Водяной термобур для бурения скважин в ледяных образованиях

Изобретение относится к устройствам для теплового бурения скважин во льду и может быть использовано для исследования внутреннего строения ледников и нагромождений морского льда - торосов и стамух. Устройство содержит полый корпус в виде трубы, к верхнему концу которого присоединен буровой шланг, подводящий горячую воду к корпусу, к нижнему концу корпуса присоединена буровая коронка. Буровая коронка состоит из наконечника и вкладыша. Наконечник имеет небольшую параболическую заточку длиной около одного сантиметра снаружи и конусную расточку внутри. Вкладыш с осевым отверстием по всей длине имеет в нижней части конусную проточку снаружи и конусную проточку внутри, на наружной конусной поверхности вкладыша нарезаны прямоугольные пазы в виде резьбы. Наконечник с помощью резьбы присоединяется к корпусу. Вкладыш установлен в наконечник соосно. Конусная поверхность вкладыша входит в конусное отверстие наконечника так, чтобы их торцы находились на одном уровне заподлицо, при этом пазы на конической поверхности вкладыша образуют каналы для выпуска воды из коронки в виде расходящихся закрученных струй. Вкладыш прижат к наконечнику с помощью пружины, удерживаемой вкрученной внутрь верхней части наконечника гайкой, и имеет свободный ход перемещения вверх с увеличением зазора между его наружной конусной поверхностью и внутренней конусной поверхностью наконечника. Изобретение позволяет повысить чувствительность для определения положения границ и размеров пустот в ледяных нагромождениях при сохранении высокой скорости бурения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для теплового бурения скважин во льду и может быть использовано для исследования ледников и нагромождений морского льда - торосов и стамух. Известен способ определения структуры торосов и стамух, свойств льда и границы льда и грунта путем теплового бурения скважин [4].

Известно керновое и бескерновое бурение электротермобурами, разработанными в Арктическом и Антарктическом НИИ [1, 2], которые используются для исследования ледников и морского льда с 1970 г. Достоинством электротермобуров являются сравнительно небольшой вес, возможность бурения скважин на всю глубину торосов, возможность определения величины и расположения пустот во льду с высокой точностью. Недостатком является низкая скорость бурения льда.

Известно устройство для водяного бурения скважин во льду [3], представляющее собой теплоизолированную трубу, через которую с помощью насоса по резиновым шлангам подается горячая вода на забой. Вода растапливает лед, и труба под действием своей тяжести опускается. По мере углубления в лед труба, имеющая резьбовое соединение, наращивается. Недостатком устройства является большой расход воды и невысокая производительность, т.к. за счет свободного вытекания горячей воды образуется широкая скважина.

Наиболее близким, принятым прототипом является водяной бур [5], в котором горячая вода по шлангу подается в корпус бура и выпускается через отверстие в носке буровой коронки, полый корпус которой выполнен в форме параболоида. Такие устройства широко использовались в исследованиях ледников для бурения скважин различного назначения. На фигуре 1 изображена схема водяного бура. Устройство состоит из полого корпуса 1, к верхнему концу которого подключен буровой шланг 2, на нижнем конце корпуса находится буровая коронка 3. Достоинство этого водяного термобура заключается в высокой скорости бурения. Недостатком является то, что при использовании его для исследования внутреннего строения крупных ледяных образований, когда наличие или отсутствие пустот определяется по скорости погружения бура, невозможно зафиксировать пустоты, размер которых менее 10-15 см, из-за большой длины параболической коронки термобура, на которой происходит зависание снаряда при выходе бура в пустоту. Плавление стенок скважины продолжается горячей параболической частью бура, и движение бура замедляется до последующего повала в пустоту или упора в расположенный ниже блок льда. При малых размерах пустоты провала бура не происходит, и наличие пустоты не фиксируется. К тому же, во время зависания бура вода, струящаяся из коронки, расплавляет расположенный под полостью блок льда, образуя в нем каверны.

Цель изобретения - повышение чувствительности при использовании устройства для определения положения границ и размеров пустот в ледяных нагромождениях при сохранении высокой скорости бурения.

Технический результат достигается уменьшением параболической части коронки термобура до длины около одного сантиметра, дающей оптимальное соотношение скорости бурения и разрешающей способности термобура при фиксировании пустот во льду, дополнительном выпуске ряда расходящихся закрученных струй воды и возможности увеличения зазора и, соответственно, расхода воды для очистки каналов от загрязнений.

На фигуре 2 изображена схема буровой коронки термобура. Буровая коронка состоит из наконечника 4, вкладыша 5, втулки 6, гайки 7, жиклера 8, колец 9 и 10 и пружины 11. Втулка 6 содержит резьбу на верхнем конце для крепления к корпусу бура. На нижнем конце наконечника 4 сделана параболическая заточка снаружи, формирующая забой, и коническая проточка внутри для установки в нее и фиксирования вкладыша 5. Вкладыш 5 имеет в нижней части конусную форму снаружи и конусную форму внутри с осевым отверстием в верхней части, диаметр которого определяется жиклером 8. На наружной конусной поверхности вкладыша 5 нарезаны прямоугольные пазы в виде резьбы с большим шагом. Вкладыш 5 устанавливается в наконечник 4 соосно. В верхней части втулки 6 сделана резьба для установки гайки 7, которая фиксирует пружину 11, прижимающую вкладыш 5 к внутренней конусной поверхности наконечника 4 так, чтобы торцы наконечника 4 и вкладыша 5 находились на одном уровне заподлицо. При этом пазы на конической поверхности вкладыша 5 образуют каналы для выпуска воды из коронки в виде расходящихся закрученных струй. Фигура 3 иллюстрирует внешний вид резьбовой части вкладыша 5.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Центральная струя горячей воды и расходящиеся закрученные струи образуют во льду кольцевидный забой, при этом центральная часть нерасплавленного льда на забое в виде острого выступа попадает в коническую полость вкладыша 5, где расплавляется струей воды из центрального отверстия жиклера 8. Диаметр забоя получается чуть больше диаметра бура, что устраняет зависание бура при выходе его из плотного льда в полость. При этом не происходит разрушения струями воды льда, расположенного за полостью, и скорость бурения соответствует наличию или отсутствию льда.

Для оперативной очистки пазов от случайных загрязнений предусмотрена возможность увеличения зазора между наконечником 4 и вкладышем 5. Под внешним усилием вкладыш 5 утапливается внутрь наконечника 4, зазор увеличивается, и, соответственно, через коронку увеличивается расход воды, которая производит промывку пазов вкладыша 5. После снятия усилия пружина 11 возвращает вкладыш 5 на место.

Такое устройство прошло испытания при бурении торосов, где была подтверждена его высокая эффективность и надежная работа.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. А.С. №350945, БИ №27, опубл. 13.11.72 г.

2. А.С. №439601, БИ №30, опубл. 15.08.74 г.

3. Астафьев В Н., Сурков Г.А., Трусков П А. Торосы и стамухи Охотского моря. - Санкт-Петербург: Пресс-Погода, 1997. - 208 с.

4. Патент России №2153070 от 20.07.2000. Бюллетень №20.

5. Taylor Ph. L. A Hot Water Drill for Temperate Ice. CRREL Special Report 84-34, 1984. p. 105-117.

1. Устройство для бурения скважин во льду, содержащее полый корпус в виде трубы, к верхнему концу которого присоединен буровой шланг, подводящий горячую воду к корпусу, к нижнему концу корпуса присоединена буровая коронка, отличающееся тем, что буровая коронка состоит из наконечника и вкладыша: наконечник имеет небольшую параболическую заточку длиной около одного сантиметра снаружи и конусную расточку внутри, вкладыш с осевым отверстием по всей длине имеет в нижней части конусную проточку снаружи и конусную проточку внутри, на наружной конусной поверхности вкладыша нарезаны прямоугольные пазы в виде резьбы, наконечник с помощью резьбы присоединяется к корпусу, вкладыш установлен в наконечник соосно, при этом конусная поверхность вкладыша входит в конусное отверстие наконечника так, чтобы их торцы находились на одном уровне заподлицо, при этом пазы на конической поверхности вкладыша образуют каналы для выпуска воды из коронки в виде расходящихся закрученных струй.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вкладыш прижат к наконечнику с помощью пружины, удерживаемой вкрученной внутрь верхней части наконечника гайкой, и имеет свободный ход перемещения вверх с увеличением зазора между его наружной конусной поверхностью и внутренней конусной поверхностью наконечника.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для прогноза устойчивости и деформируемости массивов раздробленных скальных пород. Технический результат заключается в повышении эффективности и достоверности определения коэффициентов Пуассона и поперечной деформации фрагментов массива раздробленных скальных пород, а также сжимаемости пород в массиве.
Изобретение относится к ледоведению и ледотехнике и может быть использовано в ледовых исследованиях, в частности в районах добычи углеводородов на шельфе замерзающих морей.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при контроле состояния пород кровли горных выработок. Технический результат заключается в упрощении измерений и конструкции реперной станции и возможности повторного ее использования.

Изобретение относится к устройству для мониторинга и способу мониторинга отдельного слоя кровли в горной разработке на основе волоконной решетки. Технический результат заключается в повышении безопасности за счет более высокой эффективности мониторинга и точности измерений.

Устройство для измерения деформаций земной поверхности относится к области измерительной техники, в частности к методу измерения относительных перемещений двух точек на земной поверхности или отдельных участков инженерных и строительных сооружений, разнесенных на значительные расстояния, происходящих из-за воздействия природных и экзогенных процессов.

Изобретение относится к способу определения напряженного состояния материалов, например горных пород. Технический результат заключается в повышении точности оценки напряженного состояния материалов, из которых состоит сооружение, и, соответственно, повышении надежности его эксплуатации.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для измерения раскрытия трещин при проведении геомеханического мониторинга. Способ включает бурение скважин и шпуров в подземных горных выработках.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для определения энергоемкости разрушения горных пород в скважинах, пробуренных из подземных горных выработок.

Способ контроля напряженного состояния массива горных пород предназначен для определения пространственного распределения напряжений в окрестности горной выработки и глубины максимума зоны опорного давления.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к механическим испытаниям горных пород при объемном сжатии в режиме жесткого нагружения, обеспечивающем контроль процесса деформирования образцов за пределом прочности.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для бурения и расширения скважин в крепких породах. Устройство включает буровой орган в виде бурового става, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка с магистралями подачи топлива, воды, воздуха, последняя через теплообменник и адсорбер сообщена с нагнетательным патрубком компрессора, с расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром, состоящим из корпуса с днищем конической формы, конденсатоотводчика-поплавка и отражателя, разделяющего внутреннюю полость корпуса на камеры, сообщающиеся соответственно с всасывающим патрубком компрессора и суживающимся соплом, на внутренней поверхности которого выполнены винтообразные канавки, продольно расположенные от входного к выходному отверстию, заканчивающемуся кольцевой канавкой с заполненными эластичным материалом с осесимметричными отверстиями.

Изобретение относится к строительству гидротермальных электростанций, использующих тепловую энергию в глубоких слоях недр земли. Способ строительства подземных испарительных систем в высокотемпературных слоях земной породы состоит: в создании системы испарительных полостей на конечном участке глубокой скважины методом выплавления породы плавильным агрегатом, а также в использовании установленного в зоне испарительных полостей испарительного агрегата вместо плавильного агрегата, подающего пресную или морскую воду в испарительные полости, где разбрызгиваемая на горячие поверхности полостей вода превращается в перегретый пар высокого давления и температуры, поступающий в турбогенератор, вырабатывающий электроэнергию, а после конденсации пара используемый для обогрева зданий опресненной горячей водой.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к бурению скважин. Устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин содержит 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.

Изобретение относится к буровым коронкам для разрушения крепких горных пород, в том числе трещиноватых и перемежающихся по твердости. Технический результат заключается в эффективном разрушении забоя, высокой механической скорости бурения.

Изобретение относится к области гражданского строительства, атомной и нефтегазовой отраслям и может быть использовано для бурения различных отверстий. Устройство содержит электродвигатель, редуктор с полым валом, источник лазерного излучения, инструмент для сверления, механизм возвратно-поступательной подачи инструмента сверления, оптическое волокно, газовую систему, резервуар для жидкости, смеситель, систему впрыскивания жидкости в смеситель, систему отсасывания, каналы для охлаждения оптического волокна, для подачи хладагента в зону забоя и для отвода отсасываемых из зоны забоя хладагента и шлама.

Изобретение относится к области гражданского строительства, атомной и нефтегазовой отраслям и может быть использовано в сейсмических районах для бурения различных отверстий.

Изобретение относится к области гражданского строительства, атомной и нефтегазовой отраслям и может быть использовано в сейсмических районах для бурения отверстий в бетонных зданиях с целью их укрепления стяжками и в опасных отвесных участках горной породы, для бурения тонких диагностических глубоких отверстий в многометровых бетонных стенах могильников с захоронениями радиоактивных веществ, для бурения в стенке скважины локальных боковых отверстий в окружающей породе.

Группа изобретений относится к способу и устройству для бурения с расплавлением для выполнения точных по размеру скважин, шахт и туннелей в грунте, в частности в скальной породе, в котором с помощью расплава расплавляют основание скважины и расплав вскрышной породы выдавливают в окружающую среду, в частности в разрыхленную за счет воздействия температуры и давления окружающую скальную породу, и в котором во время бурения за счет затвердевающего расплава образуется затяжка скважины вокруг образованной из трубных элементов колонны обсадных труб.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к бурению скважин. Устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин содержит электронагреватели с адсорбером, которые последовательно установлены в магистрали подвода воздуха, при этом адсорбер выполнен в виде двух вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндров разного диаметра, причем адсорбер внутренней стенкой меньшего цилиндра плотно насажен на внешнюю поверхность трубы для отвода парогазовой смеси в атмосферу, адсорбент размещен в подпружиненной кассете, свободно перемещающейся в вертикальном направлении между внутренней поверхностью большего цилиндра и внешней поверхностью меньшего цилиндра.

Изобретение относится к области проходки скважин или туннелей методом выплавления породы. .

Регулируемый скважинный изогнутый инструмент для присоединения к бурильной колонне содержит цилиндрический первый корпус, определяющий первую продольную ось, цилиндрический второй корпус, определяющий вторую продольную ось, подшипниковый узел, содержащий внутреннее кольцо и наружное кольцо, присоединенное к указанному первому корпусу, причем внутреннее кольцо присоединено к указанному второму корпусу, подшипниковый узел содержит поворотное соединение между внутренним и наружным кольцами, обеспечивающее возможность поворота указанного второго корпуса относительно указанного первого корпуса вокруг оси, перпендикулярной первой продольной оси, и первый линейный привод, закрепленный в пределах указанного первого корпуса на первом радиальном расстоянии от первой продольной оси и направленный для перемещения, параллельного первой продольной оси.

Изобретение относится к устройствам для теплового бурения скважин во льду и может быть использовано для исследования внутреннего строения ледников и нагромождений морского льда - торосов и стамух. Устройство содержит полый корпус в виде трубы, к верхнему концу которого присоединен буровой шланг, подводящий горячую воду к корпусу, к нижнему концу корпуса присоединена буровая коронка. Буровая коронка состоит из наконечника и вкладыша. Наконечник имеет небольшую параболическую заточку длиной около одного сантиметра снаружи и конусную расточку внутри. Вкладыш с осевым отверстием по всей длине имеет в нижней части конусную проточку снаружи и конусную проточку внутри, на наружной конусной поверхности вкладыша нарезаны прямоугольные пазы в виде резьбы. Наконечник с помощью резьбы присоединяется к корпусу. Вкладыш установлен в наконечник соосно. Конусная поверхность вкладыша входит в конусное отверстие наконечника так, чтобы их торцы находились на одном уровне заподлицо, при этом пазы на конической поверхности вкладыша образуют каналы для выпуска воды из коронки в виде расходящихся закрученных струй. Вкладыш прижат к наконечнику с помощью пружины, удерживаемой вкрученной внутрь верхней части наконечника гайкой, и имеет свободный ход перемещения вверх с увеличением зазора между его наружной конусной поверхностью и внутренней конусной поверхностью наконечника. Изобретение позволяет повысить чувствительность для определения положения границ и размеров пустот в ледяных нагромождениях при сохранении высокой скорости бурения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх