RU2212509C1

RU2212509C1 - Device for combined mechanical and thermal reaming of holes

Info

Publication number: RU2212509C1
Application number: RU2002108765/03A
Authority: RU
Inventors: Н.С. Кобелев
Original assignee: Курский государственный технический университет
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2003-09-20

Abstract

FIELD: mining industry, hole drilling. SUBSTANCE: device includes drill string with rock cutting members, torch located at end of drill string with fuel and air supplying main lines, dust-gas suppression plant with built-in tube for withdrawal of hot vapor-gas flow to ambient medium, control panel, electric heaters with adsorber which are successively installed in air supplying main line. Adsorber consists of two cylinders of different diameters installed in each other and limited by surfaces for accommodation of adsorbent. Installed between internal wall of large cylinder and external wall of small cylinder are vertically installed perforated zigzag partitions forming staggered contractions and diffusers. Contractions and diffusers are filled with adsorbent. Upper and lower grates are installed at inlet and outlet of adsorber. EFFECT: provided preset rate of thermal reaming of holes due to maintaining of rated quality of air drying. 2 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности, к бурению скважин. The invention relates to the mining industry, to drilling wells.

Известно устройство для совмещенного механического бурения и термического расширения скважин (см. авт. св. 1268710, М кл. Е 21 В 7/14, бюл. 41, 1986), содержащее буровой став с породоразрушающими элементами, размещенную в торце става горелку с магистралями подвода горючего и воздуха, установку пылегазоподавания со встроенной трубой для отвода горячего парогазового потока в окружающую среду, пульт управления, электронагреватели с адсорбером, которые последовательно установлены в магистрали подвода воздуха. A device for combined mechanical drilling and thermal expansion of wells (see ed. St. 1268710, M class E 21 B 7/14, bull. 41, 1986), containing a drill stand with rock cutting elements, placed in the end of the stand burner with highways fuel and air supply, a dust and gas supply unit with a built-in pipe to divert the hot steam and gas stream into the environment, a control panel, electric heaters with an adsorber, which are sequentially installed in the air supply line.

Недостатком данного устройства является высокая энергоемкость процесса бурения, обусловленная необходимостью затрат электрической энергии на регенерацию адсорбента. The disadvantage of this device is the high energy intensity of the drilling process, due to the need for the cost of electric energy for regeneration of the adsorbent.

Известно устройство для совмещенного механического и термического расширения скважин (см. патент РФ 2115793, МПК Е 21 В 7/14, Е 21 С 37/16, 1998, бюл. 20), включающее буровой став с породоразрушающими элементами, размещенную в торце става горелку с магистралями подвода горючего и воздуха, установку пылегазоподавления с встроенной трубой для отвода горячего парогазового потока в окружающую среду, пульт управления, электронагреватели с адсорбером, которые последовательно установлены в магистрали подвода воздуха, при этом адсорбер состоит из двух вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндров разного диаметра для размещения адсорбента. A device is known for combined mechanical and thermal expansion of wells (see RF patent 2115793, IPC E 21 B 7/14, E 21 C 37/16, 1998, Bull. 20), including a drill stand with rock cutting elements located at the end of the stand burner with fuel and air supply lines, a dust and gas suppression unit with a built-in pipe to divert the hot gas stream into the environment, a control panel, electric heaters with an adsorber that are installed in series in the air supply line, while the adsorber consists of two inserts one in the other and limited by the surfaces of cylinders of different diameters to accommodate the adsorbent.

Недостатком является снижение скорости термомеханического расширения скважин в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации из-за снижения качества осушенного воздуха, обусловленного неравномерностью распределения его по площади поперечного сечения адсорбера, а так как порозность слоя адсорбента выше у стенок цилиндров, чем в центральной части между ними, то здесь проходит и большее количество осушаемого воздуха, т.к. адсорбент у стенок цилиндров быстрее насыщается влагой, чем в центре, что и приводит к ухудшению качества осушки. The disadvantage is a decrease in the rate of thermomechanical expansion of wells in changing weather and climate conditions due to a decrease in the quality of dried air due to its uneven distribution over the adsorber cross-sectional area, and since the porosity of the adsorbent layer is higher at the cylinder walls than in the central part between them, then more air is drained here, as the adsorbent at the cylinder walls is more quickly saturated with moisture than at the center, which leads to a deterioration in the quality of drying.

Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение заданной скорости термического расширения скважин путем поддержания нормированного качества осушки воздуха, являющегося окислителем в горелке при изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации. The technical task of the invention is to provide a given rate of thermal expansion of the wells by maintaining the normalized quality of air drying, which is an oxidizing agent in the burner under changing weather and climate conditions.

Технический результат по достижению постоянства скорости термического расширения скважин в изменяющихся погодно-климатических условиях эксплуатации обеспечивается тем, что процесс подготовки воздушного окислителя для горелки, т. е. осушка атмосферного воздуха осуществляется в адсорбере, состоящем из двух вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндров разного диаметра для размещения адсорбента, при этом между внутренней стенкой большего цилиндра и внешней стенкой меньшего цилиндра вертикально установлены перфорированные зигзагообразные перегородки, которые образуют чередующиеся в шахматном порядке конфузоры и диффузоры, которые заполнены адсорбентом. The technical result of achieving a constant rate of thermal expansion of wells in changing weather and climate operating conditions is ensured by the fact that the process of preparing an air oxidizer for a burner, i.e., drying of atmospheric air, is carried out in an adsorber consisting of two cylinders inserted one into the other and bounded by different surfaces diameter to accommodate the adsorbent, while between the inner wall of the larger cylinder and the outer wall of the smaller cylinder are perforated zigzag partitions that form staggered confusers and diffusers that are filled with adsorbent.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг.2 - узел I на фиг.1 (адсорбер). In FIG. 1 shows a device, a General view; figure 2 - node I in figure 1 (adsorber).

Устройство для совмещенного механического бурения и термического расширения скважин содержит горелку с породоразрушающими элементами 1, магистраль 2 для подвода воздушного окислителя (воздуха), магистраль 3 для подвода горючего, установку пылегазоподавления 4, трубу 5 для отвода горячего парогазового потока, пульт управления 6, электронагреватели 7, адсорбер 8, представляющий собой два вставленных один в другой и ограниченных поверхностями цилиндра разного диаметра, для размещения адсорбента. При этом между внутренней стенкой 9 большего цилиндра и внешней стенкой меньшего цилиндра 10 размещены перфорированные зигзагообразные перегородки 11, которые образуют чередующиеся в шахматном порядке конфузоры 12 и диффузоры 13, заполненные адсорбентом. Внутренняя поверхность меньшего цилиндра 10 плотно посажена на внешнюю поверхность трубы 5 для отвода горячего парогазового потока в атмосферу. На входе и выходе в адсорбер установлены верхние 14 и нижние 15 решетки. A device for combined mechanical drilling and thermal expansion of wells includes a burner with rock cutting elements 1, line 2 for supplying an air oxidizing agent (air), line 3 for supplying fuel, a dust and gas suppression unit 4, a pipe 5 for removing hot steam and gas flow, a control panel 6, electric heaters 7 , the adsorber 8, which is two inserted one into the other and bounded by the surfaces of the cylinder of different diameters, to accommodate the adsorbent. Moreover, between the inner wall 9 of the larger cylinder and the outer wall of the smaller cylinder 10, perforated zigzag partitions 11 are placed, which form staggered confusers 12 and diffusers 13 filled with adsorbent. The inner surface of the smaller cylinder 10 is tightly seated on the outer surface of the pipe 5 to divert the hot vapor-gas stream into the atmosphere. At the inlet and outlet of the adsorber, the upper 14 and lower 15 gratings are installed.

При включении переключателя на пульте 6 управления процессом термического расширения скважин воздушный окислитель (воздух) от компрессора (не показан) по магистрали 2 подвода воздушного окислителя через выключенный электронагреватель 7 поступает к адсорберу 8. When you turn on the switch on the remote control 6 of the process of thermal expansion of the wells, the air oxidizer (air) from the compressor (not shown) through line 2 for supplying the air oxidizer through the switched off electric heater 7 is fed to the adsorber 8.

Равномерная эпюра скоростей осушаемого воздушного потока в поперечном сечении адсорбера 8 на входе в него поддерживается за счет "живого" сечения верхней решетки 14, что особенно важно для периферийной зоны адсорбера 8, где порозность слоя адсорбента выше, чем в его центральной части. Одновременно повышение расхода осушаемого воздуха через центральную часть адсорбера 8 приводит к эжектированию воздуха из пристенной зоны, вследствие чего эффективность процесса осушки повышается как за счет равномерного насыщения слоя адсорбента по сечению адсорбера 8, так и за счет повышения степени очистки воздуха. A uniform plot of the velocities of the drained air flow in the cross section of the adsorber 8 at the entrance to it is supported by the "live" section of the upper grill 14, which is especially important for the peripheral zone of the adsorber 8, where the porosity of the adsorbent layer is higher than in its central part. At the same time, an increase in the flow rate of drained air through the central part of the adsorber 8 leads to ejection of air from the near-wall zone, as a result of which the efficiency of the drying process increases both due to uniform saturation of the adsorbent layer over the cross section of the adsorber 8, and due to an increase in the degree of air purification.

Осушаемый воздух с оптимальной эпюрой скоростей после входной верхней решетки 14, обеспечивающей рациональный контакт с адсорбентом по поперечному сечению адсорбера 8, проходит последовательно участки конфузоров 12 и диффузоров 13, где непрерывно меняет свою скорость. Это приводит к турбулизации потока, повышению массообмена и перераспределению давления воздуха, т.е. наблюдается выравнивание аэродинамического сопротивления адсорбера 8, в результате обеспечивается равномерное омывание осушаемым воздухом всего объема адсорбента. Осушенный воздух через нижнюю решетку 15, поддерживающую равномерность эпюры скоростей и предотвращающую захват зерен адсорбента проходящим через адсорбер 8 потоком, поступает в горелку 1 с породоразрушающими элементами, куда одновременно подается горючее по магистралям 3. Drained air with an optimal velocity plot after the inlet upper grille 14, which provides rational contact with the adsorbent along the cross section of the adsorber 8, passes successively sections of confusers 12 and diffusers 13, where it continuously changes its speed. This leads to turbulization of the flow, increased mass transfer and redistribution of air pressure, i.e. equalization of the aerodynamic resistance of the adsorber 8 is observed, as a result, uniform washing of the entire adsorbent volume by drained air is ensured. Drained air through the lower grill 15, which maintains uniformity of the velocity diagram and prevents capture of adsorbent grains by a stream passing through the adsorber 8, enters the burner 1 with rock-cutting elements, to which fuel is simultaneously supplied via highways 3.

В результате происходит сгорание горючего и выделенная теплота расходуется на термическое разрушение горных пород без затрат на превращение влаги окислителя в перегретый пар, соответствующий температуре газовой струи. Следовательно, обеспечивается поддержание нормированной скорости термомеханического расширения скважин вне зависимости от погодно-климатических условий получения сжатого воздуха (окислителя) заданного качества. As a result, the combustion of fuel occurs and the heat released is spent on the thermal destruction of rocks without the cost of converting the oxidizer moisture into superheated steam corresponding to the temperature of the gas stream. Therefore, it is ensured that the normalized rate of thermomechanical expansion of wells is maintained, regardless of the weather and climate conditions for obtaining compressed air (oxidizer) of a given quality.

При включении переключателя на пульте 6 управления в режим продувки скважины смесь парогазового потока с выбуренной массой твердых частиц из скважины поступает в установку 4 пылегазоподавления, где отделяется от твердых частиц, а очищенный горячий парогазовый поток по трубе 5 выбрасывается в атмосферу. При движении парогазового потока по трубе 5, его теплота через внутреннюю поверхность меньшего цилиндра путем теплопроводности передается прилегающим к стенке цилиндра зерном адсорбента. А далее теплота парогазового потока теплопроводностью и конвекцией через отверстия перфорированных зигзагообразных перегородок 11 передается адсорбенту в конфузорах 12 и диффузорах 13, т.е. распространяется по всему объему адсорбера 8, нагревая зерна адсорбента до температуры регенерации. When the switch on the control panel 6 is turned on in the well purge mode, the gas-vapor mixture with the drilled mass of solid particles from the well enters the dust and gas suppression unit 4, where it is separated from the solid particles, and the cleaned hot gas-vapor stream through the pipe 5 is released into the atmosphere. When the vapor-gas flow moves through the pipe 5, its heat through the inner surface of the smaller cylinder by heat conduction is transferred to the adsorbent grain adjacent to the cylinder wall. And then, the heat of the vapor-gas flow by thermal conductivity and convection through the holes of the perforated zigzag partitions 11 is transferred to the adsorbent in confusers 12 and diffusers 13, i.e. spreads over the entire volume of the adsorber 8, heating the grains of the adsorbent to the regeneration temperature.

Одновременно сжатый воздух от компрессора (не показан) через выключенные электронагреватели 7, находящиеся в магистрали 2 для подвода воздуха, направляется на зерна адсорбента, находящиеся в конфузорах 12 и диффузорах 13 адсорбера 8. В результате осуществляется процесс регенерации и воздух, насыщенный влагой десорбции, поступает в горелку 1, увеличивая массу парогазового потока в скважине. Simultaneously, compressed air from the compressor (not shown) through the switched off electric heaters 7 located in the air supply line 2 is directed to the adsorbent grains located in the confusers 12 and the adsorber diffusers 13. As a result, the regeneration process is carried out and air saturated with desorption moisture enters into burner 1, increasing the mass of the gas-vapor stream in the well.

В случае необеспечения режима регенерации зерен адсорбента в адсорбере 8 за счет теплоты парогазового потока, выбрасываемого по трубе 5 в атмосферу, пульт 6 управления подает команду на включение электронагревателей 7, которые дополнительно подогревают регенерирующий воздух, в результате обеспечивается процесс десорбции в заданном режиме при минимальных затратах электрической энергии. If the regeneration mode of the adsorbent grains in the adsorber 8 is not ensured due to the heat of the vapor-gas stream discharged through the pipe 5 into the atmosphere, the control panel 6 gives a command to turn on the electric heaters 7, which additionally heat the regenerating air, as a result, the desorption process is ensured in the specified mode at the lowest cost. electrical energy.

Преимуществом данного изобретения является то, что осуществляется поддержание нормированной скорости термического расширения скважин, путем обеспечения качества воздушного окислителя за счет эффективной и мало энергоемкой осушки сжатого воздуха в адсорбере. Это достигается особенностью конструктивного исполнения адсорбера, заключающегося в установке в нем вертикально расположенных перфорированных зигзагообразных перегородок, образующих чередующиеся в шахматном порядке конфузоры и диффузоры, а также размещением на входе в адсорбер верхней решетки и на выходе - нижней решетки, обеспечивающих равномерную эпюру скоростей осушаемого воздуха в поперечном сечении адсорбера и повышающих массообмен за счет перераспределения давления воздуха при преодолении аэродинамического сопротивления конфузоров и диффузоров. An advantage of this invention is that the normalized rate of thermal expansion of the wells is maintained by ensuring the quality of the air oxidizer due to the efficient and low energy-intensive drying of compressed air in the adsorber. This is achieved by the feature of the design of the adsorber, which consists in installing vertically arranged perforated zigzag partitions in it, forming confusers and diffusers alternating in a checkerboard pattern, as well as by placing the upper grate at the inlet to the adsorber and the lower grate at the outlet, providing a uniform diagram of the velocities of the air being drained in the cross section of the adsorber and increasing mass transfer due to the redistribution of air pressure while overcoming the aerodynamic resistance to onfusors and diffusers.

Claims

A device for combined mechanical and thermal expansion of wells, including a drill stand with rock cutting elements, a burner with fuel and air supply lines located at the end of the stand, a dust and gas suppression unit with an integrated pipe to divert the hot gas stream into the environment, a control panel, electric heaters with an adsorber, which sequentially installed in the air supply line, while the adsorber consists of two cylinders inserted one into the other and bounded by the surfaces different diameters for accommodating the adsorbent, characterized in that between the inner wall of the larger cylinder and the outer wall of the smaller cylinder there are vertically perforated zigzag partitions that form staggered confusers and diffusers, while the confusers and diffusers are filled with adsorbent, and at the entrance and exit adsorber mounted upper and lower grilles.