ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОХОДКИ ГОРНЫХ ПОРОД

Предложение относится к техническим средствам для проходки горных пород путем воздействия на буримую среду энергией струй рабочего агента, истекающих под давлением из рабочего органа бурильного агрегата.
В настоящее время известны принципиальные направления развития технических средств для проходки горных пород, из которых наиболее представительным можно считать конструкции технических комплексов, содержащих бурильный агрегат, имеющий корпус в виде полого цилиндра, генератор рабочего агента, размещенный в корпусе и соединенный своим выходным сечением (патрубком) с рабочим породоразрушающим органом, имеющим сопловые насадки для разработки забоя струями истекающего агента и создания усилия подачи бурильного агрегата к забою при проходке скважины, устье которой оборудовано превентором; комплекс также содержит программированное управляющее устройство для функционирования устройств и агрегатов комплекса /US 3934659, 175/14; ДЕ 2607046, Е21В 7/18; GВ 1443343, Е21C 21/00; SU 1818518, F42Д 3/00; RU 2168599, Е21В 7/14, 10.06.2001./.
Последнее из указанных устройств является по техническому решению и принципу работы наиболее близким техническим комплексом для проходки горных пород и образования скважин и выработок.
Выбранный прототип, как и указанные аналоги, имеет существенные недостатки: высокий постоянный расход рабочего агента на процесс разрушения пород на забое, где этот процесс не учитывает инерционности пород на динамические и температурные нагрузки, без учета условия, что производительность разрушения пород не прямо пропорциональна увеличению расхода агента и повышению динамических и температурных нагрузок на забой т.к. известное устройство (комплекс) не имеет в своей конструкции соответствующих агрегатов и узлов для оперативного и целенаправленного регулирования указанных воздействий рабочим агентом на забой и на формирование потока отходящего от него бурового шлама.
Технической задачей и положительным техническим результатом предлагаемого технического комплекса для проходки горных пород является увеличение его производительности и повышение эффективности процесса проходки пород неоднородной и сложной геологической структуры за счет более рационального выбора операций, режимов и параметров работы комплекса на забое и при формировании отходящего потока бурового шлама.
Это в предложении заявителя достигается за счет оригинальной конструкции технического комплекса для проходки горных пород, содержащего корпус в виде удлиненного полого цилиндра, генератор рабочего агента, размещенный в корпусе, рабочий породоразрушающий орган с сопловыми насадками, превентор, размещенный на устье скважины, программированное управляющее устройство, при этом его генератор рабочего агента выполнен в виде набора нескольких рабочих камер, имеющих различную емкость и размещенных в полости корпуса поочередно одна за другой, где камеры большей емкости чередуются последовательно с камерами меньшей емкости, первая из камер большей емкости соединена своим пространством с полостью рабочего органа, все камеры заполнены топливными компонентами, причем топливные компоненты соединены между собой контактно и последовательно взаимодействуют друг с другом, начиная со стороны указанного рабочего органа.
В техническом комплексе рабочие камеры имеют общую рубашку охлаждения в виде герметизированного полого цилиндра, охватывающего снаружи с зазором рабочие камеры, при этом со стороны рабочего органа рубашка охлаждения имеет в своей стенке клапанные отверстия, соединенные с полостью рабочего органа.
Технический комплекс имеет рабочий орган, содержащий сопловые насадки в радиальными и щелевыми отверстиями, оси которых ориентированы под различными углами по отношению к стенке корпуса рабочего органа и к стенке забоя и призабойной части скважины.
На фиг.1 показан общий вид технического бурового комплекса;
на фиг.2 - общий вид бурового агрегата с сечением по оси;
на фиг.3 - вид бурового аппарата (агрегата) комплекса.
Технический комплекс для проходки горных пород содержит корпус 1 в виде удлиненного полого цилиндра, в котором размещен генератор 2 рабочего агента. На торце корпуса закреплен рабочий орган 3, имеющий
сопловые насадки 4, ориентированные к стенке корпуса рабочего орнана, к забою и стенке скважины под различными углами (фиг.2): α, β, γ. На устье скважины закреплен превентор 5. Генератор рабочего агента 2 выполнен в виде набора нескольких рабочих камер по конструктивному типу и по их рабочей емкости для топливных компонентов, причем у рабочего органа 3 размещена камера 6 из камер большей емкости, после которой размещена камера 7 меньшей емкости, далее: камера 8 большей емкости, камера 7, камера 9; все камеры соединены топливными компонентами контактно с помощью переходного инициатора 10 и последовательно взаимодействуют одна с другой, начиная со стороны рабочего органа 3 камерой 6.
Все рабочие камеры имеют общую рубашку охлаждения II в виде герметизированного полого цилиндра, охватывающего с зазором 12 камеры, а на торце со стороны органа 3 рубашка имеет в своей нижней стенке клапанные отверстия 13, соединенные с полостью рабочего органа, имеющего сопловые насадки 14 и 15, соответственно с радиальными и щелевыми отверстиями. Комплекс имеет также программированное управляющее устройство 16, взаимодействующее с аналогичным, но управляемым устройством 17 дистанционного типа - по акустической и электромагнитной волновой связи.
Работа описанного технического комплекса осуществляется следующим образом. Производят оборку модульных блоков с камерами: 6-7, 8-7, 9-7 и т.д. (до заданной емкости по типам топлива), при этом камеры 6, 8, 9 заполнены топливным составом медленно расходуемого типа топлива (типа НМФ-2), а камеры 7 заполнены быстро расходуемым типом топлива (типа РНДСИ-5М); по конкретному заданию: топливо в камерах 6, 8, 9 расходуют за 10-15 с, топливо в камерах 7 - за 2-3 с, - это дает два положительных результата: при работе сопел 14 и 15 на забое задают оптимальные температурные и динамические нагрузки на породу забоя с учетом ее инерционности на процесс прогрева и разрушения, далее импульсным расходом рабочего агента из камер 7 производят эффективное дробление, отрыв и вынос разрушенных частиц породы из зоны забоя по стволу скважины к ее устью, при этом ориентирование сопел 14 и 15 под различными углами, как указано выше, от корпуса органа 3 к поверхности забоя и скважины
позволяет более эффективно обрабатывать забой и формировать стабильный восходящий поток (к устью) бурового шлама, в этот процесс также активно включают добавочный рабочий агент - продукт испарения поступающий через клапанные отверстия 13 в полость рабочего органа и активно дополняющие показатели рабочего агента, направляемого на забой, на формирование восходящего потока бурового шлама и на очистку полости скважины.
Таким образом, разработанный технический комплекс для проходки горных пород обладает эффективной модульной и мобильной конструкцией, что позволяет использовать его для выполнения различных буровых работ в неоднородных горных породах за счет возможности выбора операций, режимов и параметров проходки пород.