RU2280749C2 - Drilling rig for thermal-mechanical well drilling - Google Patents
Drilling rig for thermal-mechanical well drilling Download PDFInfo
- Publication number
- RU2280749C2 RU2280749C2 RU2004130519/03A RU2004130519A RU2280749C2 RU 2280749 C2 RU2280749 C2 RU 2280749C2 RU 2004130519/03 A RU2004130519/03 A RU 2004130519/03A RU 2004130519 A RU2004130519 A RU 2004130519A RU 2280749 C2 RU2280749 C2 RU 2280749C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compressor
- adsorber
- drilling
- air
- drive
- Prior art date
Links
Landscapes
- Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
- Drying Of Gases (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к горной промышленности и, в частности, к устройствам для бурения и расширения скважин в крепких породах.The invention relates to the mining industry and, in particular, to devices for drilling and expansion of wells in hard rocks.
Известно устройство для совмещенного механического бурения и термического расширения скважин (см. 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 электронагревателем, бак с топливом, буровой став с породоразрушающими элементами и огнеструйной горелкой, соединенной с магистралями подачи воздуха, топлива и воды.A device is known for combined mechanical drilling and thermal expansion of wells (see Veliky MI and other Techniques for Drilling Wells by Combined Methods. M .: Nedra, 1977, p. 35-41), including: a compressor with an intake filter, a water tank with a radiator and an electric heater located in it, a fuel tank, a drill stand with rock cutting elements and a fire-jet burner connected to air, fuel and water supply lines.
Недостатком этого устройства является энергоемкость процесса бурения, обусловленная низким качеством сжатого воздуха, поступающего к огнеструйной горелке.The disadvantage of this device is the energy intensity of the drilling process, due to the low quality of the compressed air supplied to the flame jet burner.
Известно устройство для термомеханического бурения скважин (см. а.с. СССР №1620579, МКИ Е 21 В 7/14, 1989), включающее буровой орган в виде бурового става с породоразрушающими элементами и огнеструйной горелкой, соединенной с магистралями подачи топлива, воды и воздуха, которая через теплообменник и адсорбер сообщена с нагнетательным патрубком компрессора, и компрессор с приводом и расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром.A device for thermomechanical drilling of wells is known (see AS USSR No. 1620579, MKI E 21 B 7/14, 1989), including a drilling body in the form of a drill stand with rock cutting elements and a fire-jet burner connected to the fuel, water and air, which through a heat exchanger and an adsorber is in communication with the discharge pipe of the compressor, and a compressor with a drive and a filter located at the inlet of its intake pipe.
Недостатком является энергоемкость процесса бурения, обусловленная повышенным расходом сжатого воздуха при генерации адсорбента и интенсивным его истиранием из-за пропускания через адсорбер всей массы воздуха, поступающего на продувку скважины, а также нерациональным расходом энергии в этот период на привод компрессора.The disadvantage is the energy intensity of the drilling process, due to the increased consumption of compressed air during the generation of the adsorbent and its intensive abrasion due to the passage of the entire mass of air entering the well purge through the adsorber, as well as the irrational energy consumption during this period on the compressor drive.
Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергоемкости процесса бурения и продувки скважин за счет автоматизации получения сжатого воздуха заданных параметров и повышение эксплутационной надежности адсорбционной осушки путем регулирования скорости привода компрессора в условиях продувки скважин с контролем режима давления процесса регенерации адсорбента.The technical task of the invention is to reduce the energy consumption of the drilling and purging of wells by automating the production of compressed air of specified parameters and increasing the operational reliability of adsorption drying by controlling the speed of the compressor drive in the conditions of purging of wells with monitoring the pressure regime of the adsorbent regeneration process.
Технический результат по снижению энергоемкости процесса бурения скважин и повышению эксплутационной надежности адсорбционной осушки сжатого воздуха достигается тем, что устройство для термомеханического бурения скважин, включающее буровой орган в виде бурового става с породоразрушающими элементами и огнеструйной горелкой, соединенной с магистралями подачи топлива, воды и воздуха, которая через теплообменник и адсорбер сообщена с магистральным патрубком компрессора, и компрессор с приводом и расположенным на входе его всасывающего патрубка фильтром, привод компрессора снабжен регулятором скорости вращения в виде блока порошковых электромагнитных муфт и связан регулятором с выходным патрубком датчика давления воздуха, включающего блок сравнения с подключенным датчиком давления, установленным внутри адсорбера, блок задания и блок нелинейной обратной связи, при этом блок сравнения соединен с входом магнитного усилителя, кроме этого между магистралью подачи воздуха и нагнетательным патрубком компрессора параллельно адсорберу и теплообменнику установлен трубопровод с двумя регулирующими клапанами.The technical result of reducing the energy intensity of the drilling process and increasing the operational reliability of the adsorption drying of compressed air is achieved by the fact that a device for thermomechanical drilling of wells, including a drilling body in the form of a drill stand with rock cutting elements and a flame jet connected to the fuel, water and air supply lines, which, through a heat exchanger and an adsorber, is in communication with the compressor main pipe, and a compressor with a drive and a suction pipe located at the inlet about the nozzle by a filter, the compressor drive is equipped with a speed controller in the form of a block of electromagnetic powder couplings and is connected by a regulator to the output pipe of an air pressure sensor, which includes a comparison unit with a connected pressure sensor installed inside the adsorber, a reference unit and a nonlinear feedback unit, while the comparison unit connected to the input of the magnetic amplifier, in addition, between the air supply line and the compressor discharge pipe, a pipe is installed parallel to the adsorber and the heat exchanger rovod with two control valves.
На чертеже дана принципиальная схема устройства для термомеханического бурения скважин.The drawing shows a schematic diagram of a device for thermomechanical drilling.
Устройство включает буровой орган в виде бурового става 1, на конце которого установлены породоразрушающие элементы и огнеструйная горелка 2, к которой присоеденены магистраль 3 для подачи топлива, магистраль 4 для подачи воды, магистраль 5 для подачи воздуха через теплообменник 6 и адсорбер 7 по магистральному патрубку 8 от компрессора 9, связанного посредством всасывающего патрубка 10 с фильтром 11. Привод 12 компрессора 9 снабжен регулятором скорости вращения, например, в виде блока порошковых электромагнитных муфт 13. Внутри адсорбера 7 установлены датчик 14 давления, подключенный к регулятору давления 15, который содержит блок сравнения 16, к которому подключен блок задания 17. Выход блока сравнения 16 соединен с входом электронного усилителя 18, оборудованным блоком 19 нелинейной обратной связи, а выход электронного усилителя 18 соединен с входом магнитного усилителя 20 с выпрямителем на выходе, который подключен к порошковой электромагнитной муфте 13 привода 12 компрессора 9. Кроме этого параллельно теплообменнику 6 и адсорберу 7 между магистралью 5 для подачи сжатого воздуха и магистральным патрубком 8 установлен трубопровод 21 с регулирующими клапанами 22 и 23.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 a highway 3 for supplying fuel, a highway 4 for supplying water, a highway 5 for supplying air through a heat exchanger 6 and an adsorber 7 through a main pipe are connected 8 from the compressor 9, connected via a suction pipe 10 to the filter 11. The drive 12 of the compressor 9 is equipped with a speed controller, for example, in the form of a block of powder electromagnetic couplings 13. Inside the adsorber 7 is installed a pressure sensor 14 is connected to the pressure regulator 15, which contains a comparison unit 16 to which a reference unit 17 is connected. The output of the comparison unit 16 is connected to an input of an electronic amplifier 18 equipped with a nonlinear feedback unit 19, and the output of an electronic amplifier 18 is connected to an input a magnetic amplifier 20 with a rectifier at the output, which is connected to a powder electromagnetic clutch 13 of the drive 12 of the compressor 9. In addition, parallel to the heat exchanger 6 and the adsorber 7 between the highway 5 for supplying compressed air and the master cial pipe 8 installed conduit 21 with control valves 22 and 23.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
При работе в режиме термомеханического бурения скважин атмосферный воздух с загрязнениями в виде технологических и атмосферных твердых и каплеобразных частиц, а также парообразной влаги, поступает в фильтр 11, где отражается и по всасывающему патрубку 10 направляется в компрессор 9 для получения сжатого воздуха заданного нормированного значения, при этом привод 12 компрессора 9 находится в режиме максимальной скорости вращения. Сжатый воздух по магистральному патрубку 8 поступает через открытый регулирующий клапан 23, выключенный теплообменник 6, адсорбер 7 (регулирующий клапан 22 закрыт и в трубопроводе 21 не наблюдается движения сжатого воздуха), где осушается, т.е. очищается от парообразной влаги и далее по магистрали 5 подачи воздуха направляется к огнеструйной горелке 2, куда также по магистрали 3 подается топливо, в результате осуществляется термодинамическое бурение скважин.When operating in the thermomechanical drilling mode, atmospheric air with pollution in the form of technological and atmospheric solid and droplet-like particles, as well as vaporous moisture, enters the filter 11, where it is reflected and sent to the compressor 9 through the suction pipe 10 to obtain compressed air of a given normalized value, while the drive 12 of the compressor 9 is in maximum rotation speed. Compressed air flows through the main pipe 8 through an open control valve 23, a switched-off heat exchanger 6, an adsorber 7 (control valve 22 is closed and no movement of compressed air is observed in the pipe 21), where it is drained, i.e. it is cleaned of vaporous moisture and then goes along the air supply line 5 to the fire-jet burner 2, where fuel is also supplied through the line 3, as a result, thermodynamic drilling of wells is carried out.
Процесс регенерации адсорбера 7 осуществляются при удалении выбуренной массы из скважин, когда не требуется осушка воздуха, являющегося окислителем при сгорании топлива в огнеструйной горелке 2. Для увеличения срока эксплуатации адсорбера путем снижения интенсивности истирания его зерен, что наблюдается при равнообъемном пропускании через адсорбер 7 как осушаемого, так и регенерируемого объема воздуха, процесс десорбции осуществляется 15-20% объемам регенерируемого воздуха от объема осушаемого воздуха. Это достигается снижением давления регенерации и повышением температуры воздуха, поступающего на регенерацию адсорбера по сравнению с температурой воздуха, поступающего на осушку (см., например, Серпионова В.И. Промышленная адсорбция газов и паров. М.: Высшая школа, 1969, 388 с. ил.). В этом случае с пульта управления автоматически или вручную осуществляют частичное открытие регулирующего клапана 22 и частичное закрытие регулирующего клапана 23, таким образом, чтобы через включенный теплообменник 6 и адсорбер 7 проходило около 17% воздуха, вырабатываемого компрессором 9 с давлением регенерации, которое значительно ниже давления сжатого воздуха, поступающего на осушку, а остаточная (около 83%) масса воздуха через частично открытый регулирующий клапан 22 по трубопроводу 21 поступает непосредственно в магистраль 5 подачи воздуха. Воздух после адсорбера 7, насыщенный влагой десорбции, также направляется в магистраль 5 подачи воздуха, откуда после смешивания с основным потоком воздуха, поступающим по трубопроводу 21, направляется в скважину для удаления выбуренной массы.The process of regeneration of the adsorber 7 is carried out by removing the drilled mass from the wells, when drying of air, which is an oxidizing agent, is not required when fuel is burned in a burner burner 2. To increase the life of the adsorber by reducing the rate of abrasion of its grains, which is observed when the volume is drained through adsorber 7 as drained and regenerated air volume, the desorption process is carried out 15-20% of the volume of regenerated air from the volume of drained air. This is achieved by lowering the pressure of regeneration and increasing the temperature of the air entering the regeneration of the adsorber in comparison with the temperature of the air entering the dehydration (see, for example, Serpionova V.I. Industrial adsorption of gases and vapors. M .: Higher school, 1969, 388 p. . ill.). In this case, from the control panel, the control valve 22 is partially or partially opened automatically and the control valve 23 is partially closed, so that about 17% of the air produced by the compressor 9 with a regeneration pressure that is significantly lower than the pressure passes through the included heat exchanger 6 and the adsorber 7 compressed air supplied for dehydration, and the residual (about 83%) mass of air through a partially open control valve 22 through a pipe 21 enters directly into the air supply line 5 ha. The air after the adsorber 7, saturated with desorption moisture, is also sent to the air supply line 5, from where, after mixing with the main air stream entering through the pipe 21, it is sent to the well to remove the drilled mass.
При термодинамическом разрушении горных пород процесс удаления выбуренной массы осуществляется парогазовым потоком, получаемым в результате совместной подачи к огнеструйной горелке 2 воды по магистрали 4 и воздуха по магистрали 5, при этом основной характеристикой парогазового потока является количественный параметр, получаемый суммированием количества воздуха, поступающего в скважину, и пара, получаемого при интенсивном испарении воды. В результате отсутствия необходимости одновременного поддержания нормированного высокого давления сжатого воздуха, обеспечивающего как эффективный процесс термомеханического бурения, так и процесс продувки скважин, а также достаточности более низкого давления для поддержания необходимого парогазовому потоку уровня давления для эффективного удаления выбуренной массы из скважины в процессе регенерации адсорбера 7, работа компрессора 9 не требует режима максимально допустимой скорости вращения его привода 12 (см., например, Дмитриев А.П., Гончаров С.А. Термическое и комбинированное разрушение горных пород. М.: Недра, 1978, 303 с. ил.). Это является основой для оптимизации скорости вращения привода 12 компрессора 9 с поддержанием нормированных параметров сжатого воздуха, подаваемого в режиме термомеханического бурения, и количества его в режиме удаления выбуренной массы из скважин.In thermodynamic destruction of rocks, the process of removing cuttings is carried out by a gas-vapor stream obtained by jointly supplying water to the fire-burner 2 through line 4 and air through line 5, while the main characteristic of the gas-vapor stream is the quantitative parameter obtained by summing the amount of air entering the well , and steam obtained by intensive evaporation of water. As a result of the lack of the need to simultaneously maintain a normalized high pressure of compressed air, providing both an effective thermomechanical drilling process and a purge process, as well as the sufficiency of a lower pressure to maintain the required vapor-gas flow pressure level for efficient removal of the drilled mass from the well during adsorber regeneration 7 , the compressor 9 does not require the maximum permissible rotation speed of its drive 12 (see, for example, Dmitriev A. P., Goncharov S.A. Thermal and combined destruction of rocks.M .: Nedra, 1978, 303 pp. Ill.). This is the basis for optimizing the rotation speed of the drive 12 of the compressor 9 while maintaining the normalized parameters of the compressed air supplied in the thermomechanical drilling mode, and its quantity in the mode of removing the drilled mass from the wells.
В результате снижения давления в адсорбере 7 (осуществляется процесс продувки скважины), регистрируемого датчиком 14 давления, находящимся внутри адсорбера 7, сигнал его становится больше сигнала блока задания 17, и на выходе блока сравнения 16 появляется сигнал отрицательной полярности, который поступает на выход электронного усилителя 18. Сюда поступает и сигнал отрицательной обратной связи с блока 19 нелинейной обратной связи, который вычитается из сигнала блока сравнения 16. За счет этого в электронном усилителе 18 компенсируется нелинейность характеристики винтового компрессора ВК-11 (преимущественно используемого на станках термомеханического бурения, например СБТМ-20). Сигнал с выхода электронного усилителя 18 поступает на вход магнитного усилителя 20, где он усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на обмотку порошковой электромагнитной муфты 13 компрессора 9. Отрицательная поверхность сигнала электронного усилителя 18 вызывает уменьшение тока возбудителя на выходе магнитного усилителя 20, тем самым уменьшается и передаваемый порошковой электромагнитной муфтой 13 момент от привода 12. При этом уменьшается частота вращения компрессора 9, пока не станет равной заданной, соответствующей необходимому количеству воздуха меньшего давления, соответствующего как проведению процесса регенерации адсорбера 7, так и удалению, совместно с парообразной влагой, выбуренной массы из скважины. Таким образом достигается как экономия энергии на привод компрессора при производстве сжатого воздуха для различных технологических процессов (термомеханическое бурение скважин и удаление внутренней массы), так и увеличивается эксплутационная надежность устройства осушки воздушного окислителя - адсорбера путем снижения интенсивности истирания зерен адсорбента при одинаковых объемах прохождения осушаемого и регенерируемого воздуха, а это в конечном итоге снижает энергоемкость термодинамического бурения скважин.As a result of reducing the pressure in the adsorber 7 (a purge process is being carried out), recorded by the pressure sensor 14 located inside the adsorber 7, its signal becomes larger than the signal of the task unit 17, and a negative polarity signal appears at the output of the comparison unit 16, which is fed to the output of the electronic amplifier 18. The negative feedback signal from the non-linear feedback block 19, which is subtracted from the signal of the comparison block 16, is also received here. Due to this, the electronic amplifier 18 is compensated nonlinearly the characteristics of the VK-11 screw compressor (mainly used on thermomechanical drilling machines, for example, SBTM-20). The signal from the output of the electronic amplifier 18 is fed to the input of the magnetic amplifier 20, where it is amplified by power, rectified and fed to the winding of the powder electromagnetic clutch 13 of the compressor 9. The negative surface of the signal of the electronic amplifier 18 causes a decrease in the exciter current at the output of the magnetic amplifier 20, thereby decreasing and the moment transmitted from the powder electromagnetic clutch 13 from the drive 12. In this case, the rotation speed of the compressor 9 decreases, until it becomes equal to the set value corresponding to the necessary the amount of air of lower pressure, corresponding to both the process of regeneration of the adsorber 7, and the removal, together with vaporous moisture, of the drilled mass from the well. Thus, both energy savings on the compressor drive in the production of compressed air for various technological processes (thermomechanical drilling of wells and removal of internal mass) are achieved, and the operational reliability of the device for drying the air oxidizer - adsorber is increased by reducing the rate of abrasion of the adsorbent grains at the same volumes of passage of drained and regenerated air, and this ultimately reduces the energy consumption of thermodynamic well drilling.
Оригинальность предлагаемого технологического решения по снижению энергоемкости термомеханического бурения скважин заключается в том, что осуществлен процесс контроля изменения давления в устройстве подготовки воздушного окислителя - адсорбере с последующей автоматизацией вращения привода компрессора в различных технологических режимах, при этом оптимизация условий производства сжатого воздуха как по нормированному давлению при бурении, так и по нормированному его количеству при удалении выбуренной массы поддерживается регулятором давления, имеющим схемно-конструктивное решение, включающее блоки сравнения, задания, нелинейной обратной связи, электронные и магнитные усилители.The originality of the proposed technological solution to reduce the energy consumption of thermomechanical drilling consists in the process of controlling the pressure changes in the device for preparing an air oxidizer - an adsorber, followed by automation of rotation of the compressor drive in various technological modes, while optimizing the production conditions of compressed air as normalized pressure at drilling, and according to its normalized amount when removing the drilled mass is maintained pressure torch, having a circuit design solution, including blocks of comparison, tasks, nonlinear feedback, electronic and magnetic amplifiers.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004130519/03A RU2280749C2 (en) | 2004-10-18 | 2004-10-18 | Drilling rig for thermal-mechanical well drilling |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004130519/03A RU2280749C2 (en) | 2004-10-18 | 2004-10-18 | Drilling rig for thermal-mechanical well drilling |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004130519A RU2004130519A (en) | 2006-03-27 |
| RU2280749C2 true RU2280749C2 (en) | 2006-07-27 |
Family
ID=36388729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004130519/03A RU2280749C2 (en) | 2004-10-18 | 2004-10-18 | Drilling rig for thermal-mechanical well drilling |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2280749C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103527085A (en) * | 2013-10-17 | 2014-01-22 | 赵晴堂 | High-temperature flame assistant intelligent drilling machine |
-
2004
- 2004-10-18 RU RU2004130519/03A patent/RU2280749C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103527085A (en) * | 2013-10-17 | 2014-01-22 | 赵晴堂 | High-temperature flame assistant intelligent drilling machine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004130519A (en) | 2006-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4499946A (en) | Enhanced oil recovery process and apparatus | |
| CN101596389A (en) | Quenching and tempering device for cooling high-temperature fume | |
| US20220154568A1 (en) | Apparatus and method for harnessing energy from a wellbore to perform multiple functions while reducing emissions | |
| WO2004111412A1 (en) | Electric power supply equipment | |
| RU2280749C2 (en) | Drilling rig for thermal-mechanical well drilling | |
| CN202216277U (en) | Automatic control device for a combustor type industrial boiler | |
| CN102353073A (en) | Automatic control method for burner type industrial boiler and device for automatic control method | |
| CN103614509B (en) | A kind of carbon steel converter dry cloth bag dedusting process of whole process recovery waste heat and device thereof | |
| JP2013224815A (en) | Seawater heating device | |
| US20230073208A1 (en) | System and method for harnessing energy from a pressurized gas flow to produce lng | |
| CN116297676A (en) | Gas moisture on-line detection device and detection method | |
| JP2010249363A (en) | Method and device of cleaning heat transfer tube in boiler | |
| CN106731523B (en) | Pneumatic emulsification treatment device and method | |
| CN210373485U (en) | Catalytic combustion device capable of simultaneously adsorbing and desorbing | |
| KR20210109752A (en) | Exhaust system of combustion engine | |
| CN112856232A (en) | Compression and water removal integrated compressed air supply system and method | |
| CN208482176U (en) | The dust pelletizing system of flue gas of pneumatic steelmaking | |
| RU2692436C1 (en) | Compressor unit | |
| RU2294793C2 (en) | Installation for the compressed air dehydration | |
| KR100765855B1 (en) | Waste heat recovering apparatus for pdp furnace | |
| CN107583409A (en) | A kind of new VOC processing systems | |
| CN203835583U (en) | Double air intake duct of down-the-hole drill | |
| CN216572333U (en) | Sewage deodorization tail gas processing apparatus | |
| CN219128777U (en) | Waste gas treatment recovery plant | |
| CN210486285U (en) | Vacuum drying system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061019 |