устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин

Формула изобретения

Устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин, включающее буровой став с породоразрушающими элементами, размещенную в торце става горелку с магистралями подвода горючего и воздуха, установку пылегазоподавления с встроенной трубой для отвода горячего парогазового потока в окружающую среду, пульт управления, электронагреватели с адсорбером, которые последовательно установлены в магистрали подвода воздуха, при этом адсорбер состоит из двух вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндров разного диаметра для размещения адсорбента, отличающееся тем, что между внутренней стенкой большего цилиндра и внешней стенкой меньшего цилиндра вертикально установлены перфорированные зигзагообразные перегородки, которые образуют чередующиеся в шахматном порядке конфузоры и диффузоры, при этом конфузоры и диффузоры заполнены адсорбентом, а на входе и выходе из адсорбера установлены верхние и нижние решетки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, к бурению скважин.

Известно устройство для совмещенного механического бурения и термического расширения скважин (см. авт. св. 1268710, М кл. Е 21 В 7/14, бюл. 41, 1986), содержащее буровой став с породоразрушающими элементами, размещенную в торце става горелку с магистралями подвода горючего и воздуха, установку пылегазоподавания со встроенной трубой для отвода горячего парогазового потока в окружающую среду, пульт управления, электронагреватели с адсорбером, которые последовательно установлены в магистрали подвода воздуха.

Недостатком данного устройства является высокая энергоемкость процесса бурения, обусловленная необходимостью затрат электрической энергии на регенерацию адсорбента.

Известно устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин (см. патент РФ 2115793, МПК Е 21 В 7/14, Е 21 С 37/16, 1998, бюл. 20), включающее буровой став с породоразрушающими элементами, размещенную в торце става горелку с магистралями подвода горючего и воздуха, установку пылегазоподавления с встроенной трубой для отвода горячего парогазового потока в окружающую среду, пульт управления, электронагреватели с адсорбером, которые последовательно установлены в магистрали подвода воздуха, при этом адсорбер состоит из двух вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндров разного диаметра для размещения адсорбента.

Недостатком является снижение скорости термомеханического расширения скважин в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации из-за снижения качества осушенного воздуха, обусловленного неравномерностью распределения его по площади поперечного сечения адсорбера, а так как порозность слоя адсорбента выше у стенок цилиндров, чем в центральной части между ними, то здесь проходит и большее количество осушаемого воздуха, т.к. адсорбент у стенок цилиндров быстрее насыщается влагой, чем в центре, что и приводит к ухудшению качества осушки.

Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение заданной скорости термического расширения скважин путем поддержания нормированного качества осушки воздуха, являющегося окислителем в горелке при изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации.

Технический результат по достижению постоянства скорости термического расширения скважин в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации обеспечивается тем, что процесс подготовки воздушного окислителя для горелки, т. е. осушка атмосферного воздуха осуществляется в адсорбере, состоящем из двух вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндров разного диаметра для размещения адсорбента, при этом между внутренней стенкой большего цилиндра и внешней стенкой меньшего цилиндра вертикально установлены перфорированные зигзагообразные перегородки, которые образуют чередующиеся в шахматном порядке конфузоры и диффузоры, которые заполнены адсорбентом.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг.2 - узел I на фиг.1 (адсорбер).

Устройство для совмещенного механического бурения и термического расширения скважин содержит горелку с породоразрушающими элементами 1, магистраль 2 для подвода воздушного окислителя (воздуха), магистраль 3 для подвода горючего, установку пылегазоподавления 4, трубу 5 для отвода горячего парогазового потока, пульт управления 6, электронагреватели 7, адсорбер 8, представляющий собой два вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндра разного диаметра, для размещения адсорбента. При этом между внутренней стенкой 9 большего цилиндра и внешней стенкой меньшего цилиндра 10 размещены перфорированные зигзагообразные перегородки 11, которые образуют чередующиеся в шахматном порядке конфузоры 12 и диффузоры 13, заполненные адсорбентом. Внутренняя поверхность меньшего цилиндра 10 плотно посажена на внешнюю поверхность трубы 5 для отвода горячего парогазового потока в атмосферу. На входе и выходе в адсорбер установлены верхние 14 и нижние 15 решетки.

При включении переключателя на пульте 6 управления процессом термического расширения скважин воздушный окислитель (воздух) от компрессора (не показан) по магистрали 2 подвода воздушного окислителя через выключенный электронагреватель 7 поступает к адсорберу 8.

Равномерная эпюра скоростей осушаемого воздушного потока в поперечном сечении адсорбера 8 на входе в него поддерживается за счет "живого" сечения верхней решетки 14, что особенно важно для периферийной зоны адсорбера 8, где порозность слоя адсорбента выше, чем в его центральной части. Одновременно повышение расхода осушаемого воздуха через центральную часть адсорбера 8 приводит к эжектированию воздуха из пристенной зоны, вследствие чего эффективность процесса осушки повышается как за счет равномерного насыщения слоя адсорбента по сечению адсорбера 8, так и за счет повышения степени очистки воздуха.

Осушаемый воздух с оптимальной эпюрой скоростей после входной верхней решетки 14, обеспечивающей рациональный контакт с адсорбентом по поперечному сечению адсорбера 8, проходит последовательно участки конфузоров 12 и диффузоров 13, где непрерывно меняет свою скорость. Это приводит к турбулизации потока, повышению массообмена и перераспределению давления воздуха, т.е. наблюдается выравнивание аэродинамического сопротивления адсорбера 8, в результате обеспечивается равномерное омывание осушаемым воздухом всего объема адсорбента. Осушенный воздух через нижнюю решетку 15, поддерживающую равномерность эпюры скоростей и предотвращающую захват зерен адсорбента проходящим через адсорбер 8 потоком, поступает в горелку 1 с породоразрушающими элементами, куда одновременно подается горючее по магистралям 3.

В результате происходит сгорание горючего и выделенная теплота расходуется на термическое разрушение горных пород без затрат на превращение влаги окислителя в перегретый пар, соответствующий температуре газовой струи. Следовательно, обеспечивается поддержание нормированной скорости термомеханического расширения скважин вне зависимости от погодно-климатических условий получения сжатого воздуха (окислителя) заданного качества.

При включении переключателя на пульте 6 управления в режим продувки скважины смесь парогазового потока с выбуренной массой твердых частиц из скважины поступает в установку 4 пылегазоподавления, где отделяется от твердых частиц, а очищенный горячий парогазовый поток по трубе 5 выбрасывается в атмосферу. При движении парогазового потока по трубе 5, его теплота через внутреннюю поверхность меньшего цилиндра путем теплопроводности передается прилегающим к стенке цилиндра зерном адсорбента. А далее теплота парогазового потока теплопроводностью и конвекцией через отверстия перфорированных зигзагообразных перегородок 11 передается адсорбенту в конфузорах 12 и диффузорах 13, т.е. распространяется по всему объему адсорбера 8, нагревая зерна адсорбента до температуры регенерации.

Одновременно сжатый воздух от компрессора (не показан) через выключенные электронагреватели 7, находящиеся в магистрали 2 для подвода воздуха, направляется на зерна адсорбента, находящиеся в конфузорах 12 и диффузорах 13 адсорбера 8. В результате осуществляется процесс регенерации и воздух, насыщенный влагой десорбции, поступает в горелку 1, увеличивая массу парогазового потока в скважине.

В случае необеспечения режима регенерации зерен адсорбента в адсорбере 8 за счет теплоты парогазового потока, выбрасываемого по трубе 5 в атмосферу, пульт 6 управления подает команду на включение электронагревателей 7, которые дополнительно подогревают регенерирующий воздух, в результате обеспечивается процесс десорбции в заданном режиме при минимальных затратах электрической энергии.

Преимуществом данного изобретения является то, что осуществляется поддержание нормированной скорости термического расширения скважин, путем обеспечения качества воздушного окислителя за счет эффективной и мало энергоемкой осушки сжатого воздуха в адсорбере. Это достигается особенностью конструктивного исполнения адсорбера, заключающегося в установке в нем вертикально расположенных перфорированных зигзагообразных перегородок, образующих чередующиеся в шахматном порядке конфузоры и диффузоры, а также размещением на входе в адсорбер верхней решетки и на выходе - нижней решетки, обеспечивающих равномерную эпюру скоростей осушаемого воздуха в поперечном сечении адсорбера и повышающих массообмен за счет перераспределения давления воздуха при преодолении аэродинамического сопротивления конфузоров и диффузоров.