Тепловая коронка термобурового пробоотборника

 

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано в мощных ледовых толщах горных ледников, для вскрытия и опробования подледниковых водоемов, исключающего их загрязнения. Тепловая коронка термобурового пробоотборника включает закрепленную на нижнем конце корпуса пробоотборника опорную коронку с термоиглой, связанной с контактным датчиком-выключателем пробоотборника, штангу и плавящую насадку термоиглы. Тепловая коронка снабжена втулкой, подпружиненной относительно штанги термоиглы. Плавящая насадка жестко закреплена на нижнем конце втулки, установленной с возможностью скольжения по штанге термоиглы. Диаметр плавящей насадки больше диаметра втулки. Повышается стабильность процесса бурения плавления, а также надежность работы тепловой коронки. 1 ил.

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для вскрытия подледниковых озер бурением плавлением с последующей их изоляцией от вышерасположенного ствола скважины с заливочной жидкостью, в ледовых толщах районов Арктики и Антарктики.

Известно устройство для проникновения через ледяную оболочку в водную среду - криобот: В.Х.Хэнкок, К.С.Куивинен, Дж.Р.Келти, Б.Л.Хансен. Бурение методом горячей воды скважины доступа и технология термического зонда, разработанные в университете Небраска-Линкольн. - Изучение озера. Восток: научные задачи и технологии. Тезисы докладов Международного совещания (24-26 марта 1998 года, ААНИИ, Санкт-Петербург, Россия), 1998, с.90.

Криобот (полуавтоматический снаряд), расплавляя под собой лед, опускается вниз под собственным весом. Энергопитание осуществляется по кабелю, намотанному на барабан в криоботе. По мере опускания криобота кабель сматывается с барабана. Вода, образующаяся при плавлении льда, замерзает над криоботом и отделяет подледниковое озеро от вышележащей скважины. На границе лед-вода из криобота в подледниковое озеро запускается гидробот, который расположен внутри корпуса криобота. Гидробот снабжен комплексом измерительной и аналитической аппаратуры, датчиками. Сигналы от датчиков гидробота, по мере его продвижения в озере, передаются на поверхность по кабелю.

Недостатком устройства является сложность конструкции, трудности в обеспечении вертикальной направленности движения криобота в ледовой толще, дистанционные исследования в озере дадут менее достоверную информацию, чем прямое изучение проб воды и осадков, а также оставление кабеля и гидробота (т.е. инородных тел) в подледниковом озере нарушает его экологию.

Известно также устройство по патенту РФ на изобретение №2182225, "Термобуровой пробоотборник", МПК 7 Е 21 В 49/08, публ. 2002 г. для вскрытия подледниковых водоемов с последующим взятием проб, для микробиологических и других видов исследований, и их разобщения от вышерасположенного ствола скважины с заливочной жидкостью, принятое за прототип.

Тепловая коронка термобурового пробоотборника включает опорную коронку и термоиглу с контактным датчиком, состоящим из штока, пружины и конечного выключателя. На нижнем конце термоигла имеет плавящую насадку.

Недостатком устройства является жесткое соединение термоиглы и опорной коронки, при котором осевая нагрузка в любом случае одинакова, но при различии в удельной объемной мощности термоиглы и коронки будут различны средние температуры их рабочих поверхностей и средние толщины окружающих рабочий тепловой орган водяных прослоек, что усложняет обеспечение синхронности работы нагревателей.

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. повышение стабильности процесса бурения плавления льда.

Технический результат достигается тем, что тепловая коронка термобурового пробоотборника, включающая закрепленную на нижнем конце корпуса пробоотборника опорную коронку с термоиглой, связанной с контактным датчиком-выключателем пробоотборника, штангу и плавящую насадку термоиглы, отличается тем, что она снабжена втулкой, подпружиненной относительно штанги термоиглы, причем плавящая насадка жестко закреплена на нижнем конце втулки, установленной с возможностью скольжения по штанге термоиглы, при этом диаметр плавящей насадки больше диаметра втулки.

Благодаря этому повышается стабильность процесса бурения плавлением.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен продольный разрез термобурового пробоотборника с тепловой коронкой.

Термобуровой пробоотборник содержит нагревательный узел 1, представленный в виде тепловой коронки, цилиндрический корпус 2 и кабельный замок 3.

Тепловая коронка включает опорную коронку 4, закрепленную на корпусе 2 пробоотборника, и термоиглу 5 с контактным датчиком-выключателем 6, состоящим из штока 7, пружины 8 и конечного выключателя 9. Опорная коронка 4 и термоигла 5 имеют скользящее подпружиненное соединение за счет втулки 10 с пружиной 11. Втулка 10 подпружинена относительно штанги 12 с упорами 13. На конце втулки 10 закреплена плавящая насадка 14. Диаметр плавящей насадки выбирают больше диаметра втулки.

В корпусе пробоотборника размещен пакер 15, насос 16, клапан 17, датчики давления 18, 19 и нагрузки 20, электронного блока 21 управления с электроотсеком 22. Корпус представляет собой толстостенную трубу, на наружной поверхности которой между датчиком давления 18 и контактным датчиком-выключателем 6 находится пакер 15, приводимый в действие насосом 16 через клапан 17. В верхней части корпуса закреплен электроотсек 22 с датчиком 20 нагрузки на забой и электронный блок 21 управления.

Кабельный замок состоит из пружины 23, подвижной 24 и неподвижной 25 втулки.

С наземным пультом управления пробоотборник соединен грузонесущим кабелем 26, который закреплен в кабельном замке 3. Рабочие и контрольные жилы 27 грузонесущего кабеля подключены к электронному блоку 21 управления.

Система датчиков и электронный блок обеспечивают необходимый режим и технологию отбора пробы, постоянный контроль за ходом процесса пробоотбора в скважине и возможность оперативного вмешательства оператора с наземного пульта в его ход.

Устройство работает следующим образом. Значения тепловой (электрической) мощности N₁ термоиглы 5 и мощности N₂ опорной коронки 4 задаются из соображений заведомо опережающего вскрытия подледникового водоема термоиглой. Для обеспечения стабильности бурения плавления в тепловой коронке предусмотрено скользящее подпружиненное соединение термоиглы 5 с опорной коронкой 4, при котором осевая нагрузка задается раздельно. Скорость бурения термоиглой 5 может быть выше, чем опорной коронкой 4, как за счет большей удельной тепловой мощности, так и за счет большего удельного осевого давления. При постановке термобурового пробоотборника на забой тепловая коронка находится в подпружиненном состоянии. В случае, когда скорость бурения опорной коронкой 4 будет меньше, чем скорость бурения термоиглой 5, подвижная часть термоиглы под действием пружины 11 выдвинется вперед до установления равенства скоростей бурения опорной коронкой 4 и термоиглой 5. Если же скорость бурения термоиглой 5 будет меньше, чем скорость опорной коронкой 4, то под действием собственного веса опорной коронки и вышерасположенной части термобурового пробоотборника они будут давить на пружину, опорная коронка будет иметь свободный ход и не "зависать". В обоях случаях не будет непроизводительных затрат на потерю тепла в радиальном направлении в окружающий ледяной массив.

Формула изобретения

Тепловая коронка термобурового пробоотборника, включающая закрепленную на нижнем конце корпуса пробоотборника опорную коронку с термоиглой, связанной с контактным датчиком-выключателем пробоотборника, штангу и плавящую насадку термоиглы, отличающаяся тем, что она снабжена втулкой, подпружиненной относительно штанги термоиглы, причем плавящая насадка жестко закреплена на нижнем конце втулки, установленной с возможностью скольжения по штанге термоиглы, при этом диаметр плавящей насадки больше диаметра втулки.

РИСУНКИ

Рисунок 1