Устройство для проходки скважин

 

фк лиотек 1 — Д

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И С А Н И Е („)763569

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 16.05.75 (21) 2135548/22-03 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М Кл з

Е 2! В 7/14

Е 21 С 21/00

Государстаенный комитет

Опубликовано 15.09.80. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 25.09.80 (53) УДК 622.243..94 (088.8) па делам изобретений и открытий

E. П. Боженов, А. И. Иванов, А. И. Плугин, А. И. Гаврилов, А. А. Капустин, В. М. Циферов, Г. А. Янченко и Г. К. Герасимов (72) Авторы изобретения

Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени инженерностроительный институт и Московский ордена Трудового Красного

Знамени горный институт (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОХОДКИ СКВАЖИН

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано при проходке скважин в толще льда для научно-исследовательских и промышленных целей, в частности, при бурении скважин во льдах Антарктиды и Арктики.

Известно устройство для электротермического бурения скважин во льду, включающее кольцевой изолятор, обхватывающий его электронагреватель, выполненный в виде секций, огибающих торцовую часть изолятора (1) . 1О

Данное устройство для своей работы требует постоянно работающей электростанции, а также емкости с горючим при работе его в отдаленных районах. Следовательно, при отборе ледяного керна в условиях Арктики и

Антарктиды потребуется подвижная электро15 установка, но ее транспортирование и обслуживание связаны со значительными трудностями, большая металлоемкость, подвод горючего, сложное кабельное хозяйство.

Также известно устройство для проходки скважин, содержащее газогенераторы с твердым топливом и запальным устройством, газораспределительную камеру с щелевым торцовым соплом и боковыми соплами, соединенную с камерами сгорания газогенераторов (2).

Данное устройство работает на твердом топливе — порохе, транспортировка которого ввиду его небольших габаритов прп больших энергетических запасах более проста.

Однако это устройство предназначено для проходки скважин в горных породах и мерзлых грунтах, но его конструкция не предусматривает возможности получения керна.

Цель изобретения — эффективное плавление и удаление льда по всей поверхности кольцевого забоя.

Достигается эта цель тем, что в известном устройстве для проходки скважин, содержащем газогенераторы с твердым топливом и запальным устройством, газораспределительную камеру с щелевым торцовым соплом и боковыми соплами. соединенную с камерами сгорания газогенераторов, газораспределительная камера выполнена в виде тора, внутри которого установлены завихрители газового потока, а внутренняя поверхность щелевого сопла снабжена заборниками газа в виде кольцевых уступов.

763569

1е

Формула изобретения

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 — то же, вид в плане; на фиг. 3 — сечение А — А на фиг. 1.

Устройство состоит из кольцевой вторичной газораспределительной камеры l, выполненной в виде тора с кольцевым щелевым соплом 2 фокусировки Лаваля, на внутренней поверхности которого выполнены заборники газа 3 в виде кольцевых конических уступов. Над кольцевыми уступами расположены боковые сопла 4, направленные под углом, близким 90, к забою, служащие для размыва льда и прохода торового кольца — кольцевой камеры 1. На кольцевой вторичной камере установлены газогенераторы — первичные камеры сгорания 5, заполненные твердым топливом 6, опирающимся на решетку 7, и срабатывающие от пиропатронов 8 запального. устройства. Крепление первичной камеры 5, соединенной, например, с помощью резьбы со сверхзвуковым соплом Лаваля 9, с камерой 1 производится накидной гайкой 10, а уплотнение обеспечивается жаростойким, например, асбестовым уплотнителем 11. Для равномерного распределения по внутренней полости 12 торовой камеры 1 на соплах 9 установлено кольцевое газоповоротное устройство 13, снабженное с боков винтовыми завихрителями 14, обеспечивающими равномерное растекание газа в полости 12 газового торового кольца камеры 1. Кроме того, для достижения большей равномерности распределения газового потока в газоповоротном устройстве 13 выполнены отверстия 15. На камере 1 имеются реактивные сопла 16, которые уравновешивают тягу сопла 2 и служат для прижима всего термобура к забою.

Устройство работает следующим образом.

Термобур устанавливают над поверхностью льда и включают все пиропатроны 8, которые воспламеняют твердое топливо 6.

Выделяющиеся при горении высокотемпературные газы через сопла 9 устремляются в полость 12, но предварительно попадают на газоповоротное устройство 13, оснащенное отверстиями 15 и винтовыми завихрителями 14, обеспечивая равномерное распределение газа во вторичной камере — торовом кольце 1, а следовательно, и равномерной струи по всему периметру щелевого кольцевого сопла 2. Благодаря наличию двух камер: газогенератора 5 — камеры высокого давления (около 100 атм) и торового кольца вторичной камеры 1 с уменьшенным давлением (25-40 атм) обеспечивается необходимая сверхзвуковая скорость высокотемпературной газовой струи, обеспечивающей испарение льда без перехода в жидкую фазу.

ts ло и зо

Газ поступает в сопло Лаваля 2, где формируется в сверхзвуковой поток, причем часть газа, идущая по периферии сопла, попадает на уступы заборника 3, выполненные в виде непрерывных колец, направляющих газ в размещенные над ними сопла 4, в которых формируются сверхзвуковые струи высокотемпературного газа, размывающего лед, обеспечивая проход торовому кольцу камеры 1, поджимаемому реактивной силой сопел 16, обеспечивающих эжекцию отходящих с продуктами сгорания кро:пек льда и пара.

Наличие камеры сгорания газогенератора предлагаемого устройства позволяет вести процесс сгорания твердого топлива при высоком давлении, более 100 атм. Вторичная газораспределительная камера имеет больший обьем и пониженное давление до 25—

40 ати давления и благодаря своей форме в виде тора со щелсвым соплом и заборниками газа для боковых сопел позволяет совершать работу с эффективным разрушением и удалением льда по всей поверхности кольцевого забоя на любом диаметре керна.

Разрушение льда с отбором керна предлагаемым устройством на глубину 1 — 8 м длится несколько секунд, B то время как для проходки того же диаметра скважины и получения керна известными устройствами потребуются часы.

При этом транспортировка твердого топлива в виде пороха ввиду сравнительно незначительных габаритов при больших мощностях упрощена, поэтому устройство может быть использовано в отдаленных районах.

Устройство для проходки скважин, содержащее газогенераторы с твердым топливом и запальным устройством, газораспределительную камеру с щелевым торцовым соплом и боковыми соплами, соединенную с камерами сгорания газогенераторов, отличаюи!ееся тем, что, с целью эффективного плавления и удаления льда по всей поверхности кольцевого забоя, газораспределительная камера выполнена в виде тора, внутри которого установлены завихрители газового потока, а внутренняя поверхность щелевого сопла снабжена заборниками газа в виде кольцевых уступов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР № 176217, кл. Е 21 С 37/18, 1964.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 300608, кл. Е 21 С 19 10, 1969.

763569

12

Составитель М. Моргунова

Редактор Е. Зубистова Техред К. Шуфрич Корректор М. Демчик

Заказ 6251I29 Тираж 626 Подписное

ЬНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4