Наконечник для водяного термобура
WATER THERMAL DRILL TIP

Изобретение относится к устройствам для теплового бурения скважин во льду и может быть использовано для исследования ледников и нагромождений морского льда -торосов и стамух. Способ определения структуры торосов и стамух, свойств льда и границы льда и грунта путем теплового бурения скважин описан в [4]. При бурении скважин в торосах и стамухах на компьютер записываются скорость бурения, подводимая мощность, температура и давление талой воды на забое.
Известно керновое и бескерновое бурение электротермобурами, разработанными в Арктическом и Антарктическом НИИ [1, 2], которые используются для исследования ледников и морского льда с 1970 г.Достоинством электротермобуров являются сравнительно небольшой вес, возможность бурения скважин на всю глубину торосов, возможность определения величины и расположения пустот во льду с высокой точностью. Недостатком является низкая скорость бурения льда.
Известно устройство для водяного бурения скважин во льду [3], представляющее собой теплоизолированную трубу, через которую с помощью насоса по резиновым шлангам подается горячая вода на забой. Вода растапливает лед, и труба под действием своей тяжести опускается. По мере углубления в лед труба, имеющая резьбовое соединение, наращивается. Недостатком устройства является большой расход воды и невысокая производительность, т.к. за счет свободного вытекания горячей воды образуется широкая скважина.
Известно устройство для водяного бурения скважин во льду [5]. Недостатком устройства является недостаточно высокая производительность.
Наиболее близким, принятым прототипом, является устройство для теплового бурения льда струей горячей воды [6], в котором горячая вода выпускается из конусообразного наконечника на конце бура. Такой наконечник значительно вытянут (до 30 см в длину). Струя выпускаемой из наконечника горячей воды образует забой во льду, а дальнейшее расширение скважины происходит за счет расплавления льда боковой поверхностью наконечника. Достоинство такого наконечника для водяного термобура заключается в высокой скорости бурения. Недостатком является то, что при использовании его для исследования внутреннего строения крупных ледяных образований, когда наличие или отсутствие пустот определяется по скорости погружения бура, невозможно зафиксировать пустоты, размер которых по вертикали менее 15-20 см, из-за большой длины наконечника термобура, на котором происходит зависание снаряда при выходе носка бура в пустоту. Плавление стенок скважины продолжается горячей конической частью наконечника термобура, и движение термобура остается равномерным до последующего провала в пустоту, если ее вертикальный размер больше длины наконечника. Во время плавления льда боковой частью наконечника термобура струя воды из центрального отверстия продолжает бить вперед и разрушает нижележащие блоки льда, искажая тем самым реальную картину конфигурации ледяных блоков в теле торосистого образования. При малых размерах пустоты провала термобура не происходит, и наличие пустоты не фиксируется.
Цель изобретения - повышение чувствительности при использовании устройства для определения положения границ и размеров пустот в ледяных нагромождениях во время их бурения горячей водой.
Указанная цель достигается следующими действиями:
1. На конце конусообразного наконечника термобура установлен клапан, открывающийся при наличии некоторого усилия, направленного против движения термобура, и перекрывающий поток воды, если давление на него отсутствует. Таким образом, если наконечник термобура упирается в лед, клапан открывается, и происходит бурение. Как только наконечник термобура выходит в полость, клапан перекрывает поток воды, и плавление происходит боковой поверхностью наконечника.
2. В процессе теплового бурения-плавления льда производят запись на компьютер или логгер скорости бурения и расхода воды в зависимости от глубины скважины.
3. При последующей обработке этих данных на компьютере сопоставляется зависимость скорости бурения с зависимостью расхода воды. Нулевой расход воды соответствует выходу наконечника термобура в полость, независимо от того, что скорость бурения за счет зависания термобура на боковых стенках наконечника на записях соответствует движению термобура в плотном льду.
Предлагаемое устройство обеспечивает получение большого объема необходимой объективной информации о внутреннем строении торосистых образований. Экономический эффект от использования предлагаемого способа состоит из экономии времени высококвалифицированных специалистов при полевых работах. Учитывая повышенный интерес к строению торосистых образований в районах добычи углеводородов на шельфах замерзающих морей, настоящее предложение можно считать актуальным.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. А.с. №350945, б.и. №27, оп. 13.11.72 г.
2. А.с. №439601, б.и. №30, оп. 15.08.74 г.
3. Астафьев В.Н., Сурков Г.А., Трусков П.А. Торосы и стамухи Охотского моря. - Санкт-Петербург: Пресс-Погода, 1997. - 208 с.
4. Патент России №2153070 от 20.07.2000. Бюллетень №20.
5. Патент России №2640605 от 22.09.2015. Бюллетень №1.
6. Taylor Ph. L. A Hot Water Drill for Temperate Ice. CRREL Special Report 84-34, 1984. p. 105-117.