БУРОВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ

Термическое бурение скважин

Термическое бурение основано на принципе разрушения породы под воздействием высоких термических напряжений, возникающих в ней при интенсивном поверхностном нагреве. Эти напряжения тем

Больше, чем больше температурный градиент, т. е. перепад тем­ператур от нагреваемой поверхности в глубь массива. Величина температурного градиента зависит от плотности теплового потока д

„ ккал

На поверхности породы и от теплопроводности породы h м ч &

*г = ч_ = «У г-'.) П04)

Dl I \

Где а — коэффициент теплоотдачи от газового потока к по­роде, ккал/м2 • ч • град] tr и tn — температура газа и поверхности породы, град.

Для разрушения гранита, например, необходим тепловой поток q — 3,6-106 ккал/м2-ч, а для железистого кварцита 5,4 X X 106 ккал/м2 -ч. Для получения тепловых потоков такой величины применяют реактивные горелки.

На рис. 141 показана медная реактивная горелка со стальным кожухом, которая крепится к трубчатой штанге. По штанге в ко­жух горелки подается вода для охлаждения. По двум трубкам, про­ходящим внутри штанги, к горелке поступает кислород под давле­нием 15—20 ат и керосин под давлением 8—12 ат. В камеру сгора­ния вводится смесь кислорода и тонкораспыленного керосина. При сгорании этой смеси под давлением 20—40 ат в реактивней горелке развивается температура до 2000—3000° С. Расширенная в сопло­вом аппарате горелки газовая струя выбрасывается со сверхзвуко­вой скоростью (1500—2000 м/сек) на поверхность забоя скважины, мгновенно нагревая тонкий поверхностный слой породы до очень высокой температуры. Вследствие этого в породе возникают боль­шие температурные напряжения и она растрескивается на мелкие частицы. Разрушенная порода выносится из скважины продуктами горения и парами воды, подаваемой для охлаждения горелки. Тем­пературу и скорость газовой струи регулируют так, чтобы избежать плавления породы, иначе скорость бурения резко уменьшается.

Для обеспечения равномерного разрушения породы по всему забою и ровной боковой поверхности скважины штанга с горелкой
врашается со скоростью 6—30 об/мин и плавно подается в сква­жину по мере ее углубления.

Буровой огнеструйный станок СБО (рис. 142) состоит из основ­ной рамы на гусеничном ходу, кабины и расположенного в ней оборудования. На передней части рамы укреплены мачта 1 и ротор, вращающий буровую штангу с горелкой. Опускание-подъем штанги производится с помощью лебед­ки и каната 2, к которому под­вешивается штанга посред-

■Кислород \ Керосин

Ством особого устройства, состоящего из разрезной муфты и тройного верт­люга-сальника, позволяющего подвес­ти к вращающейся штанге кислород, воду и керосин по трем неподвижным шлангам. Выходящие из скважины газы и мелкая разбуренная порода отсасываются от скважины и отбрасываются в сторону от станка вентиляционной установкой 3 производительностью 300 м3/мин. Более крупные частицы породы падают вблизи устья скважины.

Станок имеет бак для воды емкостью 3,3 лг3, бак для керосина емкостью 0,6 м3 и насосы для подачи воды и керосина к горелке.

Кислород подвозят в баллонах большой емкости, по 12 балло­нов на двухосном прицепе общей емкостью около 730 м3 кислорода.

Масса станка 36,5 т, глубина бурения до 17 м, диаметр сква­жины 200—250 мм при наружном диаметре горелки 130—160 мм.

При бурении скважин по кварцитам получены следующие ре­зультаты: производительность станка 4—7 м/ч, средний расход кислорода 220—240 м3/ч, керосина 110—125 л/ч и воды 2,5—3,6 м?/ч.

Производительность станка СБО в 5—6 раз выше, чем канатно- ударного станка. Термическое бурение наиболее эффективно в весь­ма крепких кварцсодержа. щих породах — кварцитах, песчаниках, гранитах и т. п.

Бузулукский завод подготовил, к выпуску новую модель станка — СБО-2. Глубина бурения увеличена до 20 м, автоматизирована по­дача горелки на забой и подача в горелку компонентов в нужном соотношении, предусмотрена возможность работы горелки на двух режимах — нормальном для бурения скважин диаметром 180—250 мм и форсированном для образования котлов диаметром до 400 мм.

Дальнейшее развитие термического способа бурения в настоя­щее время идет по двум направлениям:

1) замена газообразного кислорода (расход его при бурении очень велик и в нем ощущается острый дефицит) жидким окисли­телем (например, азотной кислотой). Это позволит увеличить в не­сколько раз подачу топлива в горелку и тепловой поток. В резуль­тате скорость бурения увеличивается в 5—7 раз;

2) замена газообразного кислорода подогретым сжатым возду­хом. Интенсивность теплового потока при этом уменьшится, но в породах, не требующих больших тепловых потоков, способ этот будет вполне эффективен, что уже проверено на Бакальском место­рождении железистых кварцитов. Применение воздуха вместо кис­лорода снизит стоимость бурения.