Устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин
Владельцы патента RU 2349729:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный технический университет" КурскГТУ (RU)
Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для бурения и расширения скважин термомеханическим способом. Техническим результатом является повышение эффективности работы устройства при длительной эксплуатации за счет обеспечения постоянства качества осушки воздуха. Устройство содержит горелку с породоразрушающими элементами, магистраль для подвода воздушного окислителя, магистраль для подвода горючего, установку пылегазоподавления, трубу для отвода горячего парогазового потока, пульт управления, электронагреватель и адсорбер, представляющий собой два концентрически установленных цилиндра, между которыми размещается адсорбент. Особенностью предложенного устройства является то, что меньший цилиндр выполнен из биметалла. Причем материал внутренней стенки цилиндра имеет коэффициент теплопроводности в 2,5-3,0 раза выше коэффициента теплопроводности материала наружной стенки. 2 ил.
Изобретение относится к горной промышленности, в частности к бурению скважин.
Известно устройство для совмещенного механического бурения и термического расширения скважин (см. а.с. №1268710, Мкл Е21В 7/14, 6/28, 1986. Бюл. №41), содержащие буровой став с породоразрушающими элементами, размещенную в торце става горелку с магистралями подвода горючего и воздуха, установку пылегазоподавления со встроенной трубой для отвода горячего 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. патент РФ №2115793, МПК Е21В 7/14, Е21С 37/16, 1998. Бюл. №20), 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, который имеет вид двух вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндров, разного диаметра для размещения адсорбента между внутренней стенкой большого цилиндра и внешней стенкой меньшего цилиндра, а внутренней стенкой он насажен на внешнюю поверхность трубы для отвода парогазовой смеси в атмосферу.
Недостатком является снижение в процессе длительной эксплуатации качества осушки воздуха, т.е. повышенное его влагосодержание и, как следствие, увеличение энергоемкости процесса расширения скважин за счет уменьшения температуры газовой струи, вытекающей из горелки.
Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание постоянства качества осушки воздуха, участвующего в технологии расширения скважин при длительной эксплуатации устройства, достигаемой за счет обеспечения постоянства температурного режима в процессе адсорбции.
Технический результат достигается тем, что устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин, включающее буровой став с породоразрушающими элементами, размещенную в торце горелку с магистралями подвода горячего и воздуха, установку пылегазоподавления с встроенной трубой для отвода горячего парогазового потока в окружающую среду, пульт управления, энергонагреватели с адсорбером, который имеет вид двух вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндров, разного диаметра для размещения адсорбента между внутренней стенкой большого цилиндра и внешней стенкой меньшого цилиндра, а внутренней стенкой он насажен на внешнюю поверхность трубы для отвода парогазовой смеси в атмосферу, меньший цилиндр выполнен из биметалла, причем внутренняя стенка меньшего цилиндра имеет коэффициент теплопроводности, в 2,5-3,0 раза превышающий коэффициент теплопроводности внешней его стенки.
На фиг.1 изображено устройство, общий вид; на фиг.2 - узел 8 на фиг.1 (адсорбер).
Устройство для совмещенного механического бурения 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 горячего парогазового потока 5, пульт управления 6, электронагреватели 7, адсорбер 8, представляющий собой два вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндров разного диаметра для размещения адсорбента 9 между внутренней стенкой 10 большого цилиндра 11 и внешней стенкой 12 меньшего цилиндра 13. Внутренней стенкой 14 меньший цилиндр 13 насажен на внешнюю поверхность 15 трубы 5. При этом меньший цилиндр 13 выполнен из биметалла, таким образом, что материал на внутренней стенки 14 имеет коэффициент теплопроводности, в 2,5-3,0 раза превышающий коэффициент теплопроводности материала наружной его стенки 12 со стороны адсорбента 9.
Устройство для совмещенного механического бурения 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 показано) по магистрали 2 подвода воздушного окислителя через выключенный электронагреватель 7 поступает к адсорберу 8, где осушается и направляется в горелку 1 с породоразрушающими элементами, куда одновременно подается горючее по магистрали 3.
Выполнение внутренней стенки 14 меньшего цилиндра 13 из биметалла, таким образом, что ее коэффициент теплопроводности в 2,5-3,0 раза больше коэффициента теплопроводности внешней стенки 12, сокращает переход теплоты адсорбции (см., например, Серпионова Е.Н. Промышленная адсорбция газов и паров. M. 1969 - 388 с.) в более металлоемкую конструкцию трубы 5 по сравнению с объемом цилиндров 11 и 13 адсорбера 8, тем самым поддерживая оптимальный температурный режим осушки воздуха, используемого в качестве окислителя, что снижает энергоемкость процесса бурения.
Соединение воздушного окислителя и горючего приводит к процессу сгорания и выделенная теплота расходуется на термическое разрушение горных пород без затрат на превращение влаги окислителя в перегретый пар, соответствующий температуре газовой струи.
При включении переключателя на пульте управления 6 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. Теплота от движущегося парогазового потока по трубе 5 теплопроводностью передается к ее внешней поверхности 15 и далее к внутренней стенке 14 меньшего цилиндра 13.
В связи с тем что меньший цилиндр 13 выполнен из биметалла, то тепловой поток интенсивно проходит внутреннюю стенку 14, т.к. ее коэффициент теплопроводности в 2,5-3,0 раза выше коэффициента теплопроводности внешней стенки 12, постепенно распределяется по ней, осуществляя равномерное возрастание температурного поля в зоне контакта адсорбента 9 с внешней стенкой 12. Наблюдается возникновение равномерной эпюры температурного процесса (см., например, Дмитриев А.П. Биметаллы. Пермь, 1991, 387 с.) прогрева зерен адсорбента 9 по всему объему адсорбера 8 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 9, находящиеся в адсорбере 8, 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 адсорбере 8 (не достаточно длителен процесс прохождения горячего парогазового потока по трубе 5) пульт 6 управления подает команду на включение электронагревателей 7, которые дополнительно подогревают регенерирующий воздух, обеспечивающий процесс десорбции в заданном режиме.
Оригинальностью данного изобретения является то, что более полно используется для процесса регенерации энергия уходящего парогазового потока путем интенсивной передачи тепла зернам адсорбента при обеспечении равномерной эпюры температурного градиента по объему адсорбера, обусловленного выполнением меньшего его цилиндра из биметалла, а это улучшает качество окислителя и в конечном итоге повышает КПД устройства для совмещенного механического и термического расширения скважин.
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, который имеет вид двух вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндров разного диаметра для размещения адсорбента между внутренней стенкой большего цилиндра и внешней стенкой меньшего цилиндра, а внутренней стенкой он насажен на внешнюю поверхность трубы для отвода парогазовой смеси в атмосферу, отличающееся тем, что меньший цилиндр выполнен из биметалла, при этом внутренняя стенка меньшего цилиндра имеет коэффициент теплопроводности, в 2,5-3,0 раза превышающий коэффициент теплопроводности, внешней его стенки.
