Устройство для бурения скважины во льду

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК СГ7 1ЙНБЛф ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Н АВТОР НИЯ СКВАЖИНЫ орныи институт.Д.Мура 8.8)369753,1973.тельство СВ 7/15, 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕВО ЛЬДУ(57) Изобретение относится к буровойтехнике и позволяет повысить эффективность бурения за счет увеличениятеплообменной поверхности. Устройство включает корпус 1 с последовательно размещенными в нем водосборнойемкостью 6, насосом 8, парогенератором 4 и керноприемником. Полое цилиндрическое нагревательное кольцо(НК) 2 устройства имеет рабочий то1 рец 10 в виде изогнутой участками 12 плоской ленты, все образующие которой перпендикулярны продольной оси устройства. Каждый участок 12 наклонен к этой оси под определенным углом. В полости НК 2 размещены выходные отверстия (ВО) пароподводящих 5 и конденсатоотсасывающих трубок.Причем ВО трубок 5 расположены на 373784большем расстоянии от торца 10, чемВО конденсатоотсасываюших трубок,Горячий пар конденсируется в НК 2.При этом выделяется тепловая энергия,расходуемая на плавление льдаОбразующаяся вода и конденсат удаляютсяв емкость 6, а керн заполняет колонковую трубу 1 устройства. 1 з.п.ф-лы 4 ил.Изобретение относится к буровойтехнике и может быть использованодля проходки скважин в мощных снежнофирновых толщах горных ледников и районов Арктики и Антарктики, 5Цель изобретения - повышение эффективности бурения за счет увеличения теплообменной поверхности.На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А 10 на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг, 4 - разрез В-В на фиг. 2 (развертка части нагревательного кольца).Устройство для бурения скважины во льду включает колонковую трубу 1 с полым нагревательным кольцом 2 на нижнем торце и с керноудерживающими подпружиненными зубьями 3, которые Эмогут утапливаться при входе керна в трубу 1. Над верхней частью колонковой трубы 1 смонтирован электрический парогенератор 4, полость которого через пароподводящую трубку 5 соединена с полостью нагревательного25 кольца 2, В верхней части устройства над парогенератором 4 расположена водосборная емкость 6 для талой воды, соединенная при помощи водоотсасывающей трубки 7 с призабойной зоной скважины, где образуется талая вода. Водосборная емкость 6 оснащена насосом 8, служащим для откачивания талой воДы.Полость нагревательного кольца 2 35 снабжена пароподводящими трубками 5, водоотсасывающими трубками 7 и конденсатоотсасывающими трубками 9. Рабочий торец 10 нагревательного кольца 2 выполнен в форме изогнутой уча стками плоской ленты, образующие которой (в сечении Б-Б показана образуюшая 11) перпендикулярны продольной оси нагревательного кольца 2, а каждый участок 12 наклонен к продольной оси устройства под углом Ы,При этом угол наклона каждого из участков ленты должен удовлетворять следующему соотношению:М(П-с 1) П- ( . + 4+Р срм),44 з 1 псФ.где Н - мощность парогенератора;В- удельная мощность нагревательного кольца при данномперепаде температур,Правая часть соотношения представляет собой площадь нагревательногокольца, где П - наружный диаметр корпуса нагревательного кольца, Й - внутренний диаметр нагревательного кольца,д - угол наклона плоскости сеченияк продольной оси.Эффективная мощность нагревательного кольца определяется площадью его торца и удельной мощностьюкПри К 1 И=1,0 должно выполняться тождествоИ=Игде И - мощность парогенератора, в этом случае ГкСкорость бурения-протаивания пропорциональна полезной мощности нагревательного кольца, которая зависит от количества пара, сконденсировавшегося в единицу времени на внутренней поверхности контактирующей сольдом части нагревательного кольца. Интенсивность конденсации при прочих равных условиях пропорциональна пло 1373784щади поверхности, на которой происходит конденсация, а такой площадью в данном случае является рабочий торец нагревательного кольца, при 5 этом площадь рабочего торца зависит от наклона участков ленты (угла наклона секущих плоскостей) и определяется расчетным путем в соответствии с мощностью парогенератора. 1 ООтверстия пароподводящих 5 и конденсатоотсасываюших 9 трубок расположены в полости нагревательного кольца 2 на различном удалении от концевой части 13, при этом выходные 15 отверстия пароподводящих трубок расположены на большем расстоянии от рабочего торца нагревательного кольца, нежели выходные отверстия конденсатоотводящих трубок (1, 1 ).20Устройство работает следующим абразом.В электрическом парогенераторе 4 при нагревании воды генерируется пар, рабочее давление которого автомати чески поддерживается на постоянном уровне. Из парогенератора 4 по трубкам 5 горячий пар подается в полость нагревательного кольца 2, где и происходит его интенсивная конденсация. 3 О Тепловая энергия, выделяемая при конденсации пара, расходуется на плавление льда. Образующаяся при этом вода удаляется по водоатсасывающим трубкам 7 и поступает в водосборную емкость 6, а конденсат, образовавшийся в полости нагревательного кольца 2, отводится по конденсатоотсасывающим трубкам 9 и также поступает в водо- сборную емкость 6. По мере проходки 40 скважины керн заполняет колонковую трубу 1 и при подъеме устройства поддерживается утапливаемыми керноудерживающими зубьями 3.Выполненная в соответствии с рас четными данными торцовая поверхность нагревательного кольца в данном случае не является поверхностью вращения, но тем не менее остается линейчатой поверхностью большой площади.Эффективное использование для конденсации пара всей торцовой поверхности обеспечивается расположением отверстий пароподводящих и конденсатоотсасывающих трубок на различных55 уровнях в объеме нагревательногокольца. Все это способствует реализации расчетных параметров режима бурения - плавления забоя скважины. Устройство позволяет получать качественный необводненный керн, исключает нерациональное оплавление стенок скважины и керна и устраняет образование на них конденсата в процессе бурения за счет того, что пар, служащий источником энергии для плавления льда, конденсируется в полости нагревательного кольца 2 и не попадает на забой скважины, а вода, образующаяся на контакте нагреватель-, ного кольца со льдом, отсасывается под вакуумом в водосборную емкость 6.Использование изобретения позволяет повысить эффективность буренияпротаивания за счет полезного использования всей мощности парогенератора и ориентированного направления теплового потока.формула изобретения1. Устройство для бурения скважины во .пьду, включающее корпус с размещенными в нем последовательно водо- сборной емкостью, насосом, парогенератором и керноприемником, полое цилиндрическое нагревательное кольцо с рабочим торцом, пароподводящие и конденсатоотсасывающие трубки, выходные отверстия которых расположены в полости нагревательного кольца, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения эффективности бурения за счет увеличения теплообменной поверхности, рабочий торец нагревательного кольца выполнен в виде изогнутой участками плоской ленты, все образующие которой перпендикулярны продольной оси устройства, при этом каждый из участков ленты наклонен к оси устройства под углом, удовлетворяющим следующему соотношению:И (1)-й) ( Э + С 1+1)И,) 4. в дп сгде П - наружный диаметр нагревательного кольца;о - внутренний диаметр нагревательного кольца;д - угол наклона участка лентык продольной оси устройства;М - мощность парогенератора;М - удельная мощность нагревачЗтельного кольца.2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что выходные отверстия пароподводящих трубок рас1373784 положены на большем расстоянии от рабочего торца нагревательного кольца,7 уРГ Составитель С.Робатенк Техред М. Ходанич ректор О.Кундрик дактор Н,Слобод Заказ 540/23ВНИИПИ Го Подписноео комитета СССРй и открытийРаушская наб., д. 4/ оизводственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул,Проектная, 4 Тираж 530 сударственно по делам изобретен 13035, Москва, Ж, нежели выходные отверстия конденсатоотводящих трубок.