Исследования и разработки по бурению горных пород плавлением в Японии
В научно-исследовательском институте развития природных ресурсов и борьбы с загрязнениями окружающей среды (Япония) проводятся исследования, связанные с разработкой техники и технологии бурения скважин плавлением в высокотемпературных породах. С этой целью разработан экспериментальный стенд, который помимо гидравлического блока для создания осевых усилий подачи до 30 кН, регулируемого источника электрической энергии мощностью 16 кВ-А, устройства для крепления блоков горной породы и контрольно-измерительных приборов и аппаратуры включает в себя устройство для нагрева породы до максимальной температуры 1100°С.
Исследования проводились с макетами пенетратора двух тИ>- пов: сплошным уплотняющим и кольцевым с устройством для удаления расплава. Конструктивно пенетраторы аналогичны разработанным в ЬАвЬ, нагревательный элемент изготовляется из пиролитического графита, корпус из молибдена. В качестве токопод — вода используется двойная бурильная труба, изготовленная из
50 мм от осевого усилия С.
|
V, мм/мин 30 |
 |
|
И, СМ 30 г |
|
25 |
|
600°С |
|
20 |
|
15 |
|
АООТ |
|
10 |
|
200СС |
|
5 |
|
10 20 30 40 С, кН |
|
5 10 15 т, мин |
|
Рис. 5.23. Зависимость скорости плавления пород I) при комнатной температуре пенетратором диаметром |
|
Рис. 5.24. Влияние температуры наг рева породы иа зависимость перемещения пеиетратора Н от времени т. |
алюминиевого сплава, внутренний и кольцевой каналы которой используются для циркуляции охлаждающей среды, а также для удаления части застывающего расплава из зоны забоя. Для питания нагревательного элемента пенетратора в нижней части внутренней трубы установлен молибденовый электрод, а в качестве теплоизоляционного материала, отделяющего молибденовый корпус пенетратора от двойной бурильной трубы используется нержавеющая сталь.
В процессе экспериментального бурения плавлением по блокам: базальта и гранита была достигнута средняя скорость проходки 7,2 мм/мин при средней мощности пенетратора 3,5 кВт и диаметре бурения 70 мм, при этом толщина застывшего слоя расплава на стенках составляла 10—20 мм. Результаты экспериментов, полученные при испытании пенетратора диаметром 50 мм на блоках породы при комнатной температуре и в условиях ее нагрева, представлены на рис. 5.23 и 5.24.
Анализ уже полученных результатов позволил японским исследователям сделать вывод об эффективности бурения скважин плавлением в высокотемпературных горных породах, а также в осложненных условиях при наличии в разрезах неустойчивых слабосвязных пород, зон и тектонических нарушений, затрудняющих использование традиционных механических способов бурения. Основным препятствием на пути внедрения нового способа бурения скважин является проблема материалов для изготовления пене — траторов, к которым ‘предъявляется целый ряд специфических требований, главными из которых являются достаточная механическая прочность, износостойкость и устойчивость к коррозии в условиях высоких температур и агрессивных свойств расплавов горных пород, а также проблема экономически оправданного материала для изготовления надежных в работе высокотемпературных нагревателей.