SK500792014A3 - Spôsob odstraňovania materiálov ich dezintegráciou pôsobením elektrickej plazmy - Google Patents

Abstract

Spôsob odstraňovania materiálov ich dezintegráciou, najmä kovových potrubí a nekovových materiálov predovšetkým v priestore vrtu tepelným rozrušovaním materiálov pôsobením plazmy vytvorenej v generátore plazmy, hydrodynamickým a/alebo gravitačným odstraňovaním rozrušených materiálov z priestoru vrtu tak, že usmernený tok plazmy na báze vodnej pary pôsobí na rozrušovaný materiál a synergickým účinkom tepelného vplyvu a exotermických chemických reakcií ho dezintegruje.

Description

Oblasť techniky

Vynález patrí do oblasti odstraňovania materiálov, najmä súčastí ťažobných vrtov a/alebo objektov v nich a to ich dezintegráciou pôsobením elektrickej plazmy. Vynález je založený na interakcii plazmy na báze vodnej pary s odstraňovanými súčasťami vrtov alebo objektami vo vrte.

Doterajší stav techniky

Stovky platforiem na ťažbu ropy a zemného plynu sa postupne ocitajú na konci svojej životnosti. V súčasnosti sa v dôsledku nedostatočnej rentability ťažby týchto rezervoárov zvažuje ich dočasné alebo trvalé odstavenie. Najdrahšou operáciou týchto odstávok je tzv. uzatvorenie a odstavenie vrtu (plug and abandonment), ktorého úlohou je vytvorenie prekážky brániacej úniku uhľovodíkov na povrch. Keďže sa jedná o postup vyžadovaný legislatívou, uzatvorenie a odstavenie vrtu poskytuje priestor pre inováciu a zvýšenú efektivitu.

Vo svete dosahujú tieto aktivity rekordnú úroveň, hlavne v Mexickom zálive a v Severnom mori. Uzatvorenie a odstavenie vrtu predstavuje významný podiel celkových nákladov na vyradenie vrtu z prevádzky. Väčšina vrtov je preto uzatváraná za najnižšie možné náklady na základe minimálnych požiadaviek stanovených regionálnym regulačným úradom. Správnym odstavením vrtu sa minimalizuje riziko nepredvídaného zvýšenia nákladov súvisiacich so škodlivými vplyvmi úniku uhľovodíkov ako aj ekologickými katastrofami.

Dôvodom pre realizáciu uzatvorenia a odstavenia vrtu je skutočnosť, že uhľovodíky by mohli unikať na povrch pozdĺž pôvodného paženia, resp. betónu. Postup uzatvorenia a odstavenia vrtu zahŕňa najmä frézovanie určitej sekcie oceľovej pažnice vrtu, frézovanie betónu oddeľujúceho pažnicu a horninový masív, vloženie zátky do tejto sekcie a na záver injektáž betónu uzatvárajúcej vrt. Takáto operácia sa opakuje viackrát, pričom počet takýchto operácií závisí od komplexnosti vrtu. Navyše veľká časť vrtov má pažnice z vysokopevných (legovaných) ocelí schopných odolať tlakovým prejavom rezervoáru. Tieto paženia je náročné frézovať a preto sa výskum upriamuje na iné nekonvenčné spôsoby ich odstraňovania.

Najnáročnejšou časťou sú prvé dve spomínané operácie, t. j. frézovanie pažnice a betónu, ktoré prinášajú najviac výziev. Konvenčné rotačné frézovanie produkuje špony, ktoré musia byť odstránené pred procesom injektáže betónu. Odstraňovanie týchto špôn však môže poškodiť ústie vrtu. Aby sa zabránilo problémom s integritou vrtu a nefunkčným ústim vrtu, je potrebné tento komponent demontovať, skontrolovať, vyčistiť a opraviť za značné náklady. Napríklad spoločnosti pôsobiace v Severnom mori musia odfrézovať a potom dôkladne vybetónovať minimálne dve 50 metrové sekcie vrtu nad každým produkčným horizontom. Druhou nevýhodou je potreba ťažkej vrtnej súpravy, ktorej denný prenájom je finančne veľmi náročný. Treťou nevýhodou je, že počas frézovania môže dôjsť k poškodeniu frézy a jej uviaznutiu, resp. uviaznutiu niektorej jej časti vo vrte.

Požiadavkou priemyslu je teda technológia, ktorá eliminuje uvedené nedostatky, t. j. negeneruje problematické špony, pre jej prevádzku je možné použiť jednoduchú, ľahkú a tým aj lacnú vrtnú súpravu a zároveň ktorá má vysokú spoľahlivosť. Súčasne používané technológie sú založené na použití hydraulicky ovládaného nástroja - frézy, ktorej hlavnou časťou sú frézovacie nože z tvrdokovu. Bežná operácia začína spustením frézy do požadovanej hĺbky vrtu, po ktorom sa spustí cirkulácia výplachovej kvapaliny. Cirkulácia aktivuje frézovacie nože, ktoré sa vysunú a ich rotáciou dochádza k frézovaniu paženia. Po skončení frézovania sa zastaví obeh kvapaliny a nože sa stiahnu naspäť do nástroja, ktorý je vytiahnutý na povrch. Nevýhodou tohto spôsobu je potreba ťažkej, a tým drahej vrtnej súpravy a častá výmena nástroja z dôvodu opotrebenia; tieto črty sú výraznejšie pre vrty nachádzajúce sa v mori. Navyše prenos krútiaceho momentu na lamely frézy vyžaduje rádovo vyššiu konštrukčnú tuhosť a má vyššie nároky ako štandardné vŕtacie nástroje.

Okrem frézovania paženia sa v ťažobnom priemysle vyskytuje ešte ďalšia operácia, kedy je potrebné rozrušovať oceľovú pažnicu alebo betón. Pokiaľ chceme vytvoriť nové bočné vetvy vrtu v existujúcom vertikálnom vrte, najprv musíme vytvoriť otvor na stene paženia. Z toho dôvodu sa využíva frézovanie otvoru alebo celej sekcie pažnice. Dôvody sú rôzne a zahŕňajú: uviaznutie nástroja, ktorý nie je možné odfrézovať iným spôsobom, vytváranie vstupu do iného horizontu, alebo rezervoára, kolaps vrtu v nižšej časti alebo geologické dôvody. Tento postup teda šetri náklady na vŕtanie nových vrtov zvýšením produkcie z existujúceho vrtu.

Nevýhodou súčasného spôsobu frézovania pažníc pre odklonené a horizontálne vrty sú rovnaké ako pre uzatvorenie a odstavenie vrtov.

Uvedené nedostatky je potrebné riešiť vývojom technológie, ktorá je schopná účinne odstraňovať aj legované druhy ocelí a využíva nástroj vysoko odolný voči opotrebovaniu.

Najrozšírenejšie mechanické frézovanie sekcií paženia je spomínané vo viacerých patentoch ako napr. US 8,555,955 One trip multiple string section milling of subterranean tubulars, US 6,679,328 Reverse section milling method and apparatus, US 8,225,884 Rotor underreamer, section milí, casing cutter, casing scraper and drill string centralizer, US 13/179,997 Downhole cutting tool and method. Podobne, vytváranie otvorov na stene paženia sa vykonáva hlavne frézovaním, napr. patent US Patent 7,537,055 Method and apparatus for forming a window in a casing using a biasing arm.

Patenty US 13/153,795 Method and systém for abandoning a borehole, US 13/694,208 Casing cutter, US 7,823,632 Method and apparatus for programmable robotic rotary milí cutting of multiple nested tubulars opisujú zariadenia na báze mechanických fréz explicitne so zámerom uzatvorenia a odstavenia vrtov. Patenty US 13/153,795 a US 13/694,208 sú pritom zamerané najmä na frézovanie viacerých do seba vnorených oceľových pažníc vrátane ich výplňového materiálu (koaxiálna sústava).

O tepelnom odstraňovaní paženia teplom pochádzajúcim z chemických reakcií sa zmieňujú napr. US 4,889,187 Multi-run Chemical cutter and method, US 6,598,679 Radial cutting torch with mixing cavity and method a o tepelnom odstraňovaní častí paženia (pre vytváranie odklonených, horizontálnych vrtov) napr. patenty US 6,722,435 Window forming by fláme cutting, US 6,971,449 Borehole conduit cutting apparatus and process, US 6,536,525 BI Methods and apparatus for forming a lateral wellbore.

Teplota procesu môže, ale nemusí presahovať teplotu odparovania kovov. Preto sa uplatňuje najmä tavenie paženia teplom generovaným exotermickými chemickými reakciami zmesi. Je potrebné vyzdvihnúť, že tento spôsob priamo nevyužíva oxidáciu samotného odstraňovaného (kovového) materiálu, ktorá by mohla priviesť ďalšie teplo do procesu. Odstraňovaný materiál je ohrievaný horúcim prúdom tekutej/zreagovanej zmesi.

WO 2013135583 A2 Method of well operation opisuje spôsob odstraňovania častí vrtu (predovšetkým oceľových pažníc, betónu, obklopujúcej geologickej formácie) pomocou exotermickej vložky, ktorá po zapálení v dostatočnej miere roztaví menované materiály a tieto materiály po vyhoretí zmesi zatuhnú do formy zátky. Nevýhody tohto riešenia spočívajú v potrebe presného stanovenia množstva tepla generujúcej zmesi pre kompletné alebo čiastočné odstránenie paženia. Po zapálení nie je možné horenie zmesi pozastaviť, čo vylučuje riadenie procesu počas jej priebehu.

Odstraňovanie objektov vo vrte usmerneným najmä tepelným účinkom spúšťaným chemickými reakciami je opísané napr. v US 7,997,332 Method and apparatus to remove a downhole drill cotlar from a well bore.

Medzi procesné podobné aplikácie zapadá rezanie kovových materiálov mimo vrtu. Kyslíkovoplameňové (oxyfuel) rezanie je najčastejšie používaným procesom na rezanie ocelí. V procese je kov najskôr predhrievaný teplom spaľovania paliva, najčastejšie acetylénu, ktorý má najvyššiu spalnú teplotu (okolo 3500 °C) a najkoncentrovanejší primárny plameň spomedzi všetkých technických plynov. Hlavným procesom je spaľovanie predhriateho obrábaného kovu prúdom kyslíka, ktorý teplom exotermických oxidačných reakcií roztaví kov a odstráni produkty spaľovania (trosku) z miesta rezu.

Plazmové rezanie je primárne proces tavenia. Konštrukcia typu plazmatrónu typicky pozostáva z centrálnej katódy a obklopujúceho chladeného plášťa zakončeného dýzou, ktorá stláča a usmerňuje výtok plazmy s teplotou až 30000 °C. Materiál sa roztaví tokom plazmy a je ním vytláčaný z miesta rezu. Elektrický obvod sa uzatvára cez obrábaný kovový materiál, ktorý je zároveň anódou. Takýto systém opisuje napr. patent US 6,963,0415 B2. Plazmotvorným médiom sú plyny ako O2, N2, Ar, H2 a iné, vrátane plynových zmesí. Zloženie obrábaného materiálu určuje výber plazmotvorného plynu. Chemická interakcia plazmy s obrábaným materiálom je obvykle nežiaducim vedľajším efektom. Výnimku tvorí rezanie oceli kyslíkovou plazmou, kde oxidácia železa zvyšuje teplotu taveniny, ktorá sa tak rýchlejšie odstraňuje.

Vodnú prímes do plazmotvorného plynného média využíva napr. plazmatrón, ktorý je predmetom patentu US 3,567,898. Voda je privádzaná do výtoku plazmy blízko koreňa oblúka v dýze, čo zaručuje okamžitú disociáciu vody, ktorá je endotermická, a teda ochladzuje plazmový tok. Zároveň však v blízkosti povrchu obrábaného materiálu s poklesom teploty plazmy dochádza ku spätnej rekombinácii, ktorá uvoľňuje užitočné teplo práve v mieste rezu. Prúd vody ďalej stabilizuje oblúk a napomáha v odstraňovaní nataveného kovového materiálu. V tomto prípade voda je iba asistenčnou prímesou, primárnym plazmotvorným médiom je plyn. Alternatívne prúd vody sa používa na vytvorenie ochrannej atmosféry okolo rezacieho oblúka.

Pri týchto spôsoboch prúd kyslíka resp. prúd plazmy pôsobia na malú plochu a odstraňujú iba malé množstvo materiálu. Nejedná sa teda o plošné pôsobenie tepla a exotermických oxidačných reakcií.

Prítomnosť vodnej pary v oxidujúcich plynoch a plynných zmesiach urýchľuje oxidáciu väčšiny kovov a ich zliatin pri vysokých teplotách (Saunders, S., Monteiro, M. & Rizzo, F., 2008. The oxidation behaviour of metals and alloys at high temperatures in atmospheres containing water vapour: A review. Progress in Materials Science). Vplyv vodnej pary na kinetiku oxidácie kovu je tiež teplotné závislý. Experimenty potvrdzujú vyššie rýchlostné konštanty oxidácie pri vysokých teplotách čistej pary oproti kyslíku (Yuan, J. et al., 2013. Comparison between the oxidation of iron in oxygen and in steam at 650-750“C. Corrosion Science, 75, pp.309-317). Najväčší efekt vodnej pary bol pozorovaný práve u Fe-Cr ocelí, ktoré sú podobné materiálu pažníc. Oproti kyslíkovej atmosfére v prípade čistej vodnej pary oxidačné reakcie ocele prebiehajú až o jeden rád rýchlejšie (Yuan, J. et al., 2014. Investigation on the Enhanced Oxidation of Ferritic/Martensitic Steel P92 in Pure Steam. Materials, 7(4), pp. 2772-2783).

Vyššie menované štúdie potvrdzujú oxidačné schopnosti vodnej pary, tieto procesy sa však týkajú zohriatej vodnej pary, ktorej oxidačná schopnosť je daná stupňom tepelnej disociácie, ktorá je neúplná. Elektrický oblúka je však schopný disociovať všetky molekuly vody, čo dáva predpoklad pre ďalšie urýchlenie a zosilnenie oxidačných reakcií, resp. pri vysokých teplotách plazmy iniciáciu iných reakcií a procesov.

Predošlé patenty GA Drilling (PP 50058-2012 Multimodálne rozrušovanie horniny termickým účinkom a systém na jeho vykonávanie a PP 50006-2013 Generovanie elektrického oblúka, ktorý priamo plošne tepelne a mechanicky pôsobí na materiál a zariadenie na generovanie elektrického oblúka) definujú procesy interakcie elektrického oblúka s najmä horninovým materiálom prostredníctvom tepelného a mechanického pôsobenia. Iba tepelné a mechanické účinky plazmy kovové materiály natavujú, odparujú, resp. taveninu a pary vytláčajú z miesta pôsobenia plazmy. Neiniciujú však chemickú transformáciu materiálu výhodnú pre jeho efektívne odstraňovanie. Uvedený rozsah a spôsob interakcie elektrického oblúka a rozrušovaného materiálu v týchto patentoch je preto nedostatočný pre zámer odstraňovania kovových materiálov. Uvedený nedostatok odstraňuje tento vynález, ktorý tepelný účinok plazmy rozširuje o tepelno-chemické, predovšetkým oxidačné pôsobenie plazmy.

Podstata vynálezu

Na základe výskumu interakcie plazma-oceľ a plazma-betón generátora plazmy na báze elektrického oblúka, vyvíjaného v spoločnosti GA Drilling (G. Horváth, interná správa GA Drilling, 2014, Bratislava) boli otestované správania sa materiálov vystavených pôsobeniu tepelných a tepelno-chemických procesov plazmy z vodnej pary a taktiež boli realizované experimenty dezintegrácie koaxiálnych sústav paženia. Experimenty boli síce uskutočnené na zemskom povrchu, ale podmienky simulovali sústavu umiestnenú vo vrte. Skúmaný odstraňovaný objekt pozostával z vnútorného a vonkajšieho potrubia z vysokolegovanej ocele s betónovou výplňou medzi koaxiálnymi potrubiami. Vnútorné potrubie bolo pripojené k potenciálu anódy plazmového zariadenia. Vonkajší priemer vnútorného potrubia bol 108 mm a hrúbka steny bola 5 mm. Experiment bol vykonaný pri atmosférickom tlaku zariadením s príkonom 60 kW s trvaním experimentu 180 s. Energia potrebná na odstránenie ocele a betónu bola H_p = 2,7 MJ/kg. Analýza kvality odstraňovania potvrdila, že segment vnútorného potrubia bol úplne odstránený v dĺžke 15 cm. To znamená rýchlosť odstraňovania vysokolegovanej ocele asi 70-80 kg/h, resp. rýchlosť odstraňovania paženia asi 2 m/h pri použitom výkone 60 kW.

Pri použití experimentálnej zostavy na rozrušovanie ocele a betónu vo vrte bolo možné vidieť z výsledku dezintegračného procesu, že rozrušené bolo nielen vnútorné, ale aj vonkajšie potrubie. Veľkosť dezintegrovaných fragmentov materiálu generovaných pri experimentoch vo vzduchu bola rádovo v jednotkách centimetrov. Oproti tomu odstraňovanie vo vodnom prostredí produkovalo podstatne menšie fragmenty s rozmermi desatín až jednotiek milimetrov.

Experimenty boli realizované s použitím materiálov odpovedajúcich oceľovým pažniciam používaným vo vrtoch. Legujúce prvky ako Ni, Mo a Cr a ich oxidy s vysokým bodom tavenia a vyparovania môžu brániť procesom dezintegrácie pri nižších teplotách (ŕ < 2200 °C), ale vďaka vysokým teplotám generovaného elektrického oblúka (vysoko nad bodom varu Mo 4600 “C, ktorý má najvyšší bod varu z uvedených prvkov) môže byť tento účinok výrazne potlačený až odstránený.

Pozorované zistenia a účinok tepelného a tepelno-chemického pôsobenia principiálne potvrdzuje mechanizmy dezintegrácie koaxiálnych sústav odpovedajúcich paženiu vo vrtoch.

Vyššie opísané synergické účinky tepelných a tepelno-chemických procesov doteraz neboli aplikované prostredníctvom priameho plošného pôsobenia vyneseného elektrického oblúka na kovové materiály. Nedostatky a nevýhody procesov spomínaných v doterajšom stave techniky odstraňuje predkladaný vynález a je východiskom k použitiu elektrického oblúka na účely odstraňovania kovových materiálov, predovšetkým paženia vrtu.

Bezkontaktný proces dezintegrácie materiálov tavením najmä steny paženia pomocou elektrickej plazmy umožňuje dezintegrovať a odstrániť vybrané časti paženia ako aj objekty vo vrte pomocou tepla a reaktívnych zložiek plazmy. K dezintegrácii paženia dochádza dezintegráciou najmä jeho kovových častí tepelnými a tepelno-chemickými procesmi vyvolanými plazmou na báze vodnej pary, vytvorenou v generátore plazmy. Generátor plazmy je umiestnený do priestoru vrtu a usmernený tok plazmy na báze vodnej pary obsahuje oxidačnú zložku, ktorá pôsobí na odstraňovaný materiál a dezintegruje ho tepelným účinkom a exotermickými chemickými reakciami. Nespornou prednosťou vody ako plazmotvorného média je prítomnosť vodíka v generovanej plazme. Vynikajúca tepelná vodivosť vodíka výrazne urýchľuje prenos tepla z plazmy do odstraňovaného materiálu.

Zmienený spôsob odstraňovania je určený najmä na uzatvorenie a odstavenie vrtu, vytvorenie odbočenia a nového zavedenia vrtu a odstraňovanie objektov vo vrte.

Podstata tohto vynálezu spočíva vtom, že uplatňuje vysoko produktívny spôsob odstraňovania rôznorodých, no najmä kovových materiálov tvoriacich paženie vrtu. Dezintegráciou oceľových pažníc a nadväzných štruktúr odstraňuje z miesta pôsobenia materiál za účelom vytvorenia priestoru pre ďalšie predmetné úpravy v danom mieste vrtu.

Je výhodné, ak usmernený tok plazmy na báze vodnej pary použitej na dezintegráciu materiálov je generovaný elektrickým oblúkom. Elektrický oblúk vzniká v generátore elektrického oblúka, pričom konštrukcia tohto generátora nie je predmetom tohto vynálezu. Rovnako ani spôsob vzniku elektrického oblúka v generátore elektrického oblúka nie je predmetom tohto vynálezu.

Vodná para privádzaná do elektrického oblúka sa ionizuje a disociuje. V centrálnej oblasti výboja s teplotami nad 4200 °C dochádza k úplnej disociácii vody na radikály H a O. Vrátane periférnych oblastí s nižšími teplotami generovanú plazmu tvoria najmä zložky H2O, H2, O2, OH, H, O, H⁺, O⁺, e (Boudesocque, N. et al., 2006. Hydrogen production by thermal water splitting using a thermal plasma. In Proceedings of 16th World Hydrogen Energy Conference. Lyon, France).

Elektrický oblúk sa zapaľuje medzi elektródami v telese generátora plazmy v prúde plazmotvorného média - vodnej pary, pričom po vytvorení elektricky vodivého plazmového prostredia medzi generátorom plazmy a kovovou pažnicou vhodne veľký elektrický potenciál privádzaný na pažnicu zabezpečí uzatváranie elektrického obvodu cez ňu, tzn. vynesený koreň oblúka sa z elektródy na telese generátora plazmy premiestni na povrch pažnice, ktorá začne plniť funkciu elektródy. Kontakt koreňa oblúka s odstraňovaným materiálom zabezpečuje vyššiu mieru jeho ohrevu a tým aj erózie.

Koreň oblúka je rozmietaný elektromagnetickým poľom a hydrodynamickým prúdením po vnútornom obvode paženia, čím sa zväčšuje plocha pôsobenia plazmy. Dezintegračný účinok elektrického oblúka možno zosilniť pulzným režimom, ktorý svojimi rázovými tlakovými prejavmi a krátkotrvajúcim zvýšením intenzity radiácie a rýchlosti plazmového toku zvyšuje účinok dynamického pôsobenia na odstraňovaný materiál.

Radiáciou plazmy a zrážkami častíc s exponovaným materiálom dochádza k odovzdávaniu energie materiálu, t. j. jeho ohrevu. Oxidačné reakcie sú ďalším zdrojom tepla. Pre uskutočnenie účinnej dezintegrácie ocele je výhodne zabezpečiť pracovné okno pre proces, ktoré je vymedzené bodom varu kovu a teplotou disociácie oxidu toho istého kovu (kde je to aplikovateľné). V prípade železa, hlavnej zložky vysokolegovanej ocele, pri atmosférickom tlaku toto okno pripadá približne na 3000 - 3350 °C, tzn. šírku pracovného okna 350 °C.

S nárastom tlaku sa toto pracovné okno posúva smerom k vyšším teplotám (Powell, J. et al., 2009. Laser-oxygen cutting of mild Steel: the thermodynamics of the oxidation reaction. Journal of Physics D: Applied Physics, 42(1), p.015504). V tomto pracovnom okne nastáva skokové zvýšenie množstva tepla uvoľneného oxidáciou Fe na FeO z 250 kJ/mol na 600 kJ/mol. Pri teplote procesu nad teplotou disociácie FeO nedochádza k exotermíckej oxidácii Fe a uplatňuje sa už iba tepelný účinok plazmy na túto zložku odstraňovaného materiálu.

Proces dezintegrácie výhodne prebieha nad 2900 °C, čo je minimálna teplota potrebná na odparenie ocele. Vysoko legované ocele vyžadujú teplotu aspoň 4000 °C na spoľahlivé odparenie, čo je dané vysokým bodom varu v procese dezintegrácie vzniknutých oxidov, najmä 02()3. Odparovanie zložiek je predpokladom pre produkovanie jemného práškového produktu v procese dezintergácie pažnice. S nárastom tlaku rastú požiadavky na teplotu procesu.

Frakcia vypareného a/alebo zreagovaného materiálu vplyvom hydrodynamického pôsobenia opúšťa plazmu a kondenzuje vo forme kovového prášku, kovového oxidu, pevnej spaliny alebo opúšťa priestor dezintegrácie vo forme plynu. Produkovaný prášok je dostatočne jemný, aby mohol byť vyplavený z vrtu prúdením vody.

Pri vysokej teplote prostredia dochádza k natavovaniu a odparovaniu materiálu paženia a súčasne prebieha intenzívna oxidácia zložiek odstraňovaného materiálu v reaktívnom prostredí plazmy. Teplo uvoľnené pri exotermíckej oxidácii prispieva k ohrevu materiálu. Oxidácia prebieha neustále na všetkých vznikajúcich rozhraniach kovu a plazmy (tečením taveniny - gravitácia, hydrodynamickým pôsobením na roztavený materiál). Tvorba trosky najmä oxidov zložiek paženia ako FeO, Fe2O3, Fe3O4, (>203 a iné.

Hydrodynamickým pôsobením toku plazmy a pôsobením gravitácie dochádza k premiešavaniu taveniny, ktorá tak opúšťa centrálnu oblasť pôsobenia plazmy, počas jej odtekania naďalej dochádza k oxidácii v kontakte s plazmou.

V periférnych oblastiach dochádza k rapídnemu ochladzovaniu a tuhnutiu taveniny. Rozdielna teplota tuhnutia, rôzna tepelná vodivosť a tepelná rozťažnosť kovu a vzniknutých kovových oxidov povedú k tvorbe pórovitej štruktúry trosky s veľkým počtom mikrotrhlín s vnútornými pnutiami a pnutiami na rozhraniach, ktoré sa uvoľňujú narušením rozhrania kov-oxid a vnútorným mechanickým štiepením oxidu. Mechanické zoslabovanie a štrukturálna degradácia materiálu.

Usmernený pohyb oblúka po vnútornom obvode paženia vytvára opakovanú fluktuáciu teploty a hydrodynamického toku média na povrchu rozrušovaného materiálu. Opakované tepelné namáhanie spôsobí postupné odlupovanie krehkých fragmentov stuhnutého kovového oxidu (trosky).

Odlupovanie je zosilnené pôsobením prebytkového vodíka z plazmy vodných pár. Rozpustnosť vodíka v kove rastie s teplotou materiálu a je významne vyššia v roztavenom kove ako v stuhnutom. Pri prudkom stuhnutí materiálu v ňom zostane vodík uväznený a tam môže rekombinovať na molekulárny plyn alebo za prítomnosti uhlíka na metán, čo tak zvyšuje pórovitosť a vnútorné pnutie a tým prispieva k štrukturálnej degradácii odstraňovaného paženia.

Vhodné asistenčné aditíva privádzané spolu s plazmotvorným médiom priamo do generátora plazmy a/alebo privádzané do toku generovanej plazmy vo forme prvku (napr. kovové prášky ako Fe, Al, alebo monoatomárny či molekulárny plyn ako napr. Ar, N2), zlúčeniny (napr. CO, CO2, alebo minerálny prášok), vo vode rozpustnej soli (napr. síran meďnatý), alebo kvapaliny (napr. peroxid vodíka) vstupujú do reťazca prebiehajúcich plazmo-chemických reakcií za účelom zvyšovania intenzity exotermických oxidačných reakcií, zabezpečenia tvorby výstupných produktov s požadovaným chemickým zložením a v požadovanom množstve.

Asistenčné aditívum obsahujúce elektricky vodivý materiál, výhodne Fe, Al, Cu alebo aj C, zabezpečuje kontinuálny prísun a tvorbu elektricky vodivej vrstvy na exponovanom povrchu odstraňovaného materiálu. Po dezintegrovaní oceľovej pažníce včelej jej hrúbke vytvára elektricky vodivú vrstvu na povrchu nekovovej obklopujúcej vrstvy - betónu. Tým sa udržuje oblúk v kontaktom režime s odstraňovaným materiálom a zabezpečuje zvýšenú teplotu procesu a eróziu nekovového materiálu priamym tepelným a hydrodynamickým pôsobením a teplom pochádzajúcim z exotermických oxidačných reakcií.

Vhodné asistenčné aditívum, výhodne napr. peroxid vodíka, privádzané spolu s plazmotvorným médiom priamo do generátora plazmy a/alebo privádzané do toku generovanej plazmy, taktiež mení kinetiku plazmochemických reakcií v prospech oxidácie odstraňovaného materiálu a v prípade privádzania do odtokového kanálu iniciuje chemické reakcie, najmä neutralizáciu dostatočného množstva prebytkového vodíka unikajúceho z miesta pôsobenia plazmy spätnou produkciou vody, alebo iných zlúčenín bez silných korozívnych alebo inakšie nevýhodných (napr. toxických, výbušných) vlastností.

Exotermické oxidačné reakcie môžu za vhodných teplotných stavov (najmä lokálne prudké prekročenie bodu varu) vyvolať explozívnu expanziu taveniny narušenej vzniknutými oxidovými prímesami, ktorého výsledkom sú fragmenty prevažne oblého tvaru s hladkým povrchom. Vhodné asistenčné aditívum a/alebo zvýšenie prúdu elektrického oblúka a/alebo rázová tlaková vlna generovaná pulzným režimom môžu tento efekt ďalej zosilniť.

Nekovový materiál (betón) sa odstraňuje najmä tepelným rozkladom a hydrodynamickým vyplachovaním uvoľnených jemných fragmentov dezintegrácie z priestoru plazmy.

Pevné produkty (fragmenty) dezintegrácie podľa hmotnosti prepadávajú do vrtu alebo sú vynášané nahor prúdením média vo vrte. Neuvoľnené pevné produkty dezintegrácie so zníženou pevnosťou sú mechanicky odstraňované tlakovými rázovými vlnami vyvolanými pulzným režimom elektrického oblúka, hydrodynamický pôsobením plazmy a/alebo plazmotvorného média a/alebo usmerneným prúdom vody, kontaktne stieracím a zhrňovacím nožom.

Proces dezintegrácie výhodne prebieha vo vodnom a/alebo v parnom prostredí. Vodné prostredie svojím tlakom pôsobí na elektrický oblúk a tým ho stabilizuje v priestore pôsobenia, ďalej napomáha zvyšovať teplotu plazmy. Samotný elektrický oblúk horí v parnom obale, vytvorenom z plazmotvorného média. Proces dezintegrácie vo vodnom prostredí je silne preferovaný pred plynným prostredím,keďže produkuje jemné fragmenty dezintegrácie, ako bolo potvrdené na obr.2.

Hlavné výhody riešenia

Hlavné výhody riešenia podľa tohto vynálezu sú nasledovné:

- Umožňuje odstraňovať časti, resp. sekcie oceľovej pažnice vrtu alebo koaxiálnej sústavy pažníc a s nimi spojený výplňový materiál (betón), za tvorby málo abrazívnych pevných produktov (fragmentov) s malými rozmermi a tým rieši celú šírku problémov, ktoré mechanický kontaktný spôsob odstraňovania vo vrte a v nadväzných technológiách prináša.

Metóda umožňuje účinnú štrukturálnu degradáciu ocele s vyššou rýchlosťou dezintegrácie Častí paženia vrtu. V porovnaní s konvenčnými prístupmi táto vlastnosť prináša značnú úsporu času.

- Bezkontaktná technológia odstraňovania prináša vyššiu spoľahlivosť vďaka zníženiu opotrebovania a rizika poškodenia nástroja oproti mechanickému kontaktnému spôsobu odstraňovania legovanej ocele.

Po častiach kontinuálne odstraňovanie paženia umožňuje efektívne odstraňovať rôznorodé materiály, vrátane vysokolegovaných ocelí.

- Selektívne voliteľná poloha a veľkosť odstraňovanej výseče paženia smerovou a plošnou aplikáciou nástroja na požadované časti paženia, resp. objekty a tým umožniť vytvorenie odbočenia a nového zavedenia vrtu.

- Riadené a kontrolované odstraňovanie so súčasným monitorovaním stavu dezintegračného procesu zvyšuje spoľahlivosť a kvalitu .

- Nie je potrebná ťažká vŕtacia súprava s výkonným vŕtacím nástrojom ako je to pri mechanickom kontaktnom spôsobe odstraňovania paženia. Automatizácia a riadenie elektrických veličín umožňuje zvýšiť bezpečnosť obsluhy.

- Dôsledné odstránenie materiálov umožňuje nepriepustné a povrchovo previazané uzavretie vrtu, ktoré výrazne znižuje riziko netesností a predlžuje životnosť a funkčnosť uzáveru vrtu.

- Účinné odstránenie ocele a betónu až po geologickú formáciu obklopujúcu vrt umožňuje následné spoľahlivé uzavretie vrtu, čo výrazne znižuje riziko netesností a úniku uhľovodíkov do okolia.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Obr. 1 Zostava a konfigurácia zariadenia rozrušovania paženia vrtu elektricky generovanou plazmou generátorom plazmy.

Obr. 2 Konfigurácia generátora plazmy-diagonálnej obvodovej rozrušovacej hlavy

Obr. 3 Konfigurácia plazmového generátora pre orientované odstraňovenie paženia za účelom vytvorenia okna/výseče pre odbočenie a nové zavedenie vrtu.

Obr. 4 Schéma modelu interakcií pri rozrušovaní ocele elektrickým oblúkom obrázok uvedený

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Je opísaný technologický proces bezkontaktného rozrušovania a odstraňovania kovových i nekovových materiálov paženia a objektov v priestore vrtu tepelným a tepelno-chemíckým účinkom. Podstata tu opisovaného výhodného uskutočnenia vynálezu spočíva vtom, že rozrušovaný oceľový materiál paženia je ohrievaný a vystavený pôsobeniu plazmy a s ňou spojeného prúdu média. To je generované z plazmotvorného a asistenčného média a následne v plošnom, v prstencovo tvarovanom a usmernenom výtoku z generátora plazmy je usmernené a emitované na povrch rozrušovaného paženia, kedy v kontakte s nataveným materiálom ocele dochádza na jej povrchu k exotermickým reakciám a k jej rozrušovaniu. Nezanedbateľnú funkciou procesu rozrušovania elektricky generovanou plazmou, okrem generovania samotného tepelného účinku je vytvorenie prítlaku prúdiaceho média prostredníctvom prúdu plazmy, asistenčného média a magnetického poľa, ktoré sa podieľajú na jeho pritláčaní k paženiu, ich interakcii s oceľovým pažením a následne zabezpečujú vynášanie a transport rozrušených a chemicky pretransformovaných častí paženia z miesta rozrušovania.

Systém zabezpečujúci technologický proces rozrušovania v príklade (obr. 1) vyhotovenia obsahuje nasledovné hlavné procesné časti:

- Generovanie elektrického oblúka 14, ktorý je zdrojom plazmy 11

- Tvarovanie a formovanie prúdu plazmy 11 a elektrického oblúka 14 na rozrušovaný povrch 7 pomocou magnetického poľa 17 usmerňujúcich a formujúcich prvkov: elektród, magnetov, ktoré silovo pôsobia na elektrický oblúk 14 a tvarujú ho v priestore medzi permanentnou elektródou 11 alternujúcimi sa elektródami 12 alebo 12'. Pre vynesený režim je elektródou 12' samotná kovová stena paženia 7 a pre nevynesený režim elektróda 12, ktorá je súčasťou generátora plazmy 10

Primiešavanie asistenčných aditív 16 do plazmotvorného média 15, ktoré vytvárajú teplo pri oxidácii kovov a vytláčajú produkty spaľovania z priestoru rozrušovania 4.

- V interakčnom priestore rozrušovania 4 dochádza k tepelným a tepelno -chemickým procesom, kde reagujú aditíva s materiálom paženia 7, 8, čim ho dezintegrujú

- Odstraňovanie zoslabeného dezintegrovaného materiálu prúdmi hlavného toku plazmy a pomocným prúdmi plniacimi ochrannú funkciu častí generátora 10. Účinok hydrodynamického pôsobenia toku plazmy pre odstraňovanie zoslabených častí paženia je intenzifikovaný pulzným režimom, ktorý je charakteristický pulznými energetickými výbojmi privádzanými do elektrického oblúka a taktiež do prúdu plazmotvorného média. Časť fragmentov pred samotným vynášaním do odtokového kanála je odstránená gravitačné na dno vrtu.

- Vo výtokovom kanáli 6 a v neutralizačnej oblasti 5 dochádza k sekundárnym reakciám, kedy sú eliminované voľné frakcie vystupujúcich plynov, prebieha prvotné schladenie, kondenzácia a následne usmernenie a vynášanie rozrušených fragmentov paženia.

Vrt 1 je tvorený pažením pozostávajúceho prevažne z oceľových do seba zapustených pažníc 7 viacerých priemerov, ktoré sú vyrábané z vysokolegovaných ocelí podľa špecifikácii API (American Petroleum Industry) štandardov a betónu 8, ktorý vypĺňa priestor medzi geologickou formáciou 2 a pažnicou 7. Vysokolegované ocele pažnice 7 obsahujú vysoký podiel legovacích prvkov (tzv. legúr), ktoré vylepšujú teplotné a pevnostné vlastnosti výslednej austenitickej štruktúry. Rozrušovacie zariadenie 3 je vsunuté do vrtu 1 a kotvené do jeho stien pomocou fixačných ramien 9, ktoré zabezpečujú stabilizáciu zariadenia vo vrte a jeho následný pohyb v axiálnom a radiálnom smere voči osi vrtu 1. Proces dezintegrácie kovových objektov je zabezpečovaný interakciou všetkých výtokových médií z generátora plazmy 10, najmä plazmového média 15 a rozrušovaného paženia 7 a to tvarovaním a pridávaním asistenčných aditív prúdu plazmy, ktoré je generované v generátore plazmy 10 v koncovej časti zariadenia

3. Generovaná plazma 11 je vytláčaná vo vymedzenom priestore prstenca z výtokového otvoru (štrbiny) generátora plazmy 10 smerom k rozrušovanému paženiu. Plazma 11 je generovaná medzi povrchmi elektród 12, 13 v generátore plazmy 10, pričom plazmotvorné médium obteká okolo elektrického oblúka, rotačné rozvádzaného po obvode elektródy 12. Prúd plazmy 11 je generátorom plazmy 10 a geometriou pracovného priestoru tvarovaný po obvode výtokového otvoru a smerovaný radiálne na valcovú stenu paženia 7. Prúd plazmy 11 je plošne prstencovo distribuovaný na povrch paženia 7.

Plazma 11 vplyvom tepelného účinku a pôsobením najmä oxidačných a asistenčných aditív pri kontakte s materiálom paženia 7 vyvoláva predovšetkým exotermické chemické reakcie na samotnom oceľovom pažení 7 a pri súčasnom uvoľňovaní teplo dezintegruje exponovaný materiál. Pri dodaní tepla a dosiahnutí teplôt nad 2900°C v závislosti od množstva prítomných legúr v oceli dochádza k rozviazaniu a uvoľňovaniu väzieb medzi feritickými a legovanými zložkami a k vzniku nových väzieb s asistenčnými aditívami, ktoré následne po chladnutí vytvárajú trosku. Pri ohriatí najmä ocelí s vysokým obsahom legúr chrómu je potrebná teplota 4000°C na jeho uvedenie do varu, čím je zabezpečené jeho štrukturálne rozloženie. Asistenčné aditíva v zmesi privádzaného média zabezpečujú riadenie priebehu reakcií a naviazanie nežiaducich najmä plynných médií v odtokovom kanáli (λ Počas a najmä po dezintegrácii oceľového paženia 7 je tepelným vplyvom dezintegrovaná aj výplň z betónu-cementu 8 až po geologickú formáciu 2.

Účinok rozrušovania oceľového paženia 7 je zosilnený erozívnym účinkom koreňa elektrického oblúka 14. Elektrický oblúk 14 je vynesený v iniciačnej a čiastočnej pracovnej fáze medzi elektródami 12 a 13 v generátore plazmy 10. Odtiaľ je následne vynesený pôsobením hydrodynamického toku plazmotvorného média 15 do tesnej blízkosti rozrušovaného povrchu paženia 7. Po vynesení oblúka z generátora plazmy 10 sa vynášaný koreň oblúka nastavením vhodných elektrických potenciálov rovnakej polarity na elektródach 12 a 12' premiestni z elektródy 12 na odstraňované oceľové paženie 7, ktorá tak plní funkciu samostatnej elektródy 12'. Na tavenú a dezintegrovanú časť paženia sú pridávané kovové materiály Cu, Fe, ktoré zabezpečujú vodivú cestu pre elektródu 12'. V mieste napojenia pažníc 7. rôznych priemerov, ktoré v prevažnej miere potrebujú byť Tieto mechanizmy sú výhodne využívané vo viacvrstvových koaxiálnych štruktúrach paženia 7 a najmä v mieste prekryvu redukovaného priemeru paženia 7, kde je elektrický oblúk 14 prenášaný medzi nevodivo spojenými pažnicami.

Účinok rozloženia generovanej plazmy 11 je zosilnený riadeným pohybom elektrického oblúka 14, čo je dosiahnuté magnetickým poľom 17 vytváraným permanentnými magnetmi v súčinnosti s výtokovým prúdom generovanej plazmy 11 a plazmotvorného média 15.

Elektrický oblúk 14 účinkom koreňa pohybujúceho sa po oceľovej pažnici 7, ktoré má zároveň funkciu elektródy 12', je pritláčaný prúdom média na povrch nekovového materiálu, ktorým je prevažne výplňový betón a pri kontakte s ním ho dezintegruje.

Do takto tvarovanej a generovanej plazmy 11 sú pridávané aditíva (kvapalné, plynné a pevné frakcie), ktoré počas tepelno-chemického účinku na materiál paženia 7 ho účinne zoslabujú a ten je následne hydrodynamický odstraňovaný a vyplachovaný z miesta rozrušovania 4 pomocou prúdu palzmy 11. Po interakcii s plazmou prebieha tepelno-mechanické rozrušovanie kombinované s rýchlym, cyklicky opakovaným , resp. pulzným ohrevom, ochladzovaním nataveného a cielene chemicky a štrukturálne pretransformovaného materiálu, ktoré umožňuje vzniknutým oxidom a zoslabeným častiam paženia 7 z dôvodu rôznej tepelnej rozťažnosti vznik prasklín, trhlín a odlupovanie fragmentov. Pri prudkých zmenách teploty a v natavenom materiáli paženia 7 rozpustených plynných prímesi s obsahom vodíka a kyslíka dochádza taktiež k mechanickým procesom zoslabovania, pnutiam, kontaminácii, čím sa znižujú pevnostné vlastnosti rozrušovaného paženia 7. Hydrodynamický účinok prúdu generovanej plazmy 11 zvyšuje dynamický účinok odstraňovania zoslabených materiálov paženia 7 pulzným režimom, kedy do elektrického oblúka 14 je generátorom plazmy 11 privádzané pulzne meniace sa napätie.

Príklad 2

Je opísaný proces bezkontaktného orientovaného rozrušovania a odstraňovania najmä kovových materiálov paženia a objektov v priestore vrte 1 bezprostredným súčasným účinkom tepelných a exotermickým termochemických reakcií a následné rozrušovanie, zoslabovanie, tavenie, čiastočnou a úplnou dezintegráciou časti paženia pre odbočenie a nové zavedenie vrtu. Príklad uskutočnenia je schematicky znázornený na obr. 3.

Podstata tu opisovaného výhodného uskutočnenia vynálezu spočíva v tom, že rozrušovaný objekt, v tomto prípade najmä časť oceľového paženia vrtu 7 a výplňového betónu 8 sú ohrievané plošne tvarovaným a priestorovo usmerneným tokom plazmy 11, ktorá je tvorená aktívnymi časticami, disociovanej vodnej pary elektrickým oblúkom a tým vytváranej zmesi oxidačného prostredia. Popri termálnej degradácii rozrušovaného materiálu súčasne v priestore rozrušovania 4 prebiehajú oxidačné exotermické chemické reakcie, ktorých výsledným produktom sú najmä oxidy FeO, Fe2O3, FesO^CXOa a iné tvorené z legovacích prímes. Proces rozrušovania paženia 7 prebieha vo vodnom, a čiastočne parnom prostredí, v ktorom prúd plazmového média čiastočne roztaví a prostredníctvom oxidácie degraduje exponovaný oceľový materiál a následne odstráni produkty spaľovania a oxidácie. Spôsob uskutočnenia vynálezu pre orientované odstraňovanie paženia za účelom vytvorenia okna/výseče pre odbočenie a nové zavedenie vrtu.

Systém, ktorý zabezpečuje technologický proces rozrušovania pozostáva z nasledovných hlavných častí:

- Generovanie plazmy 11 elektrickým oblúka 14 z privádzaného plazmotvorného média 15

- Tvarovanie a formovanie prúdu plazmy 11 a elektrického oblúka 14 na rozrušovaný povrch 7, ktorého súčasťou sú hydrodynamický (prostredníctvom plazmy 11) a magnetickým poľom 17 usmerňujúce a formujúce prvky-elektródy, výtokové dýzy, magnety, ktoré silovo pôsobia na elektrický oblúk 14 a tvarujú ho v priestore medzi permanentnou 13 a alternujúcou elektródou 12 (12') pre nevynesený (vynesený) režim, kedy pre vynesený režim je jednou z alternujúcich elektród 12,12' samotná kovová stena paženia 7 a pre nevynesený elektróda 12 v generátore plazmy 10

- Primiešavanie asistenčných aditív 16 do plazmotvorného média 15, ktoré vytvárajú teplo pri oxidácii kovov a vytláčajú produkty spaľovania.

- V interakčnom priestore rozrušovania dochádza k tepelným a tepelno -chemickým procesom, kde reagujú oxidačné aditíva a kontaminačné prímesy s materiálmi paženia 7,8, čim ho dezintegrujú

- Odstraňovanie zoslabeného dezintegrovaného materiálu je zabezpečené jej gravitačným odstraňovaním- prepadávaním do vrtu. Pri tuhnutí neoddelených častí dochádza pri zmenách teploty k ich tepelno-mechanickému rozrušovaniu, ktoré je vyvolané rozdielnymi objemovými zmenami. Vznikajú časti zoslabeného materiálu, ktorých fragmenty sú ľahko hydrodynamickým prúdom média a mechanickým škrabkami oddeliteľné. Tie sú pomocou hydrodynamického prúdu plazmy 11. zhasínajúcej plazmy a výtokovým médiom odstraňované z miesta dezintegrácie.

- Vo výtokovom kanáli 6 a v neutralizačnej časti 5 dochádza k sekundárnym reakciám, kedy sú eliminované voľné frakcie plynov, prebieha prvotné schladenie, kondenzácia a následne usmernenie a vynášanie rozrušených fragmentov paženia.

Vrt 1 je tvorený oceľovou pažnicou 7 a cementom 8, ktorý vypĺňa priestor medzi geologickou formáciou 2 a pažnicou 7. Rozrušovacie zariadenie 3 je vsunuté a kotvené do stien vrtu 1 pomocou fixačných ramien 9, ktoré zabezpečujú ukotvenie zariadenia vo vrte a jeho následný pohyb v axiálnom a radiálnom smere voči osi vrtu 1. Proces dezintegrácie kovových objektov je zabezpečovaný interakciou všetkých výtokových médií z generátora plazmy, najmä palzmového média 15 a rozrušovaného povrchu paženia 7 a to tvarovaním a pridávaním asistenčným aditív do prúdu plazmy, ktorá je generované v generátore plazmy 10 v koncovej časti zariadenia 3. Generovaná plazma 11 je vo vymedzenom priestore prstenca a z výtokového otvoru (štrbiny) generátora plazmy 10 vytláčaná a emitovaná smerom k rozrušovanému paženiu. Plazma 11 je generovaná medzi povrchmi elektród 12, 13 v generátore plazmy 10, pričom plazmotvorné médium obteká okolo elektrického oblúka, rotačné rozvádzaného po obvode elektródy 12 a jej výtok je smerovaný v plošne sústredenom kúželi na miesto interakcie s pažením 7. Plazma 11 vplyvom tepelného pôsobenia a pôsobením exotermických chemických procesov, najmä oxidačných reakcií s oceľovým materiálom dezintegruje paženi 7. Počas a najmä po dezintegrácii oceľového paženia 7 je tepelným vplyvom dezintegrovaná aj výplň z betónu-cementu 8 až po geologické podložie 2. Výtokový plazmový koláč je svojím smerovým priestorovým rozložením limitovaný na rozrušovanie vybranej časti paženia 7, pričom jeho pohybom v axiálnom a radiálnom smere je vymedzená plocha rozrušovanej časti paženia tak, aby výhodne rozrušovala časť paženia určenú pre vytvorenie otvoru a odstránenie paženia v mieste vetvenia vrtu.

Účinok rozrušovania oceľového paženia 7 je zosilnený erozívnym účinkom koreňa elektrického oblúka 14. Elektrický oblúk 14 je vynesený v iniciačnej a čiastočnej pracovnej fáze medzi katódou a anódou 12 a 13 v generátore plazmy 10. Odtiaľ je následne vynesený pôsobením hydrodynamického prúdu plazmotvorného média 15 do tesnej blízkosti rozrušovaného povrchu paženia 7. Po vynesení oblúka z generátora plazmy 10 sa vynášaný koreň oblúka nastavením vhodných potenciálov rovnakej polarity medzi elektródami 12 a 12' premiestni z elektródy 12 na odstraňované oceľové paženie 7, ktorá tak plní funkciu samostatnej elektródy 12\ Pri pohybe elektrického oblúka 14 po povrchu paženia 7 dochádza v interakcii s oxidačnými plynmi k explozívnemu odtavovaniu a odprskávaniu častí rozrušeného paženia

7. Procesy prebiehajúcu pri búrlivej oxidácii vyvolávajú prudkú explozívnu reakciu, pri ktorej sú časti taveniny, vznikajúce troskotvorné zlúčeniny a spaliny vytrhávané z dezintegrovaného povrchu paženia 7. Niektoré frakcie spalín a zoxidovaných produktov kondenzujú pri ochladení na jemný prášok.

Účinok rozloženia generovanej plazmy 11 je zosilnený riadeným pohybom elektrického oblúka 14, čo je dosiahnuté magnetickým poľom tvorenom permanentnými magnetmi 17 v súčinnosti s výtokovým prúdom generovanej plazmy 11 a plazmotvorného média 15.

Do takto tvarovanej a generovanej plazmy 11 sú pridávané aditíva (kvapalné, plynné a pevné frakcie), ktoré počas tepelno-mechanického a tepelno-chemického účinku na materiál paženia 7 ho účinne zoslabujú a ten je následne hydrodynamický odstraňovaný a vyplachovaný z miesta rozrušovania 4. Po interakcii s plazmou prebieha tepelno-mechanické rozrušovanie kombinované s rýchlym, cyklicky opakovaným , resp. pulzným ohrevom, ochladzovaním nataveného a cielene chemicky a štrukturálne pretransformovaného materiálu, ktoré umožňuje vzniknutým oxidom a zoslabeným častiam paženia 7 z dôvodu rôznej tepelnej rozťažnosti vznik prasklín, trhlín a odlupovanie fragmentov. Pri prudkých zmenách teploty a pri tvorbe sekundárnych plynných prímesí s obsahom vodíka a kyslíka dochádza taktiež ktepelno-mechanickým procesom rozrušovania, pnutiam, kontaminácii za účelom získania znížených pevnostných vlastností rozrušovaného paženia, ktoré sú hydrodynamický a tuhšie frakcie mechanicky odstraňované stieracím, zhŕňacím nožom 18. Vychladnutý a skrehnutý materiál, ktorý ostal v spojení so stenou paženia je axiálnym a rotačným pohybom generátora plazmy zoškrabávaný zhŕňacím nožom 18 umiestneným na protiľahlej, chladnej strane generátora plazmy 18.

Claims (24)

1. Patentové nároky

   1. Spôsob odstraňovania materiálov ich dezintegráciou, najmä kovových potrubí a nekovových materiálov predovšetkým v priestore vrtu, tepelným rozrušovaním materiálov pôsobením plazmy vytvorenej v generátore plazmy, hydrodynamickým a/alebo gravitačným odstraňovaním rozrušených materiálov z priestoru vrtu vyznačujúci sa tým, že usmernený tok plazmy na báze vodnej pary pôsobí na rozrušovaný materiál a synergickým súčasným účinkom tepelného vplyvu a exotermických chemických reakcií ho dezintegruje.
2. 2. Spôsob odstraňovania materiálov podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že usmernený tok plazmy na báze vodnej pary je generovaný elektrickým oblúkom.
3. 3. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku 1 a 2 vyznačujúci sa tým, že v mieste tepelného a exotermického chemicko-reakčného pôsobenia usmerneného toku plazmy na báze vodnej pary na rozrušovaný materiál, teplota odstraňovaného materiálu a príslušných medziproduktov rozrušovania prekračujú ich body varu 2900 až 3900°C, výhodne 3000-3350°C.
4. 4. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku 1 a 2, vyznačujúci sa tým, že rozrušovaným materiálom je legovaná oceľ a v mieste tepelného a exotermického chemicko-reakčného pôsobenia usmerneného toku plazmy na báze vodnej pary na odstraňovaný materiál, dosahuje teplota odstraňovaného materiálu a príslušných medziproduktov dezintegrácie aspoň 4000 °C.
5. 5. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku z nárokov 1 až 4 vyznačujúci sa tým, že procesov sa zúčastňujú asistenčné aditíva.
6. 6. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku z nárokov 1 až 5 vyznačujúci sa tým, že asistenčné aditíva sú privádzané spolu s plazmotvorným médiom priamo do generátora plazmy a/alebo sú privádzané do toku generovanej plazmy a/alebo sú privádzané do odtokového kanálu.
7. 7. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku z nárokov 1 až 6 vyznačujúci sa tým, že časť vodíka prítomná v prostredí rozrušovania sa viaže nä rozrušovaný kovový materiál a pri následných teplotných zmenách spôsobuje jeho zoslabnutie.
8. 8. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku z nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým, že odstraňovaným materiálom je koaxiálna sústava potrubí vo vrte.
9. 9. Spôsob odstraňovania materiálov podľa nároku 7 vyznačujúci sa tým, že aspoň jedno potrubie koaxiálnej sústavy potrubí je tvorené kovovým materiálom a obklopujúcim výplňovým nekovovým materiálom spolu tvoriace paženie vrtu.
10. 10. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku z nárokov 1 až 9 vyznačujúci sa tým, že teplo uvoľnené z exotermickej reakcie kovového materiálu ktorou je oxidácia, pôsobí na kovové a nekovové materiály a svojim pôsobením narušuje.
11. 11. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku .z, n á rokov 1 až 10 vyznačujúci sa tým, že odstraňovaný materiál súčasne plní funkciu elektródy '
12. 12. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku z nárokov V až 11 vyznačujúci sa tým, že pridávané asistenčné aditíva obsahujú elektricky vodivý materiál, výhodne Fe, Al, Cu, a kontinuálne vytvárajú elektrickú vodivú vrstvu na exponovanom povrchu odstraňovaného materiálu.
13. 13. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku z nárokov 1 až 12 vyznačujúci sa tým, že tok plazmy a pohyb koreňa elektrického oblúka po povrchu rozrušovaného materiálu sú usmerňované magnetickým poľom a/alebo hydrodynamickým prúdom plazmotvorného média.

    - y · ' ' > <.'
14. 14. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku z nárokov 1 až 13 vyznačujúci sa tým, že hydrodynamický prúd plazmotvorného média, plazmy, vodnej pary vznikajúci v generátore plazmy, svojím dynamickým účinkom odstraňuje zoslabený a degradovaný materiál paženiä'vrtu.
15. 15. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku z nárokov 1 až 14 vyznačujúci sa tým, že výsledný rozrušený a degradovaný materiál je odstraňovaný gravitačné.
16. 16. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku z nárokov 1 až 15 vyznačujúci sa tým, že na materiál pôsobí teplom opakovane a týmto opakovaným tepelným namáhaním materiálu dochádza k odlupovaniu zoslabených vrstiev odstraňovaného materiálu.
17. 17. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku z nárokov 1 až 16 vyznačujúci sa tým, že materiál je odstraňovaný explozívnou expanziou taveniny narušenej vzniknutými oxidovými prímesami.
18. 18. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku z nárokov 1 až 17 vyznačujúci sa tým, že materiál je mechanicky odstraňovaný po čiastočnom vychladnutí a skrehnutí rozrušovanej vrstvy.
19. 19. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku z nárokov 1 až 18 vyznačujúci sa tým, že aspoň časť rozrušeného kondenzuje na jemný prášok.
20. 20. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku z nárokov 1 až 19 vyznačujúci sa tým, že koreň elektrického oblúka v procese odstraňovania koaxiálnej sústavy potrubí sa spojito premiestňuje z jedného potrubia koaxiálnej sústavy smerom na ďalšie potrubie s väčším priemerom.
21. 21. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku z nárokov 1, 2 a 11 vyznačujúci sa tým, že elektrický oblúk pôsobí kontaktne na podstatnú časť nekovového materiálu umiestneného medzi koaxiálnymi vodivými/kovovými potrubiami.
22. 22. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku z nárokov 1 až 21 vyznačujúci sa tým, že dezintergačný účinok elektrického oblúka je zosilnený pulzným režimom.
23. 23. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku z nárokov 1 až 22 vyznačujúci sa tým, že proces dezintegrácie prebieha vo vodnom a/alebo parnom prostredí.
24. 24. Spôsob odstraňovania materiálov podľa ktoréhokoľvek nároku z nárokov 1 až 23, vyznačujúci sa tým, že usmernený tok generovanej plazmy pôsobí na vybranú časť materiálu a tým sa odstraňuje vybraná časť koaxiálnej sústavy vrtu.