Использование мощных электромагнитных полей и волн для интенсификации бурения скважин

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Использование мощных электромагнитных полей и волн для интенсификации бурения скважин

09.12.2019

До последнего времени усилия ученых и конструкторов были направлены на совершенствование механического способа разрушения горных пород при бурении скважин на основе традиционных решений (повышение износостойкости резцов, применение в буровом инструменте комбинаций механических инструментов и др.). Это направление не позволяет реально рассчитывать на резкое повышение производительности буровых машин при снижении их массы.

Одним из направлений в разработке новых принципов разрушения и ослабления прочности горных пород и руд является использование энергии электромагнитных полей и волн. На этой основе в ИГД им. А.А.Скочинсколго ведется разработка электро-физико-механического способа разрушения крепких пород в массиве путем воздействия энергии электромагнитных волн и полей при механическом нагружении массива и создание принципиально новых исполнительных органов породоразрушающих машин. Важнейшие требования, предъявляемые к этим органам:

• эффективное разрушение горных пород в массиве прочностью до 160 Mпa и более;

• снижение массы и габаритов породоразрушающих машин (в том числе буровых станков) в 2-3 раза при высокой их надежности и повышении в 2-3 раза производительности разрушения породного массива;

• экологически чистые процессы разрушения.

Теоретическими исследованиями установлено, что при электромагнитном воздействии на породу (без механического нагружения) существует два физических процесса:

• разрушение (шелушение породы);

• ослабление крепости породы.

Установлено существенное влияние напряженного состояния породы на эффективность разрушения. Экспериментально доказано, что при напряженном состоянии породы происходит ее шелушение с отделением шелушек перпендикулярно распространению волны. При действии на породу электромагнитной энергии усилие резания крепких песчаников снижается в несколько раз. Все это создало физические предпосылки для разработки комбинированного электро-физико-механического (СВЧ-механического) метода разрушения.

Намечено два направления промышленной реализации разработок электрофизических способов разрушения:

• создание электрофизического оборудования для безвзрывного разрушения отдельностей скальных пород;

• создание бурового оборудования нового поколения на основе разработки высокоэффективного СВЧ-механического бурового органа, предназначенного для бурения взрывных скважин в крепких породах. Работы по созданию такого бурового органа ведутся в ИГД им. А.А.Скочинского.

При бурении электро-физико-механическим (СВЧ-механическим) способом разрушение пород осуществляется при комбинированном воздействии на забой скважины мощного импульсного электронного поля и механического инструмента. При этом происходит разупрочнение или разрушение пород за счет:

• непосредственного действия электромагнитного поля на породы;

• резкой смены температуры (термоударов) в поверхностном слое породы за время импульсного воздействия;

• разрушения пород по каналам теплового пробоя.

С помощью механического инструмента после такого воздействия доразрушают ослабленную породу и осуществляют зачистку скважины от разрушенной породы. В результате этого значительно увеличивается скорость бурения и снижается износ породоразрушающего инструмента.

Разрушение пород СВЧ-механическим буровым органом производится при одновременном его вращении и подаче к забою по волноводу через резонатор импульсов СВЧ и сжатого воздуха для удаления разрушенной породы.

Использование в буровом органе резцового инструмента позволяет в дальнейшем применять при бурении крепких пород более экономичную шнеко-буровую зачистку. Мощность, расходуемая на удаление разрушенной породы, уменьшается в 2-3 раза по сравнению с пневматической очисткой при шарошечном бурении.

Авторы разработок утверждают, что внедрение описанного исполнительного органа позволит:

• резко повысить стойкость бурового инструмента к износу и увеличить в 3-5 раз скорость бурения в крепких породах;

• уменьшить не менее, чем в 5 раз осевое усилие на буровой инструмент;

• сократить массу бурового оборудования примерно в 2 раза и обеспечить тем самым большую его мобильность;

• снизить энергоемкость бурения;

• повысить экологическую чистоту буровых работ.

Область применения СВЧ-механического исполнительного органа — бурение скважин на угольных разрезах и рудных карьерах при прочности пород 80-160 МПа и более.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: