Коронка для бурения-плавления льда

 

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для проходки скважин сплошным забоем в ледовых толщах районов Арктики и Антарктики. Коронка содержит корпус-нагреватель, нагревательный элемент, выполненные в корпусе-нагревателе окна для талой воды и кожух, который одет на корпус-нагреватель с зазором L≥0,02D, где D - диаметр коронки, с образованием внутренней полости. На поверхности корпуса-нагревателя выполнена винтовая канавка с уложенным нагревательным элементом, выполненным в виде нагревательного кабеля. Окна в корпусе-нагревателе расположены диаметрально противоположно напротив первого витка нагревательного кабеля. Изобретение обеспечивает повышение эффективности бурения-плавления льда за счет концентрации тепловой энергии непосредственно на плавление льда в зоне забоя скважины и сохранения ее направленности в процессе ее бурения. 1 ил.

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для проходки скважин сплошным забоем в ледовых толщах районов Арктики и Антарктики.

Известно устройство по авторскому свидетельству 399600, кл. Е 21 С 37/18, 1973 г. , "Электробур для бурения скважин во льду". Нижняя часть электробура представляет собой тонкостенный кольцевой электронагревательный элемент, на торце которого закреплен калибрующий стенки скважины фланец. Недостатком этого устройства являются непроизводительные потери тепла на нагрев фланца, что приводит к дополнительному протаиванию стенок скважины и значительно снижает КПД устройства, искривляет ствол скважины.

Известно также устройство для бурения-плавления (авторское свидетельство 564419, кл. Е 21 С, 1977 г.) - коронка, содержащая полый кольцевой корпус-нагреватель, пароподводящую и конденсатотводящую трубки. В такой коронке наличие радиальных перегородок создает появление застойных непрогретых зон, вызывающих неравномерное распределение тепла по поверхности, что приводит к неравномерному протаиванию стенок скважины, а также искривлению ее ствола.

Известно устройство по авторскому свидетельству 1078068, МПК Е 21 С 37/17, 1984 г. , принятое за прототип, "Устройство для электротермического бурения скважин во льду", включающее корпус, нагревательную коронку, в торцевой части которой расположены кольцевые и радиальные канавки, которые соединены между собой. К недостатку данного устройства следует отнести отрицательно влияющим на процесс бурения-плавления экранирующее действие водяной прослойки под торцом нагревателя в месте расположения кольцевых и радиальных канавок, поскольку отвод тепла от нагревателя в воду за счет естественной конвенции весьма интенсивен, происходит нерациональное использование тепла на протаивание стенок скважины.

Задачей изобретения является повышение эффективности бурения-плавления льда за счет концентрации тепловой энергии непосредственно на плавление льда в зоне забоя скважины и сохранения ее направленности в процессе ее бурения.

Задача решается тем, что коронка для бурения-плавления льда, содержащая корпус-нагреватель, нагревательный элемент, выполненные в корпусе-нагревателе окна для талой воды, снабжена кожухом, который одет на корпус-нагреватель с зазором L ≥ 0,02D, где D - диаметр коронки, с образованием внутренней полости, при этом на поверхности корпуса-нагревателя выполнена винтовая канавка с уложенным нагревательным элементом, выполненным в виде нагревательного кабеля, а для заполнения талой водой внутренней полости коронки окна в корпусе-нагревателе расположены диаметрально противоположно напротив первого витка нагревательного кабеля.

Благодаря этому снижается отвод тепла в стенки скважины, искривления скважины не происходит, увеличиваются полезные затраты тепла на протаивание забоя.

Коронка для бурения-плавления поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез коронки для бурения-плавления льда.

Коронка для бурения-плавления содержит корпус-нагреватель 1 и кожух 2. Корпус-нагреватель может быть выполнен из меди, на поверхности его сделана винтовая канавка, в которую уложен нагревательный кабель 3 КНМС (НХ). Кожух коронки в верхней части снабжен заглушкой 4, а в нижней части на уровне первого витка кожух имеет несколько диаметрально противоположных окон 5, например четыре.

Устройство работает следующим образом: после установки коронки на забой и включения электропитания производят процесс протаивания забоя. Поскольку в процессе бурения электронагревательный элемент окружен водой, имеет место интенсивный отвод тепла с его боковых поверхностей, что приводит к нерациональному протаиванию стенок скважины. Так как под рабочим торцом электронагревательного элемента всегда сохраняется ламинарный слой, а на боковых поверхностях естественная концентрация воды, отвод тепла в стенку скважины велик и может даже превышать полезные затраты тепла на протаивание забоя, это не только резко снижает КПД устройства, но и приводит к быстрому искривлению скважины при значительном и неравномерном увеличении ее диаметра. В предлагаемом устройстве напротив первого витка уложенного нагревательного кабеля 3 расположено четыре диаметрально противоположных окна 5 кожуха 2, через которые происходит заполнение талой водой внутренней полости коронки, расположенной между корпусом-нагревателем 1 и кожухом 2 на расстоянии величины зазора L ≥ 0,02D, где D - диаметр коронки. Затем после нагрева воды идет процесс фазового перехода воды в пар с последующей конденсацией. Далее процесс повторяется. При этом тепловая энергия конденсирующегося в капельном режиме пара передается на забой, где происходит плавление льда, а рассеивание тепла в массиве льда в радиальном направлении отсутствует из-за экранирующего действия водной прослойки между кожухом и корпусом-нагревателем.

Таким образом повышается эффективность бурения-плавления льда.

Формула изобретения

Коронка для бурения-плавления льда, содержащая корпус-нагреватель, нагревательный элемент, выполненные в корпусе-нагревателе окна для талой воды, отличающаяся тем, что она снабжена кожухом, который одет на корпус-нагреватель с зазором L≥0,02D, где D - диаметр коронки, с образованием внутренней полости, при этом на поверхности корпуса-нагревателя выполнена винтовая канавка с уложенным нагревательным элементом, выполненным в виде нагревательного кабеля, а для заполнения талой водой внутренней полости коронки окна в корпусе-нагревателе расположены диаметрально противоположно напротив первого витка нагревательного кабеля.

РИСУНКИ

Рисунок 1