Технологические основы термического бурения скважин

Термическое бурение -способ бурения, основанный на разрушении горных пород на забое скважины высокотемпературными газовыми струями, вылетающими со сверхзвуковой скоростью из сопел огнеструйной горелки. Огнеструйная горелка, представляющая собой рабочий инструмент станка термического бурения, состоит из форсунки эжекторного типа для подачи жидкого горючего в распылённом виде, камеры сгорания, корпуса, сопел, чехла, днища и башмака.

Хорошо подвергаются термическому разрушению породы, имеющие ярко выраженную кристаллическую структуру с плотным цементом, массивной структурой, отсутствием или незначительным количеством низкоплавких минералов, глинистых включений. Продукты разрушения породы удаляются из скважины восходящим газовым потоком, образуемым из смеси продуктов сгорания и паров воды, которая вентилятором выбрасывается в атмосферу. Конструкция станков, используемых для термического бурения, определяется их назначением и видом применяемого окислителя.

Сущность термического бурения заключается в следующем. В камере сгорания горелки при сжигании топлива генерируется струя раскаленных газов, истекающих из сопел горелки со скоростями 1580-2200 м/с, нагревающих породу. Неравномерный нагрев породы порождает возникновение термических напряжений. Степень неравномерности прогрева породы возрастает вследствие вращения горелки, предопределяющий явление «шелушения» верхнего слоя породы. Отколовшиеся частицы выносятся из скважины парогазовой смесью, обнажая новые слои породы.

Поступательное движение штанги с горелкой способствует образованию скважины, диаметр которой зависит от скорости подачи горелки. Таким образом, управляя скоростью подачи, можно изменять диаметр скважины.

В отличие от механического способа разрушения при бурении, когда увеличение прочности пород приводит к снижению скорости внедрения, для термического бурения эффективность повышается.

Одним из вариантов термического бурения является термомеханический, когда нагрев породы совмещается с обычным механическим бурением, однако сам комплекс разрушающих инструментов достаточно сложен. Задача сводится к наложению на термические напряжения механических, в результате чего интенсифицируется разрушение. Как правило, тепловое нагружение осуществляется газовой или плазменной горелками, а механическое -шарошечным долотом.

Станок для термобурения.

Станок СБО -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.