МОБИЛЬНЫЙ БУРОВОЙ АГРЕГАТ

Предложение относится к технологии проходки скважин и выработок в осадочных горных породах с помощью мобильных буровых аппаратов и воздействием на разрушаемую породу геологических структур энергией струй рабочего агента под давлением.
В настоящее время известны технические решения в данной области, из которых наиболее представительным является мобильный буровой агрегат, содержащий корпус и размещенный в нем генератор рабочего агента, соединенный с рабочим органом, направленным на забой /1/.
Наиболее близким по технической сущности является мобильный буровой агрегат, содержащий удлиненный корпус, на торце которого закреплен рабочий орган для разрушения породы, в корпусе размещены камеры, заполненные топливными компонентами с подающими узлами в камеру расхода компонентов для выработки рабочего газа в систему разрушения породы на забое проходимой скважины /2/.
Существенными и очевидными недостатками указанного аналога и прототипа являются незначительная производительность выработки рабочего агента для разрушения породы и низкая производительность за счет необходимости циклических остановок и тщательной подборки состава и содержания топливных компонентов ввиду отсутствия мобильной конструкции полости корпуса и размещенного генератора рабочего агента, это усложняет процесс использования бурового агрегата в технологии буровых работ и требует наличия различных по конструктивному исполнению агрегатов и стыковки с ними различных по наполнению емкостей с топливными компонентами и согласующими узлами.
Технической задачей и технологическим результатом данного мобильного бурового агрегата является уменьшение промежуточных непроизводительных операций, повышение производительности и эффективности проходки скважин и выработок при использовании любых топливных
элементов из типа твердого топлива (типа НМФ-2 и т.п, топлива),что делает более технологически совместимой технологию проходки данным агрегатом с технологическими операциями традиционного бурения.
Это в мобильном буровом агрегате достигается за счет того, что он содержит корпус в виде удлиненного полого тела, на одном торце которого закреплен рабочий породоразрушающий орган, а на другом торце - герметизирующая крышка, полость корпуса оснащена термогазогенератором, заполненным твердой топливной смесью с инициатором его срабатывания, соединенным с источником питания, вокруг термогазогенератора выполнены кольцевые емкости, а между этими емкостями имеются продольные каналы, соединяющие полость термогазогенератора и полости указанных кольцевых емкостей с полостью рабочего породо-разрушающего органа, имеющего сопла, ориентированные на забой скважины или выработки, и сопла, ориентированные под углом в сторону стенки корпуса агрегата, а также -сопла, ориентированные по нормали к стенке скважины, при этом корпус на своей стенке оснащен стабилизаторами, закрепленными вдоль его продольной оси.
При этом термогазогенератор и кольцевые емкости имеют глухие торцы со стороны соединения корпуса агрегата с рабочим органом.
А стабилизаторы закреплены вдоль стенки корпуса агрегата под углом 10-20° по отношению к продольной оси корпуса агрегата.
Описываемый мобильный буровой агрегат изображен на чертеде, где агрегат представлен в общем виде с сечением его части по продольной оси. Агрегат содержит корпус 1, выполненный в виде удлиненного геометрического тела (цилиндра, прямоугольника, овала), на одном торце 2 с помощью резьбовой втулки закреплен породоразрушающий рабочий орган 3, а другой торец корпуса герметизирован крышкой 4; в полости корпуса размещен термогазогенератор 5, заполненный твердой топливной смесью (типа НМФ-2 или аналогичным топливом) с инициатором 6 и трос-кабелем 7, соединенными с источником питания в полости корпуса вокруг термогазогенератора (ТГГ) размещены емкости 8 и 9, эти кольцевые емкости заполнены парообразующей жидкостью на основе воды.
Между емкостями 8 и 9 выполнены продольные каналы 10, соединяющие полость термогазогенератора 5 и полости указанных емкостей с полостью рабочего органа 3 агрегата. Рабочий породоразрушающий орган имеет сопла 17, ориентированные по нормали на забой, сопла 18, ориентированные под углами к стенке забоя, сопла 19, ориентированные вверх под углом к стенке корпуса агрегата 1; а также имеет кольцевые сопла 20 и 21, ориентированные по нормали к стенке скважины и забоя, и сопла 22, направленные под углом вверх.
Емкости 8 и 9 имеют клапанные отверстия 11 и 12, а их противоположные стороны имеют глухие днища 13 и 14. Термогазогенератор 5 со стороны, противоположной инициатору 6, имеет также, как и емкости, глухое днище 15 с термоизоляцией. А на стенке корпуса агрегата 1 закреплены стабилизаторы 23, ориентированные под углом 10-20° по отношению к продольной оси корпуса агрегата, что позволяет ориентировать положение агрегата в полости проходимой скважины.
скв
скв
крп.
ро
крп.
ро
тэг.
хл.
кнл.
2
3
Работа мобильного бурового агрегата осуществляется следующим образом. Определяют тактико-технические характеристики агрегата по заданным параметрам: Н- глубина скважины, Д- диаметр скважины, и, с учетом характеристик горных пород геологических структур, определяют характеристики агрегата: L- длину корпуса, Н- высоту рабочего органа 3, Д- диаметр корпуса агрегата, ⌀- диаметр рабочего органа, ⌀- диаметр термоэлемента термогазогенератора 5, d - диаметр первой- внутренней емкости 8 с парообразующей жидкостью, dxn. - диаметр второй емкости- 9 с парообразующей жидкостью, а также определяют ⌀Σ - суммарный диаметр сопел и их номинальный лимитирующий модуль. По этим всем указанным характеристикам определяют необходимое давление Р кгс/см среды рабочего вырабатываемого агента, а также температуру агента Т°С, его скорость истечения на забой V м/с и его расход Q м/с, а также определяют необходимые показатели мощности, направляемой на разрушение породы на забое проходимой скважины или выработки, где полная
z
T°C
к
энергия формируется из тепловой энергии и кинетической энергии по формуле: N=N+N- тaкую мощность обеспечивает термогазогенератор 5 совместно с парами жидкости в емкостях 8 и 9, а парогазовая смесь в виде рабочего агента поступает по каналам 10 в рабочий орган 3 и с помощью его указанных сопел 17-22 производит разработку забоя проходимой скважины или выработки, выполняя технологическую операцию по образованию скважины или выработки, при этом ориентирование агрегата в полости скважины осуществляется за счет ориентирования стабилизаторов 23, на которые воздействует отходящий от забоя буровой шлам, сохраняя заданное направление образования скважины в геологических структурах.
Таким образом, разработанный мобильный буровой агрегат позволяет вести технологические операции с использованием практически любых элементов твердого топлива, как по длине, так и по поперечному сечению этого топливного энергетического элемента в термогазогенераторе бурового агрегата, что делает этот агрегат мобильным и высокопроизводительным ввиду предупреждения вспомогательных операций при работе агрегата и при его заправке в условиях производства буровых работ на отдаленных территориях и загроможденных рабочих площадках при возможности совмещения работы агрегата с работой других агрегатов и механизмов на этой площадке.
(56)Источники информации, принятые во внимание:
1. RU 2167266, 20.05.2001, Е 21 В 7/14.
2. RU 2222681, 5.08.2002., Е 21 С 37/16.
3. RU 2178504, 20.01.2002., Е 21 В 7/18.
4. RU 2155976, 10.09.2000.
5. US 3934659, 27.01.1976.
6. ДЕ 2607046, I6.02.1978.