RU2681135C1 - Device for thermal-mechanical drilling of wells - Google Patents
Device for thermal-mechanical drilling of wells Download PDFInfo
- Publication number
- RU2681135C1 RU2681135C1 RU2018105714A RU2018105714A RU2681135C1 RU 2681135 C1 RU2681135 C1 RU 2681135C1 RU 2018105714 A RU2018105714 A RU 2018105714A RU 2018105714 A RU2018105714 A RU 2018105714A RU 2681135 C1 RU2681135 C1 RU 2681135C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compressor
- filter
- nozzle
- line
- drilling
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 239000003570 air Substances 0.000 claims abstract description 43
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 7
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 11
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 26
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 23
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 6
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 3
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 3
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 3
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 3
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000035508 accumulation Effects 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 2
- 241000566515 Nedra Species 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
- E21B7/14—Drilling by use of heat, e.g. flame drilling
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для бурения и расширения скважин в крепких породах.The invention relates to the mining industry, in particular to devices for drilling and expansion of wells in hard rocks.
Известно устройство для термомеханического бурения скважин (см. патент РФ №2190077 МПК E21B 7/14, E21C 37/6. Опубликовано 27.09.2002), включающее устройство для термомеханического бурения скважин, включающее буровой орган в виде бурового става, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка с магистралями подачи топлива, воды, воздуха, последняя через теплообменник и адсорбер сообщена с нагнетательным патрубком компрессора, и компрессор с расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром, состоящим из корпуса с днищем конической формы, конденсатоотводчика-поплавка и отражателя, разделяющего внутреннюю полость корпуса на камеры, сообщающиеся соответственно с всасывающим патрубком компрессора и суживающимся соплом, на внутренней поверхности которого выполнены винтообразные канавки, продольно расположенные от входного к выходному отверстию, заканчивающемуся кольцевой канавкой с диаметрально противоположно расположенными отверстиями заполненными пластичным материалом с осесимметричными отверстиями, изменяющими свое сечение под действием избыточного давления потока всасываемого воздуха, винтообразные канавки на внутренней поверхности сопла в поперечном сечении имеют вид ласточкина хвоста, при этом фильтр выполнен в виде резонатора, а отражатель выполнен в виде биметаллического материала.A device for thermomechanical drilling of wells is known (see RF patent No. 2190077 IPC E21B 7/14, E21C 37/6. Published on September 27, 2002), including a device for thermomechanical drilling of wells, including a drilling body in the form of a drill stand, at the end of which rock cutting elements and a flame jet burner with fuel, water, air supply lines, the latter through the heat exchanger and adsorber in communication with the compressor discharge pipe, and the compressor with a filter located at the inlet of its intake pipe, consisting of a housing the bottom of a conical shape, a steam trap-float and a reflector separating the internal cavity of the housing into chambers communicating respectively with the compressor suction pipe and a tapering nozzle, on the inner surface of which there are helical grooves located longitudinally from the inlet to the outlet ending in an annular groove with diametrically opposite opposed holes filled with plastic material with axisymmetric holes that change their cross section under the action of m excessive intake air flow pressure, the helical grooves on the inner surface of the nozzle have a cross-sectional view of a dovetail, wherein the filter is formed as a resonator and the reflector is configured as a bimetallic material.
Недостатком данного устройства является энергоемкость процесса бурения и продувки скважин, особенно в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации, обусловленная необходимостью сверхнормативного производства сжатого воздуха из-за поступления в компрессор всасываемого воздуха, загрязненного твердыми частицами пыли и каплеобразованной влаги, что приводит к необходимости последующей дополнительной продувки пневмосистемы. При этом закручивание воздуха во всасывающем патрубке фильтра компрессора сопутствует наличию температурного перехода, воздействующего на отражательную перегородку фильтра, и приводит к возникновению местного колебания и, соответственно, невозможности образования и поддержания во время эксплуатации эффективного резонансного наддува компрессора, когда воздействие переменной массы загрязнений, находящихся во всасываемом воздухе, и его температурных перепадов на отражательную перегородку приводит к возникновению местного ее колебания в виде волнообразных изгибов, как в поперечном, так и в продольном направлении, что в конечном итоге выводит систему всасывания атмосферного воздуха из резонансного состояния.The disadvantage of this device is the energy consumption of the process of drilling and purging wells, especially in changing weather and climatic conditions of operation, due to the need for excessive production of compressed air due to intake of compressor air contaminated with particulate dust and droplet moisture, which leads to the need for subsequent additional purging pneumatic systems. In this case, air swirling in the suction port of the compressor filter accompanies the presence of a temperature transition acting on the reflective baffle of the filter, and leads to local oscillations and, consequently, the formation and maintenance of an effective resonant compressor boost during operation, when the impact of a variable mass of contaminants in the intake air, and its temperature differences on the reflective partition, leads to its local fluctuations Nia as undulations, both in transverse and in longitudinal direction, which ultimately brings air intake system of the resonance state.
Известно устройство для термомеханического бурения скважин (см. патент РФ №2577559, опубл. 27.0.2016), включающее буровой орган в виде бурового става, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка с магистралями подачи топлива, воды, воздуха, последняя через теплообменник и адсорбер сообщена с нагнетательном патрубком компрессора, и компрессор с расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром, состоящим из корпуса с днищем конической формы, конденсатоотводчика-поплавка и отражателя, разделяющего внутреннюю полость корпуса на камеры, сообщающиеся соответственна с всасывающимся патрубком компрессора и суживающимся соплом, на внутренней поверхности которого выполнены винтообразные канавки, в своем поперечном сечении имеющие вид "ласточкин хвост" и продольно расположенные от входного к выходному отверстию, заканчивающемуся кольцевой канавкой с заполненными эластичным материалом с осесимметричными отверстиями, при этом фильтр выполнен в виде резонатора, а отражатель выполнен в виде биметаллического материала, кроме того магистраль подачи воды соединена с баком, корпус которого установлен вертикально и на наружную поверхность бака нанесен тонковолокнистый базальтовый материал, продольно расположенный в виде пучков по его высоте.A device for thermomechanical drilling of wells is known (see RF patent No. 2577559, publ. 27.0.2016), including a drilling body in the form of a drill stand, at the end of which rock-cutting elements and a fire-jet burner with fuel, water, air supply lines are installed, the latter through a heat exchanger and the adsorber is in communication with the discharge pipe of the compressor, and the compressor with a filter located at the inlet of its suction pipe, consisting of a housing with a conical bottom, a steam trap and a reflector separating the cavity of the housing into chambers communicating respectively with the suction pipe of the compressor and the tapering nozzle, on the inner surface of which there are helical grooves, in their cross section having the shape of a “dovetail” and longitudinally located from the inlet to the outlet ending in an annular groove filled with elastic material with axisymmetric holes, the filter is made in the form of a resonator, and the reflector is made in the form of a bimetallic material, in addition to the master s water supply is connected to the tank body of which is mounted vertically on the outer surface of the tank is applied basalt fine fiber material in the form of longitudinally extending beams along its height.
Недостатком является энергоемкость, возрастающая при длительной эксплуатации из-за забивания полостей в виде "ласточкина хвоста" винтообразных канавок, следствии медленно перемещающихся под действием центробежных сил закрученного потока мелкодисперсных, твердых и каплеобразных частиц, имеющих высокую концентрацию во всасываемом атмосферном воздухе. Это обусловлено спецификой термомеханического бурения скважин, загрязняющих пылегазовыми выбросами окружающую среду и приводящих к увеличению аэродинамического. сопротивления суживающегося сопла фильтра компрессора.The disadvantage is the energy intensity, which increases during long-term operation due to clogging of dovetail cavities in the form of helical grooves, due to the slowly moving centrifugal forces of a swirling stream of fine, solid and droplet-like particles having a high concentration in the intake air. This is due to the specifics of thermomechanical drilling of wells that pollute dust and gas emissions and lead to an increase in aerodynamic. resistance of the tapering nozzle of the compressor filter.
Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание нормированных энергозатрат при термомеханическом бурении скважин в течение длительной эксплуатации, путем обеспечения постоянства аэродинамического сопротивления суживающегося сопла фильтра компрессора, за счет устранения забивания полостей в виде ласточкиного хвоста винтообразных канавок при выполнении их кривизны по линии циклоида как брахистохрона, при этом начальная точка линии циклоида расположена у входного отверстия, а ниже лежащая точка расположена у выходного отверстия суживающегося сопла.The technical task of the invention is to maintain normalized energy consumption during thermomechanical drilling of wells during long-term operation, by ensuring the aerodynamic resistance of the narrowing nozzle of the compressor filter, by eliminating the clogging of cavities in the form of a dovetail of helical grooves while performing their curvature along the line of the cycloid like a brachistochron, while the starting point of the line of the cycloid is located at the inlet, and below the lying point is located at a tapered nozzle hole.
Технический, результат достигается тем, что устройство термомеханического бурения, скважин включает буровой орган в виде бурового става, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка с магистралями подачи топлива, воды, воздуха, последняя через теплообменник и адсорбер сообщена с нагнетательным патрубком компрессора, и компрессор с расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром, состоящим из корпуса с днищем конической формы, конденсатоотводчика-поплавка и отражателя, разделяющего внутреннюю полость корпуса на камеры, сообщающиеся соответственно с всасывающимся патрубком компрессора и суживающимся соплом, на внутренней поверхности которого выполнены винтообразные канавки, в своем поперечном сечении имеющие вид "ласточкин хвост" и продольно расположенные от входного к выходному отверстию, заканчивающемуся кольцевой канавкой с заполненными эластичным материалом с осесимметричными отверстиями, при этом фильтр выполнен в виде резонатора, а отражатель выполнен в виде биметаллического материала, кроме того магистраль подачи воды соединена с баком, корпус которого установлен вертикально и на наружную поверхность бака нанесен тонковолокнистый базальтовый материал, продольно расположенный в виде пучков по его высоте, при этом кривизна винтообразных канавок, расположенных на внутренней поверхности суживающегося сопла фильтра, выполнена по линии циклоида как брахистохрона, причем начальная точка линии циклоида, как брахистохрона расположена у входного отверстия, а ниже лежащая точка расположена у выходного отверстия суживающегося сопла.The technical result is achieved by the fact that the device for thermomechanical drilling of wells includes a drilling body in the form of a drill stand, at the end of which rock-cutting elements and a fire-jet burner with fuel, water, air supply lines are installed, the latter being connected to the compressor discharge pipe through a heat exchanger and adsorber, and compressor with a filter located at the inlet of its suction pipe, consisting of a housing with a conical bottom, a steam trap and a reflector separating the inside the lower cavity of the housing to the chambers, respectively communicating with the suction pipe of the compressor and the tapering nozzle, on the inner surface of which there are screw-shaped grooves, in their cross section looking like a dovetail and longitudinally located from the inlet to the outlet ending in an annular groove filled with elastic material with axisymmetric holes, the filter is made in the form of a resonator, and the reflector is made in the form of a bimetallic material, in addition, the line the water supply is connected to the tank, the case of which is mounted vertically and on the outer surface of the tank is applied a thin-fiber basalt material longitudinally arranged in the form of beams along its height, while the curvature of the helical grooves located on the inner surface of the narrowing filter nozzle is made along the line of the cycloid as a brachistochron, moreover, the starting point of the line of the cycloid, like a brachistochron, is located at the inlet, and below it lies at the outlet of the tapering nozzle.
На фиг. 1 изображено устройство для термомеханического бурения скважин (общий вид), на фиг. 2 - разрез воздушного фильтра компрессора, на фиг. 3 - сечение по А-А (разрез по кольцевой канавке суживающегося сопла), на фиг. 4 - поперечное сечение в виде "ласточкина хвоста" винтообразной канавки, на фиг. 5 - винтообразная канавка, кривизна которой выполнена по линии циклоида как брахистохрона.In FIG. 1 shows a device for thermomechanical drilling of wells (general view), FIG. 2 is a sectional view of the compressor air filter; FIG. 3 is a section along AA (section along the annular groove of the tapering nozzle), in FIG. 4 is a dovetail cross-section of a helical groove; FIG. 5 - helical groove, the curvature of which is made along the line of the cycloid as a brachistochron.
Устройство включает буровой орган в виде бурового става 1, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка 2, к которой присоединены: магистраль 3 подачи воды, магистраль 4 подачи топлива. Магистраль 5 подачи воздуха через теплообменник 6, находящийся в баке 7, и адсорбер 8, по нагнетательному патрубку 9 от компрессора 10, связанного посредством всасывающего патрубка 11 с фильтром 12, размещенным на компрессоре 10, состоящим из корпуса с днищем конической формы 13 и суживающимся соплом 14, отражателя 15, выполненного из биметаллического материала и подвижно укрепленного посредством шарнира 16 к корпусу фильтра 12, конденсатоотводчика-поплавка 17, соединенного посредством тяги 18 и рычага 19 с отражателем 15, внутренних камер 20 и 21, сообщающихся соответственно со всасывающим патрубком 11 и суживающимся соплом 14, на внутренней поверхности которого выполнены продольные от входного 22 к выходному 23 отверстиям винтообразные канавки 24, в поперечном сечении выполненные в виде "ласточкина хвоста" и заканчивающиеся кольцевой канавкой 25, в которой расположены отверстия 26, заполненные эластичным материалом 27 с осесимметричными отверстиями 28. Магистраль 3 подачи воды соединена с баком 7, корпус 29 которого установлен вертикально, и на наружной поверхности 30 корпуса 29 бака 7 нанесен тонковолокнистый базальтовый материал 31, продольно расположенный в виде пучков 32 по его высоте.The device includes a drilling body in the form of a drill stand 1, at the end of which rock-cutting elements and a fire-
Кривизна винтообразных канавок 24, расположенных на внутренней поверхности суживающегося сопла 14 фильтра 12, выполнена по линии 33 циклоида как брахистохрона. Начальная точка (А) линии 33 циклоида как брахистохрона расположена у входного 22, а ниже лежащая точка (В) линии 33, расположена у выходного 23 отверстия суживающегося сопла 14.The curvature of the
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Специфика эксплуатации устройства для термомеханического бурения скважин заключается в том, что воздушная среда при производстве скважин интенсивно насыщается твердыми частицами технологических загрязнений, как в процессе бурения, так и последующей продувки скважин с высокой температурой транспортирующей парообразной массой. В результате этого, во всасывающий фильтр компрессора поступает смесь атмосферного воздуха с мелкодисперсными твердыми частицами и каплеобразной, а так же парообразной влагой. Мелкодисперсные твердые частицы технологических загрязнений процесса термомеханического бурения, и атмосферная пыль с каплеобразной влагой перемещаются по винтообразным канавкам 24 суживающегося сопла 14 фильтра 12 в процессе работы компрессора 10, коагулируют, укрупняются в полостях в виде "ласточкин хвост". В связи с тем, что перемещение загрязнений в винтообразных канавках 24 происходит под действием лишь центробежных сил закрученного потока, т.е. без ускорения силы тяжести, то при длительной эксплуатации наблюдается забивания с последующим закупориванием полостей в виде "ласточкин хвост". Это приводит не только снижению степени закрутки потока, т.к. внутренняя поверхность сужающегося сопла 12 становится практически "гладкой" т.е. без винтообразных направляющих для поступающего атмосферного всасываемого воздуха, но и способствует возрастанию аэродинамического сопротивления воздушного фильтра 12 из-за выпадающих из полостей в виде "ласточкин хвост" частиц загрязнений во внутреннем объеме. Как известно, это приводит к возрастанию мощности привода компрессора 10 на 20-25% (см., например, Кургавин В.М., Мезенцев А.П. Экономия тепловой и электрической энергии в поршневых компрессорах. - Л.: 1985 - 80 с), что способствует увеличению энергозатрат на процесс термомеханического бурения скважин.The specifics of the operation of the device for thermomechanical drilling of wells is that the air during the production of wells is intensively saturated with solid particles of technological contaminants, both during drilling and subsequent purging of wells with a high temperature transporting vaporous mass. As a result of this, a mixture of atmospheric air with fine particulate matter and droplet-like, as well as vaporous moisture enters the compressor suction filter. Fine particulate particles of technological contaminants of the thermomechanical drilling process, and atmospheric dust with droplet-like moisture move along the
При выполнении винтообразных канавок 24, расположенных на внутренней поверхности суживающегося сопла 14 фильтра 12 с кривизной по линии циклоида как брахистохрона, твердые и каплеобразные частицы загрязнений перемещаются не только под действием центробежных сил закругленного потока но и со скорейшим спуском из начальной точки А входного 22 к ниже лежащей точке В у выходного 23 отверстия относительно центра кривизны (точка К) линии циклоида как брахистохрона (см., например, Некоторые замечательные кривые, стр. 802. М.Я. Выгодский Справочник по высшей математике. М.: Недра. 1965-872 с., ил.). В результате твердые частицы перемещаются от входного отверстия 22 (точка А) с ускорением в полостях в виде ласточкина хвоста, ударяется об укрупненные, за счет увлажнения твердые частицы, скапливающиеся перед выходным отверстием 23 (точка В) суживающегося сопла 14 и под действием энергии удара (см. например, Седов А.И. Механика сплошных сред. М.: Наука. 1990 - 303 с.; ил.), разрушаются образующиеся накопления. Все это способствует устранению закупоривания полостей в виде ласточкина хвоста винтообразных каналов 24 и как следствие устраняется возрастание аэродинамического сопротивления. Кроме того суммарная тепловая энергия удара и тепловая энергия скольжения способствует повышению температуры атмосферного воздуха перед выходным отверстием 23 на величину превышающего теплоту конденсации парообразной влаги, возникающей в соответствии с эффектом Джоуля-Томпсона, при внезапном расширении потока, выходящего из суживающегося сопла 14 (см., например, Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа. 1980-469 с., ил.). Следовательно, не наблюдается дополнительного увлажнения твердых частиц с их последующим укрупнением, предотвращается образование закупоривания полостей в виде "ласточкин хвост" с последующим возрастанием аэродинамического сопротивления фильтра 12 и, как следствие, устраняются дополнительные энергозатраты на привод компрессора 10 и, соответственно, в целом на термомеханическое бурение скважин.When making
Наличие отрицательных температур наружного воздуха замерзания воды создает условия замерзания воды в баке 7, что препятствует поступлению ее в магистрали 3 подачи воды в буровой столб и далее к огнеструйной горелке 2, что усложняет удаление выбуренной массы из скважины: вплоть до забивания искомом, и соответственно создание аварийной Ситуации. Использование теплообменника 6 с источником энергии в виде теплоты сжатого в компрессоре 10 воздуха с расходом, необходимым для осуществления термомеханического бурения скважины, и количеством воды, находящимся в баке 7 при тепловых потерях через наружную поверхность 30 корпуса 29, недостаточно из-за существенной разности теплоемкостей воздуха (Ср=1,01кДж/кг°С) и воды (Ср=4,19 кДж/кг°С).The presence of negative outside temperatures of freezing water creates conditions for freezing water in the
Поэтому в теплообменнике 6 наряду с теплотой сжатого воздуха применяют нагреватели, преимущественно электронагреватели, с дополнительным потреблением энергии, что увеличивает энергоемкость термомеханического бурения скважин. Снижение непроизводственных энергозатрат, обусловленных потерями теплоты остывающей воды 7, обеспечивается покрытием наружной поверхности 30 тонковолокнистым базальтовым материалом 31, продольно расположенным по высоте корпуса 29 в виде пучков 32. По мере прохождения сжатого воздуха с температурой свыше 100°С по теплообменнику 6 вода, находящаяся в баке 7, нагревается в конвективном теплообменнике конвекцией в нагревательном слое с внутренней поверхностью корпуса 30 и теплопроводностью по его толщине и передает тепловую энергию от наружной поверхности 30 к тонковолокнистому базальтовому материалу 31. Выполнение тонковолокнистого базальтового материала 31 в виде пучков 32 приводит не только к устранению потери теплоты к воздуху окружающей среды от наружной поверхности вследствие теплозащитных свойств, но и к аккумулированию тепловой энергии, а предлагаемое продольное расположений пучков 32 по высоте корпуса 29 на наружной поверхности 30, способствует образованию перемещающегося снизу вверх температурного поля, и соответственно, процессу выравнивания температуры по объему воды в баке 7, который происходит существенно интенсивнее, чем отвод теплоты с наружной поверхности 30.Therefore, in the
В результате для устранения процесса замерзания воды в баке 7 при отрицательных температурах окружающей среды достаточно теплоты сжатого воздуха и/или значительно меньше количество энергии для дополнительного нагревателя, что в целом снижает энергоемкость устройства для термомеханического бурения скважин.As a result, to eliminate the process of freezing water in the
При термодинамическом разрушении горных пород и в процессе удаления выбуренной массы наблюдается интенсивное загрязнение атмосферного воздуха технологическими загрязнениями в виде твердых частиц и каплеобразной влаги. В результате даже при усовершенствованной очистке от мелкодисперсных загрязнений над установкой пылепарогазоподавления на выходе из вытяжных труб постоянно находится значительная масса парогазовой смеси, насыщенная твердыми частицами, которая в процессе работы компрессора 10 при производстве сжатого воздуха смещается в сторону всасывающего фильтра 12. Суживающееся сопло 14, работая по принципу воронки для полусферы окружающего атмосферного воздуха с парогазовой смесью, насыщенной твердыми частицами, всасывает данную массу. В результате уменьшения проходного сечения суживающегося сопла 14 и возрастания скорости всасываемого потока загрязнения оттесняются к стенке и попадают в продольные, начинающиеся от входного отверстия 22, винтообразные канавки 24, выполненные в поперечном сечении в виде "ласточкина хвоста", где сталкиваются с другими частицами (твердыми и каплеобразными), укрупняются и становятся "ядрами конденсации " водяного пара.During the thermodynamic destruction of rocks and in the process of removing the cuttings, intense atmospheric air pollution with technological pollution in the form of solid particles and droplet-like moisture is observed. As a result, even with improved cleaning of fine contaminants above the dust and gas suppression unit, a significant mass of the vapor-gas mixture saturated with solid particles is constantly located at the outlet of the exhaust pipes, which during the operation of the
Необходимость применения винтообразных канавок 24, выполненных в поперечном сечении в виде "ласточкина хвоста", обусловлена тем, что в процессе термомеханического бурения и продувки скважин наблюдаются продольные и поперечные вибрации корпуса бурового става и соответственно элементов пневмосети в диапазоне от 1 до 30 Гц/см. Это приводит к постоянному витанию твердых и каплеобразных частиц в пограничном слое винтообразных канавок 24 с высокой вероятностью последующего, поступления их во внутреннюю камеру 20. Наличие же полости в виде "ласточкина хвоста" практически устраняет возможность выпадения твердых и каплеобразных частиц из винтообразных канавок 24 дополнительного нагревателя, что в целом снижает энергоемкость устройства для термомеханического бурения скважин.The need for the use of
При термодинамическом разрушении горных пород и в процессе удаления выбуренной массы наблюдается интенсивное загрязнение атмосферного воздуха технологическими загрязнениями в виде твердых частиц и каплеобразной влаги. В результате даже при усовершенствованной очистке от мелкодисперсных загрязнений над установкой пылепарогазоподавления на выходе из вытяжных труб постоянно находится значительная масса парогазовой смеси, насыщенная твердыми частицами, которая в процессе работы компрессора 10 при производстве сжатого воздуха смещается в сторону всасывающего фильтра 12. Суживающееся сопло 14, работая по принципу воронки для полусферы окружающего атмосферного воздуха с парогазовой смесью, насыщенной твердыми частицами, всасывает данную массу. В результате уменьшения проходного сечения суживающегося сопла 14 и возрастания скорости всасываемого потока загрязнения оттесняются к стенке и попадают в продольные, начинающиеся от входного отверстия 22, винтообразные канавки 24, выполненные в поперечном сечении в виде "ласточкина хвоста", где сталкиваются с другими частицами (твердыми и каплеобразными), укрупняются и становятся "ядрами конденсации " водяного пара.During the thermodynamic destruction of rocks and in the process of removing the cuttings, intense atmospheric air pollution with technological pollution in the form of solid particles and droplet-like moisture is observed. As a result, even with improved cleaning of fine contaminants above the dust and gas suppression unit, a significant mass of the vapor-gas mixture saturated with solid particles is constantly located at the outlet of the exhaust pipes, which during the operation of the
Необходимость применения винтообразных канавок 24, выполненных в поперечном сечении в виде "ласточкина хвоста", обусловлена тем, что в процессе термомеханического бурения и продувки скважин наблюдаются продольные и поперечные вибрации корпуса бурового става и соответственно элементов пневмосети в диапазоне от 1 до 30 Гц/см. Это приводит к постоянному витанию твердых и каплеобразных частиц в пограничном слое винтообразных канавок 24 с высокой вероятностью последующего поступления их во внутреннюю камеру 20. Наличие же полости в виде "ласточкина хвоста" практически устраняет возможность выпадения твердых и каплеобразных частиц из винтообразных канавок 24 при вибрационном воздействии по мере движения их от входного 22 к выходному 23 отверстиям. В результате вся масса загрязнений направляется к кольцевой канавке 25. Закручивание в винтообразных канавках 24 более плотного пограничного слоя интенсифицирует завихрение всего потока всасываемого воздуха, обеспечивая его термодинамическое расслоение на "горячий" - периферийный с избыточным давлением и "холодный" - осевой с пониженным (относительно давления окружающей среды) давлением.The need for the use of
"Горячий" поток термодинамически расслоенного всасываемого воздуха в суживающемся сопле 14 концентрируется с избыточным давлением в пограничном слое продольных винтообразных канавок 24 и достигает кольцевой канавки 25, в которой расположены отверстия 26, заполненные эластичным материалом 27 с осесимметричными отверстиями 28. Упругость эластичного материала 27 выбрана таким образом, что "лишь под воздействием избыточного давления "горячего" потока термодинамически расслоенного всасываемого воздуха осесимметричные отверстия 28 открываются, соединяя отверстия 26 кольцевой канавки 25 с атмосферой. Тогда основная масса "горячего" потока, направляемая из пограничного слоя винтообразных канавок 24, выполненных в поперечном сечении в виде "ласточкина хвоста", в кольцевую канавку 25 с загрязнениями в виде твердых частиц и каплеобразной влаги выбрасывается через отверстия 26, открытые отверстия 28 (за счет выпуклости эластичного материала 27) в атмосферу, а "холодный" - осевой поток и часть "горячего" не успевшего выброситься в атмосферу потока поступает к выходному отверстию 23 суживающегося сопла 14.The "hot" flow of thermodynamically stratified intake air in the tapering
Полученная смесь "холодного" и частично "горячего" потоков имеет температуру, меньшую чем температура атмосферного всасываемого воздуха. Чем выше плотность термодинамически расслаиваемого воздуха (атмосферный воздух насыщен технологическими загрязнениями и атмосферной каплеобразной влагой) на входе в дозвуковое сопло (суживающееся сопло 14), выполняющее функцию вихревой трубы, тем ниже температура "холодного" потока. Поэтому сброс перед поступлением в компрессор 10 наряду с загрязнениями хотя бы части "горячего" потока обеспечивает увеличение плотности всасываемого воздуха и соответственно массовой производительности, тем самым снижая энергоемкость термомеханического бурения и продувки скважин.The resulting mixture of “cold” and partially “hot” flows has a temperature lower than the temperature of the atmospheric intake air. The higher the density of thermodynamically exfoliating air (atmospheric air is saturated with technological impurities and atmospheric droplet-like moisture) at the inlet of a subsonic nozzle (narrowing nozzle 14), which acts as a vortex tube, the lower the temperature of the “cold” stream. Therefore, discharge before entering into the
На выходе из отверстия 23 суживающегося сопла 14 вращающийся охлажденный всасываемый воздух во внутренней камере 20 внезапно расширяется, дополнительно снижая свою температуру еще на 3-5 градусов и ударяется об отражатель 15. При наличии продольных и поперечных колебаний бурового става, сопутствующих термомеханическому бурению и расширению скважин, а также пульсирующему воздействию вращающегося потока, наблюдается вибрационное перемещение отражателя 15, подвижно укрепленного на шарнире 16. Кроме этого, твердые частицы загрязнений и каплеобразная влага, не попавшие в полости винтообразных канавок 24 и находящиеся во всасываемом воздухе внутренней камеры 20, ударяются об отражатель 15, отклоняя его в сторону внутренней камеры 21, объем которой является резонатором в корпусе фильтра 12. В результате работы устройства для термомеханического бурения скважин и процесса поступления всасываемого воздуха в компрессор 10 создаются резонансные колебания столба всасываемого воздуха внутренней камеры 21 фильтра 12 под действием возбудителей: уровни жидкости с конденсатоотводчиком-поплавком 17 и отражателя 15, взаимосвязанных между собой посредством тяги 18 и рычага 19, обеспечивающих суммарное действие как поперечных, так и продольных вибрационных перемещений.At the exit from the
Поддержание режима резонанса в изменяющихся технологических и погодно-климатических условиях эксплуатации устройства для термомеханического бурения скважин обеспечивается тем, что, например, уменьшение массы твердых и каплеобразных частиц во внутренней камере 20 (по условиям работы заключающихся в отсутствии дождя, снега, воздействия ветра в сторону от фильтра и т.д.) снижает силу удара их об отражатель 15, и, соответственно, его отклонение во внутреннюю камеру 21 уменьшается, в то же время количество выпавших частиц в коническое днище 13 также уменьшается, в результате возрастают вибрации в поперечном направлении конденсатоотводчика-поплавка 17 (чем меньше масса конденсата в днище 13, тем интенсивнее колебания конденсатоотводчика-поплавка 17, и соответственно чем больше масса конденсата в днище 13 фильтра 12, тем с меньшей амплитудой колеблется конденсатоотводчик-поплавок 17), который через тягу 18 и рычаг 19 воздействует на отражатель 15, поддерживая столб всасываемого атмосферного воздуха во внутренней камере 21 в режиме резонанса с воздухом, поступающим в компрессор 10 по всасывающему патрубку 11.Maintaining the resonance mode in the changing technological and weather-climatic conditions of operation of the device for thermomechanical drilling of wells is ensured by the fact that, for example, a decrease in the mass of solid and droplet-like particles in the inner chamber 20 (according to the working conditions in the absence of rain, snow, wind from filter, etc.) reduces the force of their impact on the
При увеличении массы твердых и жидких частиц во внутренней камере 20 по сравнению с отрегулированным значением резонансного явления возрастает сила их удара об отражатель 15 и соответственно его отклонение в направлении внутренней камеры 21 увеличивается, одновременно возрастает количество выпавших твердых частиц в коническом днище 13, конденсатоотводчик-поплавок 17 поднимается и через тягу 18 и рычаг 19 воздействует на отражатель 15, возвращая его в исходное положение (положение, обеспечивающее резонансные колебания столба всасываемого воздуха в компрессоре 10 воздушного фильтра 12). Ввиду того что термодинамически расслоенный на "горячий" и "холодный" вращающийся поток, выходящий из отверстия 23 суживающегося сопла 14, имеет различную температуру, распределяемую в виде концентрических окружностей по его сечению, то и на отражателе 15 при контакте с вращающимся потоком наблюдается распределение температур от более "холодной" в центре к более "горячей" по периферии. В результате различного температурного воздействия по поверхности отражателя 15 образуется волновое колебательное движение, выводящее систему из резонансного состояния. Для устранения данного явления выполняем отражатель 15 из биметаллического материала, наличие которого устраняет вибрационное образование волнообразных колебательных волн. В этом случае отражатель 15 вне зависимости от температурного воздействия работает как элемент, препятствующий образованию волнообразных колебательных волн, нарушающих резонансный наддув, в результате обеспечивается надежность максимального массового поступления всасываемого воздуха в компрессор.With an increase in the mass of solid and liquid particles in the
Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что поддержание нормированных энергозатрат при длительной эксплуатации устройства для термомеханического бурения скважин достигается выполнением кривизны винтообразных канавок по линии циклоида как брахистохрона на внутренней поверхности суживающегося сопла фильтра компрессора, причем начальная точка линии циклоида как брахистохрона размещена у входного отверстия, а ниже лежащая ее точка размещена у выходного отверстия суживающегося сопла из-за закупоривания полостей в виде ласточкина хвоста. Это устраняет возрастание аэродинамического сопротивления воздушного фильтра компрессора счет обеспечения скорейшего спуска загрязнений атмосферного всасываемого воздуха в полостях в виде ласточкина хвоста, следовательно не требуются дополнительные энергозатраты на привод компрессора, что и обеспечивает энергосберегающее термомеханическое бурение скважин.The originality of the proposed technical solution lies in the fact that the maintenance of normalized energy consumption during the long-term operation of the device for thermomechanical drilling is achieved by curving the helical grooves along the line of the cycloid as a brachistochron on the inner surface of the narrowing nozzle of the compressor filter, and the starting point of the line of the cycloid as a brachistochron is located at the inlet, and below its point is located at the outlet of the tapering nozzle due to clogging cavities in the form of a dovetail. This eliminates the increase in aerodynamic drag of the compressor air filter by ensuring the fastest possible descent of atmospheric intake air pollution in the dovetail cavities, therefore, additional energy consumption for the compressor drive is not required, which ensures energy-saving thermomechanical drilling.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018105714A RU2681135C1 (en) | 2018-04-03 | 2018-04-03 | Device for thermal-mechanical drilling of wells |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018105714A RU2681135C1 (en) | 2018-04-03 | 2018-04-03 | Device for thermal-mechanical drilling of wells |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2681135C1 true RU2681135C1 (en) | 2019-03-04 |
Family
ID=65632664
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018105714A RU2681135C1 (en) | 2018-04-03 | 2018-04-03 | Device for thermal-mechanical drilling of wells |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2681135C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2131014C1 (en) * | 1997-10-07 | 1999-05-27 | Курский государственный технический университет | Device for thermomechanical drilling of holes |
RU2166060C1 (en) * | 1999-10-06 | 2001-04-27 | Курский государственный технический университет | Gear for thermal power drilling |
RU2190077C2 (en) * | 2000-10-17 | 2002-09-27 | Курский государственный технический университет | Gear for flame and mechanical drilling of holes |
RU152853U1 (en) * | 2015-02-16 | 2015-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | THERMAL CAMERA FOR TESTING ELECTRONIC PRODUCTS |
RU156921U1 (en) * | 2015-03-03 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | DUST CATCHING PLANT FOR THERMOCHEMICAL DRILLING MACHINES AND THERMAL EXPANSION OF WELLS |
RU2577559C2 (en) * | 2013-10-29 | 2016-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ) | Device for thermal-mechanical drilling of wells |
-
2018
- 2018-04-03 RU RU2018105714A patent/RU2681135C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2131014C1 (en) * | 1997-10-07 | 1999-05-27 | Курский государственный технический университет | Device for thermomechanical drilling of holes |
RU2166060C1 (en) * | 1999-10-06 | 2001-04-27 | Курский государственный технический университет | Gear for thermal power drilling |
RU2190077C2 (en) * | 2000-10-17 | 2002-09-27 | Курский государственный технический университет | Gear for flame and mechanical drilling of holes |
RU2577559C2 (en) * | 2013-10-29 | 2016-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ) | Device for thermal-mechanical drilling of wells |
RU152853U1 (en) * | 2015-02-16 | 2015-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | THERMAL CAMERA FOR TESTING ELECTRONIC PRODUCTS |
RU156921U1 (en) * | 2015-03-03 | 2015-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | DUST CATCHING PLANT FOR THERMOCHEMICAL DRILLING MACHINES AND THERMAL EXPANSION OF WELLS |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU755360B2 (en) | Method for removing condensables from a natural gas stream, at a wellhead, downstream of the wellhead choke | |
AU750936B2 (en) | Method for removing condensables from a natural gas stream | |
RU2577559C2 (en) | Device for thermal-mechanical drilling of wells | |
RU2681135C1 (en) | Device for thermal-mechanical drilling of wells | |
RU2190077C2 (en) | Gear for flame and mechanical drilling of holes | |
RU2181616C1 (en) | Air filter | |
RU2568256C1 (en) | X-mas tree for operation of wells in conditions of active ingress of water and sand and its mode of operation | |
RU2382680C2 (en) | Bubbling-swirling apparatus with parabolic swirler | |
RU92685U1 (en) | DEVICE FOR THERMOMECHANICAL DRILLING WELLS | |
RU2131014C1 (en) | Device for thermomechanical drilling of holes | |
RU2302590C1 (en) | Supersonic tube for preparing gas transporting | |
RU156921U1 (en) | DUST CATCHING PLANT FOR THERMOCHEMICAL DRILLING MACHINES AND THERMAL EXPANSION OF WELLS | |
RU2108438C1 (en) | Device for thermomechanical drilling of bore-holes | |
CN109340855B (en) | A kind of multi-functional integrated range | |
RU39636U1 (en) | DEVICE FOR THERMOMECHANICAL DRILLING WELLS | |
CN103958901B (en) | There is the dampness compressibility of thermoacoustic resonator | |
RU2166060C1 (en) | Gear for thermal power drilling | |
CN205448390U (en) | Middle part hinders isolated wave pipe in ripples chamber | |
RU26254U1 (en) | COMPRESSOR UNIT | |
CN209386328U (en) | Hot-blast stove ash disposal flue component | |
Afanasov et al. | Vortex tube in well separators | |
RU2291737C2 (en) | Air purification filter | |
RU2234003C1 (en) | Compressor plant | |
RU2370675C1 (en) | Compressor plant | |
RU2126709C1 (en) | Device for cleaning gases from impurities |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200404 |