МОБИЛЬНЫЙ БУРОВОЙ КОМПЛЕКС

Предложение относится к горной промышленности и может быть использовано при строительстве скважин и выработок.
Технология проходки скважин с помощью мобильных буровых устройств развивается по нескольким направлениям, из которых наиболее представительным является создание мобильных буревых комплексов (МБК; МБА), выполненных в виде бурильных аппаратов, имеющих корпус в виде удлиненного цилиндра (или тела любой формы, но, преимущественно, в виде удлиненного полого цилиндра), в полости которого размещен генератор рабочего агента (газа, парогазовой смеси, газожидкостной фазы и т.п.), генератор хладагента (в виде емкости с хладагентом), рабочий породоразрушающий орган, сообщенный своей полостью с рабочим пространством генератора, источник тока, расположенный в корпусе, программированное устройство управления работой генератора, агрегат для запуска бурильного аппарата на забой от устья скважины или выработки, [I. Дмитриев A.П., Термическое и комбинированное разрушение горных пород, М., Недра, 1978, с.135-137; 2. RU 89588, 2009; 3. RU 2206133, 2002; 3. RU №2178504, E21В 7/14, 2002.].
Последнее из указанных технических решений является наиболее близким но технической сущности и достигаемому технологическому результату. Существенным и очевидным недостатком прототипа является низкая производительность по разрушению осадочных горных пород ввиду значительной инерционности преобразования компонентов топлива генератора рабочего агента и низких удельных показателей его фазовых преобразований из жидкого и пластичного состояний в газообразный и парогазовый рабочий агента. Эти недостатки значительно ограничивают перечень технологических процессов использования МБК. Технической задачей и положительным техническим результатом заявляемого бурильного комплекса является увеличение его производительности при одновременном более экономном расходе топливной композиционной системы за счет более высоких показателей удельной теплотворной и динамической характеристик получаемого рабочего агента, расходуемого на процесс проходки скважины (или - выработки).
Указанная задача и технический результат достигаются за счет того, что МБК содержит бурильный аппарат, имеющий корпус в виде удлиненного цилиндра (или тела другой формы), в полости которого размещен генератор рабочего агента, генератор хладагента; корпус оснащен рабочим органом, сообщенным своей полостью с рабочим пространством генератора, источник тока, расположенный в корпусе, программированное устройство управления работой генератора и МБК, агрегат для запуска аппарата на забой, размещенный на устье скважины (или - выработки), при этом корпус аппарата выполнен из чередующихся между собой частей в виде полых цилиндров и упругоподатливых вставок из гофрированных элементов, части корпуса аппарата выполнены в виде емкостей высокого давления, часть из которых заполнена газом (под давлением), другая часть - топливной композиционной смесью, при этом емкости с топливной смесью соединены газоводом с емкостью, заполненной под давлением газом, а также соединены с генератором рабочего агента, выполненным в виде проточной камеры с сетчатым распределителем рабочего агента, имеющим источник высокотемпературного излучения, рабочий орган имеет в своих стенках набор отдельных сопел, а также - щелевые радиальные сопла, - их радиальные плоскости симметрии ориентированы навстречу друг другу и пересекаются в массиве горной породы (забоя), при этом на корпусе аппарата закреплены сопла с кольцевыми проточками для передачи акустических колебаний на тело корпуса в местах соединения цилиндров - через упругоподатливые вставки между ними, а на стенке рабочего органа закреплены, под углом к его оси, продольные резцы, ориентированные одной своей стороной к отходящему от забоя потоку бурового шлама (для создания усилия вращения рабочего органа).
В МБК в качестве источника высокотемпературного излучения используют плазмообразующее устройство (плазмотрон) или - электронагреватель типа ТЭН.
Рабочий орган МБК соединен с корпусом посредством подшипникового узла. А полость рабочего органа соединена с пространством генератора посредством временной (разрывной) диафрагмы.
В полости корпуса МБК размещены дополнительные генераторы рабочего агента и - хладагента.
На фиг.I показан общий вид мобильного бурового комплекса;
на фиг.2 - его рабочий орган;
на фиг.3 - верхняя часть корпуса бурового аппарата;
на фиг.4 - упругоподатливое соединение частей корпуса МБК;
на фиг.5 показан генератор рабочего агента бурового аппарата.
Мобильный буровой комплекс содержит бурильный агрегат (аппарат) 1 (фиг.I), в полости которого размещен генератор 2 рабочего агента, торец корпуса соединен с рабочим органом 3, имеющим сопла 4 и 5 различные по конструкции: точечные, радиальные щелевые (для выполнения работы по разрушению породы на забое), имеет также резцы 6, закрепленные продольно под углом к оси органа 3 и предназначенные для дробления кусков породы и - создания усилия (момента) вращения рабочего органа; корпус выполнен из нескольких цилиндров 7, соединенных между собой гофрированными упругоподатливыми вставками 8 (фиг.4) для придания большей маневренности аппарату I при проходке криволинейных выработок и - меняющихся по оси продки.
3
Корпус МБК имеет емкость 9 (фиг.3, 4), заполненную под давлением газом, имеет емкость 10 (фиг.4), заполненную топливной композиционной системой (смесью); генератор имеет сетчатые камеры 11 и излучатель 12 высокотемпературного поля (350-550°С), по своей длине корпус оснащен дополнительными генераторами 13 с магистралями подачи топлива (к 13; фиг.I и фиг.5) для возможности выработки требуемого количества рабочего агента (0,5-2,5 м/с), подаваемого на забой. Рабочий орган 3 соединен с корпусом посредством подшипникового узла 14 (фиг.2) и имеет в месте соединения временную диафрагму 15, разрываемую при запуске генератора давлением подаваемого рабочего агента.
В корпусе (фиг.3) размещен программированный пульт 16 управления работой МБК, имеющий источник электроэнергии (аккумулятор) и клапаны управления подачей газа и топлива в емкость 10 и генератор 2 аппарата I, имеющего агрегат (установку) 17 для запуска в направлении забоя. Подача компонентов (газа, топлива) осуществляется по магистралям 18, 19 через обратные клапаны 20. А для наложения акустических колебаний выполнены сопла е кольцевыми проточками 21, что позволяет работать вставкам 8 на изгиб и наклоны.
Работа МБК по проходке скважины 22 осуществляется следующим образом. Аппарат I размещают в установке 17, производят запуск его генератора 2, питаемого по магистралям 18, 19 из емкостей 9 и 10; вырабатываемый рабочий агент (газ, парогазовая смесь) подают под давлением в рабочий орган 3, прорывая предохранительную мембрану 16, включаются в работу сопла 4, 5, разрабатывая истекающими под давлением струями породу на забое, наклонные резцы 6 задают вращение органа 3 на подшипнике 14 (фиг.2) и одновременно участвуют в процессе дробления кусков породы для улучшения выноса бурового шлама из зоны забоя - к устью скважины (фиг.I). При проходке наклонных, криволинейных, боковых скважин в работу включаются упругоподатливые вставки 8 (фиг.4), позволяющие корпусу изгибаться по направлению проходки наклонной скважины.
Скорость проходки, эффективность работы МБК и его аппарата являются высокими по показателям (0,2-0,5 м/с; 75-80% КПД) благодаря оригинальной конструкции описанного МБК, имеющего в своем техническом оснащении все необходимые модульные блоки (фиг.2…5), позволяющие оперативно менять схему процесса и производительность.