Термический расширитель буровых скважин

Термический расширитель буровых скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19. 08. 81 (21) 3327280/22-03 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Опубликовано 30.1232. Бюллетень Йо48

Дата опубликования описания 361282

Р )М К з

Е 21 С 37/18

E 21 В 7/14

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий ($3) УДК 622. 243. .94(088.8) Д.С.Шахматов, Г.Н.Хрущев, A.À.Kàïóñòêí "-и: Я.И..Шнайй э "

Э н

l.

l . 1

М.

Институт горного дела Министерства черной ЛУргии С СР и Московский ордена Трудового Красного Знамени г институт (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54 ) ТЕРМИЧЕСКИЙ РАСШИРИТЕЛЬ БУРОМ>3Х СКВАЖИН

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для расширения буровых скважин с одновременным или последовательным их бурением.

Известны термические расширители буровых скважин, имеющие корпус, буровой став и механический породораэрушающий инструмент.

Буровые. станки снащенные такими расширителями, позволяют производить расширение скважины одновременно с ее бурением или по окончании бурения при подьеме бурового става, т.е. последовательно с бурением (1 ).

Недостатком известного термическо"

ro расширителя является низкая эффективность процесса термического расширения иэ-за малого (3-5Ъ) коэффициента ввода тепловой энергии в породу при конвективном теплообмене газовой струи с поверхностью скважины, а также. высокой избирательности относительно физических свойств горных пород. Кроме того, известный расширитель сложен по конструкции и поэтому недостаточно надежен в работе.

Наиболее близким и предлагаемому является термический расширитель буровых скважин, содержащий корпус, выполненный в виде штанги, соединенной с буровым ставом и механическим породоразрушающим инструментом.

В этом расширителе, в корпусе имеется три равномерно распределенных боковых газовых сопла, что повышает эффективность расширения скважин (2 ).

1р Однако эффективность расширения остается низкой, так как КПД ввода тепловой энергии в породу не превышает 4-6%, а конструкция расширите- . ля сложна.

Цель изобретения — повышение эффективности расширения скважин, за счет повышения КПД ввода энергии в породу и упрощение конструкции расширителя.

Укаэанная цель достигается тем, что термический расширитель буровых скважин, включактдий корпус, выполненнь1й в виде штанги, соединенной б буровым ставом и механичес25 ким породоразрушающим инструментом, корпус снабжен коаксиальным керамическим блоком с каналами, в которых размещены электронавревательные элементы, электрически соединенные с

З0 токосъемными кольцами, 985286

Кроме того расширитель снабжен цилиндрическим кожухом, выполенным из жаропрочного металла и установленным на керамическом блоке.

На внешнюю поверхность цилиндрического кожуха нанесено жаростойкое 5 покрытие иэ борида циркония. . На фиг. 1 показан продольный осе" вой разрез термического расширителя на фиг. 2 и 3 — продольный и поперечный .разрез термического расширителя. 10

Термический расширитель содержит корпус 1, соединенный посредством конической резьбы с буровым ставом

2 и механическим породоразрушающим инструментом 3. На корпусе 1 установлен электроизоляционный керамический блок 4 с размещенными в его каналах (не Обозначены ) электронагревательными элементами 5, которые могут быть выполнены спиральными из проволоки с высоким удельным сопротивлением (фиг. 1 ) или стержневыми из карборунда, графитовые и др. (фиг. 2 ). Керамический блок 4 с элементами 5 защищен от механических повреждений цилиндрическим кожухом б, выполненным из жаропрочной стали, например Х28Н48В5 . Гайка 7 препятствует осевому перемещению керамического блока 4 и кожуха б. В нижней части корпуса 1 выполнена коническая резьба, в которой закреплен инструмент 3. Элементы 5 электрически соединены посредством бурового става 2 и кабеля 8 с токосъемными кольцами 9, установленными в верхней 35 части бурового става 2, одно кольцо закреплено на ставе через изолятор

10, а другое — без изолятора. Кольца

9 подключены к источнику питания посредством контактных щеток 11. 40

Термический расширитель работает следующим образом.

При вращении става 2 и подачи его на забой породоразрушающий инструмент 3 разрушает породу и образует 45 скважину. При достижении глубины скважины, соответствующей началу котлового расширения, на щетки 11 подают электрический ток, в результате чего разогреваются нагреватели 5 и кожух 6 становится мощным истбчником инфракрасного (ИК ) излучения, воздействующего на стенки скважины.

Так, при температуре кожуха б, равной 1200 С плотность потока излучения составляет 20-25 Вт/см, что дос- 55

2 таточно для эффективного разрушения стенок скважины в режиме шелушения при невысокой энергоемкости. При повышении температуры кожуха б эффективность разрушения увеличивается. 60

Вынос продуктов разрушения обеспечивает сжатый воздух, подаваемый с скважину через центральный канал бурового става 1 с одновременным его охлаждением. 65

Нагреватели 5 могут быть низкотемпературные — из сплавов с высоким удельным сопротивлением (нихромов ) с рабочей температурой -до

1200 С и высокотемпературные — керамические (карборундовые, дисилицидмолибденовые), графитовые, с рабочей температурой до 1600 С. В первом случае, для уменьшения тепловых потерь от обратного потока воздуха, выносящего продукты разрушения, целесообразнее последователь ное расширение скважины, т.е. сначала бурят скважины, на полную глубину с выключенными элементами 5, затем прекратив подачу воздуха, включают элементы 5 и, поднимая буровой став, расширяют скважину, и наконец вновь подают воздух и очищают скважину от продуктов разрушения. В случае использования высокотемпературных нагревателей расширение скважины производят одновременно с бурением.

Покрытие на внешней поверхности кожуха б, согласно закону СтефанаБольцмана, увеличивает радиационный

КПД нагревательных элементов 5 и плотность потока ИК-излучения ° Оно может быть нанесено, например методом плазменного напыления борида циркония (Е = 0,95), борида гафния (Е = 0,94) и других материалов с рабочей температурой до 2000-2500 С.

Такое выполнение предлагаемого расширителя позволяет значительно повысить эффективность термического расширения скважин, расширить диапазон эффективно ., разрушаемых горных пород, упростить конструкцию и повысить надежность работы буровых станков на горнорудных предприятиях.

Формула изобретения

1. Термический расширитель буровых скважин, включающий корпус, выполненный в.виде штанги, соединенный с буровым ставом и механическим породоразрушающим инструментом, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности расширения скважин, за счет повышения КПД ввода энергии н породу и упрощения конструкции расширителя, корпус снабжен коаксиальным .керамическим блоком с каналами, в которых размещены электронагревательные элементы, электрически соединенные с токосъемными кольцами.

2. Термический расширитель по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен цилиндрическим кожухом,выполненным из жаропрочного металла и установленным на керамическом блОке.

985286

Составитель 10. Стрелов

Редактор Ю. Середа Техред Л.Пекарь Корректор Г. Огар

Заказ 10113/44 Тираж 623 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4

3. ТерМический расширитель по п. 2, отличающийся тем, что на внешнюю поверхность цилиндрического кожуха нанесено жаростойкое покрытие из борида циркония.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

6 м

1. Авторское свидетельство СССР

В 642475, кл. Е 21 С 37/16, E 21 В 7/14, 1979.,2. Авторское свидетельство СССР по заявке Я 3266063/22-03, кл. E 21 С 37/16, Е 21 В 7/14, 1981.