МОБИЛЬНЫЙ БУРОВОЙ АППАРАТ

Предложение относится к области горных технологий и может быть использовано в качестве мобильного бурового агрегата для проходки скважин и выработок в геологических структурах.
Известны мобильные буровые агрегаты, размещенные на прицепном или самоходном шасси, содержащие силовую установку, приводы, буровое оборудование, рабочий орган и вспомогательное оснащение /"Хуан-Хуа", КНР, Сычуань, 2005.; Дмитриев А.П. и др., Термическое и комбинированное разрушение горных пород, М., Недра, 1978, с.16-22, 187./.
Существенными и очевидными недостатками таких технических решений являются незначительная удельная энергия, передаваемая на забой при высоких вспомогательных энергозатратах, приводящих к низкому КПД использования и незначительной эффективности процесса.
Наиболее близким по технической сущности и технологическому результату является мобильный буровой аппарат, содержащий корпус в виде удлиненного полого цилиндра, расположенный в нем генератор рабочего агента, соединенный своей полостью и рабочим пространством с рабочим органом для разрушения породы на забое /RU 2178504, 18.09.2000., E21В 7/14./.
Обладая определенными преимуществами перед аналогами, этот мобильный буровой аппарат обладает также существенным недостатком, заключающемся в его принципиальной несовершенной, в современных требованиях, конструкции, в частности, - генератора рабочего агента и узлов сообщающих его рабочее пространство с рабочим органом, - это снижает производительность устройства и эффективность процесса бурения при меняющихся условиях в скважине и проходимых горизонтах.
Технической задачей и технологическим результатом данного предложения является дальнейшее совершенствование конструкции аппарата и повышение его производительности за счет увеличения количества удельной энергии на выполнение основного процесса.
Технической задачей и технологическим результатом данного мобильного бурового аппарата является дальнейшее его совершенствование по конструкции, повышение КПД использования его рабочего органа и рабочего агента, направляемого на забой, повышение эффективности процесса проходки скважин с помощью этого аппарата.
Это в мобильном буровом аппарате достигается за счет выполнения его в виде удлиненного полого цилиндра, в котором расположен генератор рабочего агента, с полостью также соединен рабочий орган, а генератор рабочего агента выполнен в виде удлиненной полой камеры, заполненной топливной смесью, коаксиально наружной стенке и оси этого генератора установлена кольцеобразная камера, полость ее заполнена пористым теплоизолирующим материалом, снаружи этой камеры расположена кольцевая емкость в виде сосуда Дьюара, которую охватывает дополнительная камера, заполненная хладагентом, наружная стенка этой дополнительной камеры имеет отверстия, ориентированные своей осью в сторону, противоположную рабочему органу аппарата.
При этом дополнительная камера сообщена своей полостью с помощью клапанных отверстий с полостью рабочего органа. А кольцеобразная камера заполнена пористым теплоизолирующим материалом, пропитанным хладагентом, при этом полость этой камеры соединена с полостью дополнительной камеры.
На фиг.1 показан общий вид аппарата с сечением по оси;
на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1.
Мобильный буровой аппарат имеет корпус в виде удлиненного полого цилиндра 1, в котором расположен генератор 2 рабочего агента, его рабочая полость соединена с полостью рабочего органа 3; генератор 2 выполнен в виде удлиненной полой камеры 4 и заполнен топливной смесью 5 (твердым топливным составом типа НМФ-2 (3); коаксиально наружной стенке и оси этого генератора установлена кольцеобразная камера 6, полость которой заполнена пористым теплоизолирующим материалом 7, снаружи этой камеры 6 расположена кольцевая емкость 8 в виде сосуда Дьюара (для улучшения теплоизоляции), которую охватывает дополнительная камера 9, заполненная хладагентом,
наружная стенка 10 этой дополнительной камеры 9 имеет отверстия 11, ориентированные своими осями в сторону, противоположную рабочему органу 3 аппарата, т.е. к устью скважины (выработки)
Дополнительная камера 9 своей полостью сообщена с помощью клапанных отверстий 12 с полостью рабочего органа, что повышает массу рабочего агента, формируемого в рабочем органе перед воздействием на забой. Полость кольцеобразной камеры 6 заполнена пористым теплоизолирующим материалом (на основе природного вспученного вермикулита или перлита, или их смеси), а пористая структура этого материала пропитана хладагентом (на основе замороженной воды с вмороженными гранулами твердой углекислоты), а для регулирования теплового режима и теплового баланса полость камеры 6 соединена с полостью дополнительной камеры 9, что позволяет согласовать использование хладагента в обеих камерах.
Работа мобильного бурового аппарата осуществляется следующим образом. Полости корпуса аппарата 1 оснащают (как отмечено выше) топливой смесью 5 (типа: НМФ-2 (3), кольцеобразные камеры 6 и 9, соответственно, заполняют составом: пористый материал + хладагент. Аппарат 1 размещают на забое скважины(или выработки), инициатором 15 производят срабатывание топливной смеси 5, продукты сгорания в виде раскаленных газов поступают в полость 13 рабочего органа 3, смешиваются в этой полости с продуктами испарения хладагента, пары которого поступают через отверстия 12, образуя рабочий агент в виде парогазовой смеси с температурой 600-800°С (достаточной для термодинамического разрушения сцементированной породы), при увеличении расхода хладагента температуру рабочего агента можно понизить до 200-300°С, при этом повышая массу рабочего агента (для разрушения несвязных пород на забое 1-У группы), истекающего под давлением из сопел 14 рабочего органа 3 на забой скважины. Отходящий поток бурового шлама (разрушенный частицы породы с отработанной парогазовой смесью) выносится к устью проходимой скважины.
Наличие в корпусе кольцевой емкости в виде сосуда Дьюара
(полость под вакуумом) 8 позволяет более равномерно распределять тепловые потоки, излучаемые при расходе топливной смеси и защитить корпус аппарата 1 от внутреннего теплового воздействия совместно с использованием хладагента в кольцеобразных камерах 6 и 9 аппарата.
При полном расходе топливой смеси 5 аппарат поднимают к устью скважины, извлекают на поверхность грунта (например, с помощью троса, соединенного с рымом 16 на торце аппарата), производят технический осмотр, выдерживают некоторое времы для его остывания (около 20 минут), перезаправляют отмеченными компонентами (топливная и хладагентная составляющие) и используют аппарат далее для проходки скважины или выработки.