружной обечайки 2.

Между ними укреплен тепловад 3 полутороидальной формы с ферромагнитными обечайками 4 в его полости. Индуктор 5 создает поле, замыкающееся по обечайкам 4.

При этом в последних выделяется тепло, излучаемое в массив льда. Максимум тепловой энергии (до 80%) сконцентрирован на забое, что повышае эффективность работы устройства. 1 ил.

1719612

Предлагаемое устройство относится к технике, применяемой в горной промышленности, в частности к устройствам для бурения скважин во льду и мерзлых грунтах, и может быть использовано для отбора керна из грунтов и ледяных покровов, Известно устройство для электротермического бурения скважин во льду, включающее цилиндрический полый корпус, в теле которого расположены витки электронагревательного элемента 1. Недостатком устройства является то, что в устройстве, несмотря на наличие торцового нагревательного элемента, коэффициент теплопередачи относительно невысок вследствие рассеяния тепла в верхней части корпуса, Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для электротермического бурения скважин во льду, включающее полый цилиндрический корпус-магнитопровод, в теле которого по периметру расположены витки индуктора, плоскость намотки которых в продольном сечении перпендикулярна торцу корпуса-магнитопровода. Недостатком устройства для электротермического бурения скважин во льду является то, что вслЕдствие отсутствия направленной концентрации энергии на забое снижается

КПД теплопередачи, возрастает энергоемкость бурения из-за расплавления объемов льда около стенок скважины и, в итоге, уменьшается эффективность бурения, Цель изобретения — повышение эффективности бурения за счет увеличения мощности, реализуемой на забое.

Поставленная цель достигается тем, что между внутренним кольцом корпуса и обечайкой жестко закреплен тепловод полутороидальной формы, имеющий внутреннюю полость с ферромагнитными обечайками, причем высота открытой наружной поверхности теплопровода в 2-4 раза превышает высоту открытой внутреннней поверхности тепловода.

На чертеже схематически изображено уСтройство для электрического бурения скважин во льду, продольный разрез, Устройство состоит из разьемного полого цилиндрического корпуса, включающего внутреннее кольцо 1 и наружную обечайку 2, выполненную из материала низкой теплопроводности. В корпусе расположен медный концентратор тепловой энергии — тепловод 3, внутренняя полость которого покрыта плотно прилегающими к тепловоду обечайками 4 из ферромагнитного материала. 8 полости тепловода располо55

50 жены витки медных проводников — индуктор 5 в изоляции 6, Устройство для электротермического бурения скважин во льду работает следующим образом, После установки на лед и подключения к источнику питания повышенной частоты (3,5-4 кГц) по индуктору 5 протекает ток, который создает магнитное поле, замыкающееся по ферромагнитным обечайкам 4, При этом в них индуктируется ЭДС, под действием которой по обечайкам проходит ток, выделяя тепловую энергию.Так как обечайки 4 плотно прилегают к тепловоду 3 (например, заклепочное соединение), то температурное напряжение при передаче требуемого количества тепла от обечаек 4 к тепловоду 3 незначительно.

По сравнению с традиционным способом передачи тепла, заключающимся в том, что нагреватель, по которому протекает ток от внешнего источника, имеет электроизоляцию, а следовательно,и повышенное тепловое сопротивление при передаче тепла.

В предлагаемом устройстве выделяемая тепловая энергия сконцентрирована (80% от всей мощности устройства) на торце, т.е. в области контакта с забоем, что значительно увеличивает скорость бурения -плавления скважин.

Корпус устройства, состоящий из внутреннего кольца 1 и наружной обечайки 2, выполнен из стали, т.е, из материала менее теплопроводного, чем медь. Таким образом, уменьшена теплопередача через боковые поверхности.

Величина корпуса тепловода из-под экранирующих частей корпуса корректируется в зависимости от величины разработки скважин и необходимого диаметра керна.

Использование предлагаемого устройства позволяет существенно увеличить мошность, реализуемую на забое, за счет того, что нагреватель передает тепловую энергию непосредственно тепловоду, а не через изоляцию (электро-или тепло), как при традиционном способе нагрева. Температура всех частей устройства не превышает

100 С при заметно больших передаваемых мощностях. Это обеспечивает эффективность бурения за счет увеличения мощности и повышения надежности отдельных элементов и их долговечности.

Кроме того, предлагаемое устройство позволяет в процессе бурения выдерживать заданные диаметры как скважины за счет управления тепловым потоком, передаваемым в радиальном направлении в скважину, так и керна. Это позволяет вести безаварийное бурение скважины во льду с требуемым

1719612

Составитель С;Робатень

Техред M.Moðãåíòàë

Редактор Э.Слиган

Корректор С.Шевкун

Заказ 750 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, )К-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 зазором между снарядом и скважиной при максимально возможных диаметрах скважины и керна.

При испытании предлагаемого устройства пробурено 200 м скважины, Высокая надежность устройства позволяет вести зффективно бурение-плавление ледников в различных режимах, как сухих, так и залитых незамерзающей жидкостью скважин, Керн, получаемый при бурении-плавлении. содержит многостороннюю информацию об изменении природных условий Земли и представляет большой интерес для целого ряда естественных наук, таких,как гляциология, геофизика, микробиология и др.

Формула изобретения

Устройство для электротермического бурения-плавления скважин во льду, содержащее корпус, состоящий из внутреннего кольца и наружной обечайки из материала с низкой теплопроводностью, и индуктор, витки которого намотаны в плоскости, пер5 пе 1икулярной к торцу корпуса. о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности бурения путем перераспределения внешнего и внутреннего тепловых потоков, оно снабжено тепловодом полуто10 роидальной формы с внутренней полостью и размещенными в последней ферромагнитными обечайками, причем тепловод закреплен между кольцом и обечайкой с обеспечением превышения высоты откры15 той наружной поверхности тепловода над высотой его открытой внутренней поверхности в 2-4 раза.