СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ С РАСПЛАВЛЕНИЕМ

1. Способ бурения с расплавлением для выполнения точных по размеру скважин, шахт и туннелей в грунте, в частности, в скальной породе, в котором с помощью расплава расплавляют основание скважины и расплав вскрышной породы выдавливают в окружающую среду, в частности, в разрыхленную за счет воздействия температуры и давления окружающую скальную породу, и в котором во время бурения за счет затвердевающего расплава образуется затяжка скважины вокруг образованной из трубных элементов колонны обсадных труб, отличающийся тем, что в открытую вверх, в частности, центральную выемку (5) по меньшей мере одного нижнего трубного элемента (1) колонны (1, 2, 3) обсадных труб подают сверху металл (7) в твердом агрегатном состоянии, в частности, через лежащие выше трубные элементы (2, 3), в этой выемке (5) его расплавляют за счет подвода энергии и направляют через каналы (6), которые проходят от выемки (5) наружу и заканчиваются в наружной боковой поверхности трубного элемента (1), в наружное окружение трубного элемента (1), образующийся под самым нижним трубным элементом скальный расплав выдавливают в окружающую скальную породу (14) с образованием за счет затвердевания окружающей колонну обсадных труб металлической затяжки (9).
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что возникающий, в частности, за счет металлического расплава, под самым нижним трубным элементом (1), скальный расплав за счет непосредственного подвода энергии перегревают сильнее, чем металлический расплав, за счет чего происходит непрерывное плавление скальной породы.
3. Способ по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что подачу энергии для скального расплава и/или металлического расплава осуществляют с помощью тока, который подводится либо по проводам (11) с поверхности до самого нижнего трубного элемента (1) и/или до трубного элемента (1) с каналами (6), либо он создается с помощью по меньшей мере одного реактора, который интегрирован по меньшей мере в одном из трубных элементов (1, 2, 3), или с помощью лазерного излучения (15), которое направляется с поверхности по центру через все трубные элементы (1, 2, 3) до основания скважины.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для создания начального скального расплава создаваемый в трубном элементе (1) металлический расплав подают через каналы (6) и вдоль наружной боковой поверхности этого трубного элемента (1) к основанию скважины.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для запуска процесса бурения с расплавлением сначала создают предварительную скважину с основанием скважины, в которую вводят металлическую трубу в качестве первоначальной затяжки скважины, при этом в металлическую трубу вводят по меньшей мере один трубный элемент (1), имеющий каналы (6), и по меньшей мере один трубный элемент (2) для обработки металлической затяжки скважины, и выходящий через каналы (6) металлический расплав, в частности, под действием собственного давления, заполняет свободное пространство между основанием скважины и стенкой скважины и соединяется с введенной металлической трубой предварительной скважины с образованием создаваемой при непрерывном осуществлении бурения металлической затяжки (9).
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед трубным элементом (1) с каналами вводят в предварительную скважину по меньшей мере один другой трубный элемент, с целью получения желаемой длины колонны обсадных труб под канальными отверстиями, или что трубный элемент (1) с каналами (6) имеет сам под канальными отверстиями желаемую длину, при этом желаемую длину задают за счет преднамеренной глубины бурения и ожидаемого при этой глубине бурения износа трубного элемента (1)/трубных элементов (1).
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что подача металла при нагревании током осуществляют в твердом агрегатном состоянии в виде металлического прутка (7) через трубные элементы (2, 3), или при лазерном нагревании через трубные элементы (2, 3) в виде металлического трубчатого прутка (7), через который направляют лазерный луч.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что скальный расплав нагревают до более высокой температуры, чем металлический расплав, так что за счет более высокого поверхностного напряжения, более высокой плотности и более высокой вязкости более холодного металлического расплава по сравнению с более горячим скальным расплавом исключается смешивание металлического расплава и скального расплава, и при продолжении бурения, с одной стороны, непрерывно создается металлическая затяжка (9) скважины из расплава и, с другой стороны, жидкотекучий скальный расплав под действием высокого поверхностного напряжения и контраста плотности металлического расплава вытесняется в разрыхленную за счет воздействия температуры и давления окружающую скальную породу (14), в частности, без возникновения потери металла в окружающей скальной породе (14).
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что передачу энергии плавления в расплавы и/или манипулирование расплавами для создания вращающегося и/или поворачиваемого расплава, в частности, для образования неизнашиваемой головки для бурения с расплавлением, и/или управление всей установкой осуществляют посредством томографии электрического сопротивления (ERT) с помощью по меньшей мере трех встроенных в нижний трубный элемент и изолированных графитовых электродов (4), которые за счет сдвига фаз и различной нагрузки при подаче тока вызывают вращательное и/или поворотное движение расплавов, при этом, в частности, программа ERT измеряет распределение расплавов в установке для бурения с расплавлением и отображает на мониторе и обеспечивает возможность полностью автоматического управления способом бурения с расплавлением.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют три вида трубных элементов (1, 2, 3), которые разделяют образованную из трубных элементов (1, 2, 3) бурильную колонну на горячую часть, вытяжную и/или охлаждаемую часть и на холодную часть, при этом трубные элементы (1) горячей части выполнены в виде графитовых полых цилиндров, трубные элементы (2) вытяжной и/или охлаждаемой части выполнены из, в частности, высокопрочной металлической конструкции, при этом эти трубные элементы расположены между горячей и холодной частью и используются для обработки, в частности, расширения и повышения качества металлической затяжки скважины, и трубные элементы (3) холодной части выполнены из, в частности, стойкой к давлению металлической конструкции, которые используются, в частности, для создания давления и/или подачи управляющих устройств и устройств энергоснабжения, а также твердого металла, который подают через трубные элементы к нижнему, в частности, расположенному вблизи основания скважины трубному элементу (1), в котором твердый металл расплавляют.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что трубные элементы (1, 2, 3) бурильной колонны монтируют и демонтируют, если они сами не выполнены в виде элеваторной системы, в частности, системы MagLev, с помощью элеватора, в частности, элеватора MagLev, с помощью которого, в частности, осуществляют также подачу твердого металла, в частности, в виде элементов металлического прутка для металлической затяжки скважины, в частности, если бурильная колонна не проходит снизу доверху через скважину.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что тепло от металлической затяжки скважины отводят с помощью системы охлаждения с использованием сверхкритической воды, и агрегаты для электроснабжения охлаждают с помощью охлаждающих установок с использованием струи пара.
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что линии снабжения, в частности, провода (11) для электроснабжения и/или охлаждающие линии и/или элементы снабжения и/или трубные элементы подают с помощью электромагнитной шаговой системы вдоль снабженной металлической затяжкой стенки (9) скважины.
14. Устройство для бурения с расплавлением для выполнения скважин посредством расплавления в любом грунте, в частности, в скальной породе, с помощью которого обеспечивается возможность плавления подлежащего разработке основания скважины, в частности, скальной породы, и с помощью которого обеспечивается возможность изготовления затяжки скважины из металла, содержащее колонну обсадных труб, которая составлена/выполнена с возможностью составления поэлементно из трубных элементов, отличающееся тем, что нижний, в частности, самый нижний трубный элемент (1) колонны (1, 2, 3) обсадных труб имеет, в частности, центральную, открытую вверх выемку (5), предназначенную для подачи сверху металла в твердом агрегатном состоянии, в частности, в виде прутка (7), через лежащие над ним трубные элементы (2, 3), при этом предусмотрена возможность плавления твердого металла в этой выемке (5) за счет подвода энергии, при этом этот трубный элемент (1) имеет каналы (6), которые проходят от выемки (5) наружу и выходят через наружную боковую поверхность трубного элемента (1), так что обеспечивается возможность направления расплавленного металла через каналы (6) во внешнее окружение трубного элемента (1).
15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что оно содержит загрузочный элемент, который выполнен в виде элеватора, в частности, элеватора MagLev, или элемента скольжения, и с помощью которого обеспечивается возможность перемещения и/или монтажа подаваемого материала, в частности, твердого металла и/или материала снабжения и/или трубных элементов в продольном направлении снабженной металлической затяжкой скважины.
16. Устройство по любому из п. 14 или 15, отличающееся тем, что оно содержит три вида трубных элементов (1, 2, 3), которые разделяют образованную из трубных элементов бурильную колонну (1, 2, 3) на горячую часть, вытяжную и/или охлаждаемую часть и на холодную часть, при этом трубный элемент (1) горячей части выполнен в виде графитового полого цилиндра, трубный элемент (2) вытяжной и/или охлаждаемой части выполнен из, в частности, высокопрочной металлической конструкции, при этом этот трубный элемент расположен между горячей и холодной частью и используется для обработки, в частности, расширения и повышения качества металлической затяжки скважины, и трубный элемент (3) холодной части выполнен из, в частности, стойкого к давлению комбинированного материала, в частности, с управляющими и транспортировочными устройствами, и используется для создания давления и/или подачи твердого металла через трубные элементы к нижнему, в частности, расположенному вблизи основания скважины трубному элементу (1), в котором предусмотрена возможность плавления твердого металла.
17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что трубный элемент (3) холодной части является неактивным и имеет свойство скольжения относительно затяжки скважины и/или подаваемого металлического прутка с помощью встроенных угольных распорок в качестве элементов скольжения, которые расположены в наружной и/или внутренней боковой поверхности трубного элемента.
18. Устройство по п.16, отличающееся тем, что трубный элемент (3) холодной части является активным и выполнен, в частности, в виде управляемого элеватора, в частности, магнитного проводника с функцией выдерживания расстояния и удерживания на металлической стенке скважины, и с помощью которого обеспечивается возможность подачи металлического прутка (7) в направлении основания скважины и/или извлечения.
19. Устройство по п.14, отличающееся тем, что по меньшей мере один трубный элемент (3) выполнен в виде элеватора, в частности, элеватора MagLev, и использует металлическую затяжку (9) скважины в качестве реактивного рельса и/или рельса скольжения для вертикальной, в частности, без сопротивления транспортировки.
20. Устройство по п.14, отличающееся тем, что подача тока осуществляется по кабелю, а подача трубопровода охлаждающей воды, в частности, в системе сматываемых шлангов, осуществляется с помощью электромагнитной самодвижущейся шаговой системы, которая удерживается за счет магнитного притяжения на стенке скважины и/или интегрирована в бурильную колонну, если бурильная колонна проходит по всей длине скважины.
21. Устройство по п.16, отличающееся тем, что по меньшей мере один трубный элемент (2) вытяжной части выполнен на своей наружной стороне с расширяющейся вверх конической формой, и с его помощью обеспечивается возможность, в частности, под давлением расположенных над ним трубных элементов, уплотнения и/или расширения и/или сглаживания уже твердой, но еще раскаленной докрасна, способной к ковке литой металлической затяжки (9), в частности, так что она в охлажденном состоянии создает достаточное место для воздушного зазора элеватора MagLev.
22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что трубный элемент (2) вытяжной части состоит по меньшей мере из одного, в частности, высокопрочного металлического сплава и имеет усилительный слой, в частности, из циркона.
23. Устройство по п.14, отличающееся тем, что длина всех расположенных в ряд трубных элементов (1, 2, 3) бурильной колонны меньше расстояния между забоем скважины и поверхностью и, в частности, выбрана так, что достигается вес трубных элементов (1, 2, 3), который необходим для выдавливания создаваемого скального расплава в окружение (14) скважины, а также уплотнения литой металлической затяжки (9) до требуемой степени и/или ее расширения, и/или снабжения ее сглаженной, в частности, зеркально гладкой поверхностью.
24. Устройство по п.16, отличающееся тем, что подаваемый металлический пруток (7) для создания металлической затяжки (9) скважины размещается с точной посадкой в полом цилиндрическом пространстве по меньшей мере одного из трубных элементов (1) горячей части, в частности, элемента из графита, и в зоне (5) плавления перед или в трубном элементе (1) с каналами (6) обеспечивается возможность его плавления, в частности, электрически или с помощью лазерного излучения, при этом центральное отверстие (5) этого трубного элемента (1) расширяется вниз в форме конуса, в частности, в той степени, которая требуется при расширении материала за счет увеличения температуры, так что вес металлического прутка (7) обеспечивает создание необходимого давления сжатия в расплаве.
25. Устройство по п.14, отличающееся тем, что подача энергии плавления с помощью лазерного луча (15) происходит через внутреннее пространство полого, предусмотренного для подачи металла металлического трубчатого прутка (7), который проходит в зону (5) плавления трубного элемента (1) с каналами (6) и далее до основания скважины.
26. Устройство по п.14, отличающееся тем, что имеющий каналы (6) трубный элемент (1), в частности, графитовый трубный элемент, в варианте выполнения для плавления с помощью воздействия тока, закрыт снизу, а в варианте выполнения для плавления с помощью лазерного луча (15) имеет внизу проходное отверстие (13) для лазерного луча (15).
27. Устройство по п.14, отличающееся тем, что самый нижний трубный элемент (1), в частности, имеющий каналы (6) трубный элемент (1), содержит по меньшей мере один электрод (4), предпочтительно три электрода (4), которые проходят, в частности, в осевом направлении в трубном элементе (1) и расположены с равномерным угловым расстоянием друг от друга, и которые заканчиваются в нижней поверхности трубного элемента (1), которая обращена к забою скважины, и с помощью которых обеспечивается возможность прохождения тока в расплаве.
28. Устройство по п.26, отличающееся тем, что лазерный луч (15) проходит со своей большой энергией до скальной породы забоя скважины, и тем самым с помощью давления излучения лазера одновременно обеспечивается возможность создания необходимого давления сжатия в расплаве.
29. Устройство по п.16, отличающееся тем, что в трубные элементы вытяжной части встроены магнитогидродинамические клапаны или обратные клапаны, с целью предотвращения выстреливания вверх расплава в металлический трубчатый пруток, когда лазерный луч прерывается или его излучение прекращается.
30. Устройство по п.14, отличающееся тем, что самый нижний трубный элемент (1), в частности, который образует собственно бурильную головку, выполнен с сужением вверх, в частности, с коническим сужением.