RU2162134C1

RU2162134C1 - Device for well thermomechanical drilling

Info

Publication number: RU2162134C1
Application number: RU99109846A
Authority: RU
Inventors: Н.С. Кобелев; Г.В. Викторов; Ю.В. Позднякова; А.А. Дорохов
Original assignee: Курский государственный технический университет
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2001-01-20

Abstract

FIELD: well drilling, particularly, thermomechanical drilling. SUBSTANCE: device includes drilling member, flame-jet burner, heat exchanger and adsorber, compressor and associated filter whose body is made in the form of jacket with air hollow formed by internal and external walls. Connected to filter body external wall are one pipe union for admission of heating air in bottom region and one pipe union for discharge of heating air in filter body upper part. In this case, pipe union for admission of heating air is connected by pipeline through controlled valve with pressure branch pipe of compressor, and pipe union for discharge of heating air is connected by pipeline through ejector with inlet of compressed air to heat exchanger. EFFECT: reduced energy consumption in well drilling by reduced energy consumption for production of compressed air. 1 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности, а в частности к устройствам для бурения и расширения скважины в крепких породах. The invention relates to the mining industry, and in particular to devices for drilling and expanding wells in hard rocks.

Известно устройство для совмещенного механического бурения и термического расширения скважин (Великий М.И. и др. Техника бурения скважин комбинированными способами.- М.: Недра, 1977, с. 35 - 41), включающее компрессор с всасывающим фильтром, водяной бак с расположенным в нем радиатором и электродвигателем, бак с топливом, буровой став с породоразрушающими элементами и огнеструйной горелкой, соединенной с магистралями подачи воздуха, воды и топлива. A device for combined mechanical drilling and thermal expansion of wells (Great M.I. et al. Technique of drilling wells using combined methods. - M .: Nedra, 1977, p. 35 - 41), including a compressor with an intake filter, a water tank with a it contains a radiator and an electric motor, a fuel tank, a drill rig with rock cutting elements and a fire-jet burner connected to air, water and fuel supply lines.

Недостатком является высокая энергоемкость процесса бурения и термического расширения скважин, обусловленная подачей к горелке сжатого воздуха в качестве окислителя с наличием капельной и парообразной влаги, уменьшающих теплотворную способность огненной струи. The disadvantage is the high energy intensity of the drilling process and thermal expansion of the wells, due to the supply of compressed air to the burner as an oxidizing agent with the presence of droplet and vaporous moisture, which reduce the calorific value of the fire stream.

Известно устройство для термомеханического бурения скважин (см. А.С. 1839693, кл. E 21 B 7/14, E 21 C 37/16. Бюл. N 47 - 48, 1993), включающее буровой орган в виде бурового става, на конце которого установлены породоразрушающие элементы, и огнеструйная горелка с магистралями подачи топлива, воды и воздуха, последняя через теплообменник и адсорбер сообщена с нагнетательным патрубком компрессора, и компрессор с расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром в виде корпуса с суживающимся соплом, конденсатоотводчиком и отражателем, разделяющим внутреннею полость корпуса на камеру, сообщающуюся с всасывающим патрубком компрессора, и камеру для забора воздуха из атмосферу через суживающееся сопло. A device for thermomechanical drilling of wells (see A.S. 1839693, class E 21 B 7/14, E 21 C 37/16. Bull. N 47 - 48, 1993), including a drilling body in the form of a drill stand, on at the end of which rock-cutting elements are installed, and a fire-jet burner with fuel, water and air supply lines, the latter is connected through the heat exchanger and adsorber to the compressor discharge pipe, and the compressor with a filter located at the inlet of its intake pipe in the form of a housing with a converging nozzle, a condensate drain and a reflector, separating internally her body cavity on the chamber, communicating with the suction pipe of the compressor, and the chamber for air intake from the atmosphere through a tapering nozzle.

Недостатком технического решения является наличие дополнительных энергозатрат при производстве воздушного окислителя в условиях отрицательных температур окружающей среды, когда наблюдается уменьшение входного сечения штуцера ввода очищаемого воздуха в воздушном фильтре компрессора за счет намерзания капельной влаги в виде льда и парообразной влаги в виде инея. В результате снижения входного сечения воздушного фильтра возрастает его гидравлическое сопротивление, требующее увеличения мощности привода компрессора на производство заданного количества воздушного окислителя. The disadvantage of the technical solution is the presence of additional energy consumption in the production of an air oxidizing agent in conditions of negative ambient temperatures, when there is a decrease in the inlet section of the inlet of the cleaned air in the compressor air filter due to the freezing of droplet moisture in the form of ice and vaporous moisture in the form of frost. As a result of reducing the inlet section of the air filter, its hydraulic resistance increases, requiring an increase in the compressor drive power to produce a given amount of air oxidizer.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергоемкости процесса бурения путем уменьшения энергозатрат на производство сжатого воздуха, потребляемого в качестве окислителя в огнеструйной горелке бурового става и основного элемента при продувке скважин в процессе эксплуатации термомеханического станка с отрицательными температурами окружающей среды. The technical task of the invention is to reduce the energy consumption of the drilling process by reducing the energy consumption for the production of compressed air consumed as an oxidizing agent in a fire-jet burner of a drill stand and the main element when blowing wells during operation of a thermomechanical machine with negative ambient temperatures.

Технический результат достигается тем, что 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 и воздуха, последняя через теплообменник и адсорбер связана с нагнетательным патрубком компрессора и компрессор с расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром в виде корпуса с суживающимся соплом, конденсатоотводчиком и отражателем, разделяющим внутреннюю полость корпуса на камеру, сообщающуюся с всасывающим патрубком компрессора и камеру для забора воздуха из атмосферы через суживающееся сопло, имеет корпус фильтра, выполненный в виде рубашки с воздушной полостью, образованной внутренней и внешней стенками. При этом к внешней стенке корпуса фильтра присоединены один штуцер ввода обогреваемого воздуха в области днища и один штуцер вывода обогреваемого воздуха в верхней части корпуса фильтра, причем штуцер ввода обогреваемого воздуха трубопроводом через управляемый клапан соединен с нагнетательным патрубком компрессора, а штуцер вывода обогреваемого воздуха трубопроводом связан посредством эжектора с входом сжатого воздуха в теплообменник. The technical result is achieved by the fact that a device for thermomechanical drilling of wells, including a drilling body in the form of a drill stand, at the end of which there are rock cutting elements and a fire-jet burner with fuel, water and air supply lines, the latter is connected through the heat exchanger and adsorber to the compressor discharge pipe and compressor with a filter located at the inlet of its suction pipe in the form of a housing with a tapering nozzle, a steam trap and a reflector separating the internal cavity to The housing on the chamber communicating with the suction pipe of the compressor and the chamber for taking air from the atmosphere through a tapering nozzle has a filter housing made in the form of a jacket with an air cavity formed by internal and external walls. At the same time, one heated air inlet fitting in the bottom area and one heated air inlet fitting in the upper part of the filter housing are connected to the outer wall of the filter housing, the heated air inlet fitting being connected via a controlled valve to the compressor discharge pipe and the heated air outlet fitting being connected by a pipe by means of an ejector with compressed air entering the heat exchanger.

На чертеже изображено устройство термомеханического бурения скважин. The drawing shows a thermomechanical drilling device.

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. Корпус 13 с днищем конической формой фильтра 12 выполнен в виде рубашки с воздушной полостью, образованной внутренней и внешней стенками, и в корпусе 13 расположены суживающиеся сопла 14 и отражательная перегородка 15. При этом к внешней стенке корпуса 13 в области днища укреплен штуцер 16 ввода обогреваемого воздуха, а в верхней части корпуса 13 укреплен штуцер 17 вывода обогреваемого воздуха. Штуцер 16 трубопроводом 18 соединен с нагнетательным патрубком 9 компрессора 10 через регулирующий вентиль 19, а штуцер 17 трубопроводом 20 посредством эжектора 21 связан с входом в теплообменник 6. 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-jet burner 2 are installed, to which are connected: a water supply line 3, a fuel supply line 4, an air supply line 5 through a heat exchanger 6 located in the tank 7, and an adsorber 8 along the discharge pipe 9 from the compressor 10, connected by means of the suction pipe 11 to the filter 12. The housing 13 with the bottom conical shape of the filter 12 is made in the form of a shirt with an air cavity formed by the inner and outer walls and, in the housing 13 are tapered nozzle 14 and the baffle 15. In this case the outer wall of the casing 13 fastened in the bottom region of input fitting 16 of heated air and the upper housing portion 13 fastened output fitting 17 of heated air. The fitting 16 by a pipe 18 is connected to the discharge pipe 9 of the compressor 10 through a control valve 19, and the fitting 17 by a pipe 20 is connected via an ejector 21 to the inlet to the heat exchanger 6.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При термомеханическом разрушении горных пород происходит интенсивное загрязнение атмосферного воздуха как твердыми частицами, так и капельной и парообразной влагой, выбрасываемой из скважины в результате ее продувки. Данные загрязнения в процессе работы компрессора 10 поступают во всасывающий фильтр 12. Наличие отрицательных температур окружающей среды в зоне работы термомеханического станка в зимнее время и особенно в осенне-зимнее и зимне-весеннее, когда наблюдается высокая влажность атмосферного воздуха и если еще выпадает снегопад или дождь совместно с технологической влагой процесса продувки скважины, приводят к тому, что на внутренней поверхности суживающегося сопла 14 образуется иней, переходящий в наледенение с последующим активным уменьшением проходного сечения суживающегося сопла 14. В результате увеличивается скорость движения всасываемого воздуха по соплу 14, а это приводит к возрастанию гидравлического сопротивления фильтра, что способствует нехватке атмосферного воздуха, поступающего в компрессор, и, как следствие, нехватку воздушного окислителя в огнеструйной горелке 2. Это приводит к нарушению оптимальной подачи в буровой став 1 по магистрали 5 воздушного окислителя и соответственно по магистрали 4 топлива в процессе бурения, а по магистрали 3 воды для продувки скважины. Кроме того, более скоростное поступление атмосферного воздуха в компрессор 10 стимулирует худшую очистку его в фильтре 12, в результате сжимается в компрессоре 10 не только воздух, но и парообразная и возможно капельная влага, испаряющаяся на выходе из клапанной коробки цилиндра компрессора, что значительно уменьшает КПД компрессора (см. , например, М. И. Френкель. Поршневые компрессоры.- М., 1976, 642 с.). При этом наличие влаги в осушаемом сжатом воздухе приводит к интенсивному износу осушителя в адсорбере 8, т.к. сжатый влажный воздух, проходя по нагнетательному патрубку 9 через теплообменник 6, находящийся в баке 7, не успевает отдать всю влагу в теплообменнике 6 и она частично поступает в адсорбер 8, разрушая зерна осушителя, например силикагеля. During thermomechanical destruction of rocks, there is an intense pollution of atmospheric air with both solid particles and droplet and vaporous moisture ejected from the well as a result of its purging. These pollution during operation of the compressor 10 enters the suction filter 12. The presence of negative ambient temperatures in the area of operation of the thermomechanical machine in the winter and especially in the autumn-winter and winter-spring, when there is high humidity and if there is still snow or rain together with the process moisture of the purge process of the well, lead to the fact that frost forms on the inner surface of the narrowing nozzle 14, which turns into icing, followed by an active decrease using the cross section of the tapering nozzle 14. As a result, the speed of movement of the intake air through the nozzle 14 increases, and this leads to an increase in the hydraulic resistance of the filter, which contributes to the lack of atmospheric air entering the compressor, and, as a result, the lack of air oxidizing agent in the fire-burner 2. This leads to a violation of the optimal supply to the drilling rig 1 on the line 5 of the air oxidizer and, accordingly, on the line 4 of fuel during drilling, and on the line 3 of water for purging wells us. In addition, the faster intake of atmospheric air into the compressor 10 stimulates its worst cleaning in the filter 12, as a result, not only air is compressed in the compressor 10, but also vaporous and possibly droplet moisture evaporating at the outlet of the valve box of the compressor cylinder, which significantly reduces the efficiency compressor (see, for example, M. I. Frenkel. Piston compressors. - M., 1976, 642 p.). Moreover, the presence of moisture in the drained compressed air leads to intensive wear of the desiccant in the adsorber 8, because compressed moist air passing through the discharge pipe 9 through the heat exchanger 6 located in the tank 7 does not have time to release all the moisture in the heat exchanger 6 and it partially enters the adsorber 8, destroying the grain of the desiccant, for example silica gel.

Поэтому в предлагаемом техническом решении при эксплуатации устройства для термомеханического бурения скважин при отрицательных температурах окружающей среды из нагнетательного патрубка 9 по трубопроводу 18 часть горячего (с температурой около 100 градусов) сжатого воздуха через регулирующий клапан 19 подается к штуцеру 16, откуда распространяется по воздушной полости корпуса 13, где отдает свое тепло наружной и внутренней стенке фильтра 12. После этого охлажденный сжатый воздух из штуцера 17 поступает по трубопроводу 20 к эжектору 21, установленному перед входом в теплообменник 6, здесь смешивается с сжатым воздухом, движущимся по нагнетательному патрубку 9, имеющим более высокое давление. и уже в качестве смеси (горячий сжатый воздух из компрессора 10 и охлажденный сжатый воздух из фильтра 12) направляется в теплообменник 6, находящийся в баке 7. Здесь сжатый воздух охлаждается и сконденсировавшаяся влага удаляется, а сжатый воздух с парообразоной влагой поступает на осушку в адсорбер 8, откуда в качестве воздушного окислителя по магистрали 5 поступает в буровой став 1 к огнеструйной горелке 2, куда по магистрали 4 поступает в буровой став 1 к огнеструйной горелке 2, куда по магистрали 4 поступает топливо, обеспечивая термодинамическое бурение, и по магистрали 3 при продувке скважины поступает вода, обеспечивая эффективное удаление выбуренной массы. Therefore, in the proposed technical solution when operating the device for thermomechanical drilling of wells at negative ambient temperatures from the injection pipe 9 through the pipe 18, part of the hot (with a temperature of about 100 degrees) compressed air through the control valve 19 is supplied to the fitting 16, from where it is distributed through the air cavity of the housing 13, where it gives its heat to the outer and inner walls of the filter 12. After that, the cooled compressed air from the nozzle 17 enters through a pipe 20 to the ejector 21, setting ennomu before entering the heat exchanger 6, it is mixed with the compressed air moving through the discharge pipe 9 having a higher pressure. and already as a mixture (hot compressed air from the compressor 10 and cooled compressed air from the filter 12) is sent to the heat exchanger 6 located in the tank 7. Here, the compressed air is cooled and the condensed moisture is removed, and the compressed air with vaporous moisture enters the adsorber for drying 8, from where, as an air oxidizing agent, it enters through the line 5 in the drill stand 1 to the fire-jet burner 2, where through the line 4 it enters the drill stand 1 to the fire-jet burner 2, where the fuel enters through the line 4, providing thermodynamic drilling, and along line 3, when the well is purged, water enters, providing effective removal of the drilled mass.

Преимущество предлагаемого изобретения заключается в том, что оно позволяет без дополнительных энергозатрат обеспечить оптимальные условия обработки всасываемого атмосферного воздуха во время эксплуатации термодинамического станка при отрицательных температурах окружающей среды путем дополнительного использования тепловой энергии сжатого воздуха, а это в конечном итоге снижает энергоемкость буровых работ. The advantage of the present invention is that it allows, without additional energy consumption, to provide optimal conditions for the processing of intake air during operation of the thermodynamic machine at negative ambient temperatures by additional use of thermal energy of compressed air, and this ultimately reduces the energy consumption of drilling operations.

Оригинальность конструктивного решения предлагаемого изобретения подтверждается простотой технического исполнения, гарантирующего эксплуатационную и технологическую надежность процесса оптимального поступления воздушного окислителя в огнеструйную горелку при изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации термомеханического станка, что обеспечивает эффективность бурения или расширения скважин в зимнее, и особенно в осенне-зимнее и зимне-весеннее время года. The originality of the constructive solution of the present invention is confirmed by the simplicity of the technical design, which guarantees the operational and technological reliability of the process of optimal intake of an air oxidizing agent in a fire-jet burner under changing weather and climate conditions of operation of a thermomechanical machine, which ensures the efficiency of drilling or expansion of wells in winter, and especially in autumn-winter and winter-spring season.

Claims

A device for thermomechanical well drilling, 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 and air supply lines are installed, the latter through a heat exchanger and an adsorber connected to a compressor discharge pipe and a compressor with a suction inlet a filter nozzle in the form of a housing with a tapering nozzle, a steam trap and a reflector separating the internal cavity of the housing into a chamber in communication with the suction m of the compressor nozzle, and a chamber for taking air from the atmosphere through a tapering nozzle, characterized in that the filter housing is made in the form of a jacket with an air cavity formed by the outer and inner walls, while a heated air inlet fitting is connected to the outer wall of the filter housing and a heated air outlet fitting mounted in the upper part of the filter housing, the heated air inlet fitting being connected via a controlled valve to a compressor discharge pipe, and a heated air outlet fitting is connected by a pipeline through an ejector to the inlet to the compressed air heat exchanger.