На рис. 67 показана принципиальная схема установки для охлаждения вентиляционного воздуха и промывочной жидкости, отвечающая требованиям рациональной организации подземного бурения. Установка состоит из холодильной машины, включающей в себя, кроме обычных элементов, турбину и водоохладитель, причем турбина помещена между трубопроводом конденсаторной воды высокого давления и конденсатором. Часть отепленной конденсатор ной воды откачивается на поверхность, а другая часть поступает в водоохладитель, а оттуда при пониженной температуре в узел раствороприготовления. Турбина посажена на общий вал с буровым насосом, чем достигается снижение необходимой мощности его привода. Испаритель холодильной установки выполнен в виде двух параллельных, изолированных друг от друга перегородкой секций, через одну из которых подается в скважину охлаждаемая промывоч ная жидкость, а через другую — вентиляционный воздух, нагне таемый с поверхности через вентиляционный ствол. Покидающий рабочую площадку вентиляционный воздух проходит через водо охладитель, выполненный в виде форсуночной камеры или решетникового теплообменника, где охлаждает часть отепленной конденса торной воды, направляемой в узел раствороприготовления. Пре дусмотренное таким образом двухступенчатое охлаждение раствора,
подаваемого в скважину, |
—• |
до бурового насоса в водоохладителе |
и после бурового |
насоса |
в |
испарителе — является |
наиболее эф |
фективным и надежным. |
|
|
|
Таким образом, |
отличительными особенностями |
предложенной |
установки является наличие в ней эффективных устройств для охлаждения одновременно вентиляционного воздуха и промывочной жидкости и отвода теплоты конденсации при снижении затрат на водоснабжение буровой установки и по эксплуатации буровых насосов.
Как показали экспериментальные исследования, охлаждение жидкости в решетииковом охладителе в противотоке с исходящей струей рудничного воздуха является достаточно эффективным.
МЕСТНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ В БУРЯЩЕЙСЯ СКВАЖИНЕ
Помимо охлаждения промывочной жидкости, местное охлаждение в бурящейся скважине может производиться с целью обеспечения приемлемых температурных условий на отдельных участках или в ограниченном объеме, например внутри контейнера с исследова тельской аппаратурой, спускаемой в скважину, или на забое сква жины, например при его замораживании.
Для первого |
случая известна схема Ю. А. Колодяжного и |
Л. Б. Бермана, |
которая отличается применением многокаскадной |
(рис. 68) полупроводниковой батареи-холодильника из последо вательно соединенных термоэлементов, вмонтированных в корпус прибора: полупроводника с электронной (—) проводимостью
и полупроводника с дырочной (+ ) проводимостью, которые между со бой соединяются с помощью спайки. Многокаскадная батарея разме щается в корпусе между стенками. Батарея термоэлементов питается от кабеля, проложенного с поверхности, либо от кабеля электробура
спомощью делителя напряжения.
ВИТТФ АН УССР разработан способ охлаждения исследова тельской аппаратуры при сверхглубоком бурении, основанный на
прпмененпп погружного холодильного турбоагрегата, компрессор II конденсатор которого помещены в общий корпус, снабженный переводниками для присоединения к бурильной колонне, а испари тель помещается в контейнере охлаждающего прибора, образуя за счет испарения холодильного агента изотермическую низкотемпера турную оболочку вокруг источников питания прибора и элементов
1 г з 4
Рис. 68. Полупроводниковая батарея для охла ждения скважинной аппаратуры:
|
|
|
|
|
|
1 — полупроводник |
с |
электронной проводимостью; |
2 — полупроводник |
с |
дырочпоіі |
проводимостью; з — |
|
|
спай; |
I — корпус. |
измерительной |
схемы. |
Холодильный |
агент (фреон) циркулирует |
в замкнутом |
контуре.' |
компрессор — конденсатор — испаритель. |
Тепло конденсации холодильного агента отводится промывочной жидкостью, подаваемой к забою скважины по бурильной колонне, причем для прохода промывочной жидкости через конденсатор в корпусе холодильного турбоагрегата устроены кольцевые отвер стия. При этом тепло конденсаций не оказывает вредного влияния на температуру среды, окружающей прибор.
Приводом |
компрессора холодильного турбоагрегата служит та |
же турбина, |
которая приводит в действие долото. Этим обеспечи |
вается независимость работы турбоагрегата от источника электро энергии.
Таким образом, отличительной особенностью предлагаемого спо соба и его преимуществом но сравнению с другими известными способами является эффективное охлаждение автономного прибора с помощью холодильного турбоагрегата, в котором тепло конденсации отводится промывочной жидкостью и не оказывает отрицательного влияния на температуру окружающей прибор среды, а в качестве привода компрессора используется гидравлическая турбина, напри мер забойного турбобура, что позволяет освободиться от кабеля
для подали электроэнергии с поверхности. Благодаря этому охлажда емая автономная аппаратура может быть использована для иссле дования бурящейся скважины на максимально доступных глубинах
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
непосредственно в процессе бурения. |
|
|
|
|
Возможно также местное охлаждение в бу |
|
|
|
рящихся скважинах для решения отдельных |
|
|
|
технологических задач. Так, например, груп |
|
|
|
пой авторов * предложен способ замораживания |
|
|
|
жидкости в призабойной зоне между стенкой |
|
|
|
скважины и наружным рядом труб при бу |
|
|
|
рении двумя колоннами. При этом затрубное |
|
|
|
пространство |
наружной |
колонны |
2 (рис. 69) |
|
|
|
заполняется тяжелой жидкостью, служащей |
|
|
|
для укрепления ствола, а в кольцевом про |
|
|
|
странстве, образованном бурильными трубами 1 |
|
|
|
и 2, происходит циркуляция воздуха. |
Замора |
|
|
|
живание производится с целью уплотнения |
|
|
|
льдом внешнего затрубного пространства и от |
Рис. 69. Способ изо |
|
деления, |
таким образом, |
воздушного |
потока |
|
от раствора-заполнителя. |
Для этого на внут |
ляции забоя замора |
|
живанием |
раствора. |
|
ренней |
бурильной колонне монтируется газо |
|
1 , 2 — колонна; з — тур |
|
вая турбина 3, которая соединена с |
долотом 4. |
|
бина; 4 — |
долото. |
|
При работе |
турбины вследствие |
расширения |
|
|
в ней воздуха резко снижается температура, что позволяет, по расчетам авторов, заморозить промывочную жидкость.
МЕТОДИКА РАСЧЕТА НЕОБХОДИМОЙ ХОЛОДОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА БУРЯЩИХСЯ СКВАЖИН
Необходимая холодопроизводительность установки для охла ждения глинистого раствора или воздуха на поверхности перед подачей в скважину определяется по формуле
|
(?о = G(i2y— і0)5 |
(11.1) |
где |
і2у> 1о — теплосодержание охлаждаемой промывочной жидкости |
на |
входе и выходе из охладителя 1 (рис. |
70). |
Для глинистого раствора, если рассматривать его как однород
ную |
жидкость, |
можно |
вместо (11.1) записать |
|
|
|
|
|
Q o= G c p(і2у |
і 0), |
(11-2) |
где |
Cp — средняя |
теплоемкость раствора в интервале |
температур |
от t 2y до t 0 ( t 2y, |
t 0 |
— температура |
на входе и выходе из охладителя). |
* Г у с м а н |
М. |
Т., |
Ш м а р е в |
А. Т., |
Б у я н о в с к и й |
Н. И. Спо |
соб промывки скважины и устройство для осуществления способа. Авторское свидетельство № 132150, Вюлл. изобретений, 1960, № 19.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теплосодержание |
сжатого |
воздуха |
определяется |
по формулам |
|
|
|
|
г'3у = |
0 ,2 4 tау+ |
(595 + |
0,46*ау) |
|
Ю00 ’ |
(11.3) |
|
|
|
|
і 0 — 0 ,2 4 іо -f |
(595- I - 0,46g |
1000 ’ |
(11.4) |
|
где x 2y, x0 — влагосодержапие |
|
воздуха на входе и выходе нз ох |
|
ладителя; |
принимается в |
зависимости |
от температуры и давления |
|
’гц |
/ |
|
по приложению I. Теплосодержание сжатого воздуха |
|
I |
La |
можно также определить непосредственно по >— ж-ди- |
|
T |
t |
|
аграмме (рис. 71) В. Н. Зубарева и В. А. Маркина. |
|
|
В случае, когда теплообменник-охладитель про |
|
|
мывочной жидкости находится па значительном |
|
|
|
|
расстоянии от холодильной станции, в правой части |
|
|
|
|
формулы (11.1) |
добавляется |
величина потерь холода |
|
|
|
|
при циркуляции промежуточного холодоносителя, |
|
|
|
|
например |
воды, |
по |
трубопроводам, |
связывающим |
|
|
|
|
испаритель холодильной установки с охладителем. |
|
|
|
|
Эти потери обусловлены, как правило, нагреванием |
|
|
|
|
холодоносителя за счет теплообмена с окружающим |
|
|
|
|
трубопроводы атмосферным воздухом (в теплое время |
|
|
VP |
|
года) |
п утечками холодоносптеля пз циркуляцион |
|
|
|
ного |
контура, |
|
что |
вызывает необходимость в под |
|
Рис. 70. К рас |
питке |
системы |
|
водой |
более |
|
высокой |
температуры |
|
с ее последующим охлаждением. |
t„y на входе |
|
чету |
необходи |
Температура |
|
промывочной |
среды |
|
мой холодопро- |
в охлаждающее устройство определяется в резуль |
|
пзводптель- |
|
ностп при регу |
тате теплового расчета скважины по методике, раз |
|
лировании теп |
работанной в гл. |
3, 4 . Что же |
касается |
определения |
|
лового режима |
температуры 10 |
глпппстого |
раствора |
или сжатого |
|
бурящейся |
воздуха на |
выходе пз |
охлаждающего |
устройства, |
|
скважины. |
|
при которой обеспечивается |
поддержание заданной |
|
1 — холодильная |
|
установка. |
температуры t (h) на забое скважины |
или в любой |
|
|
|
|
другой точке по глубине ствола, то аналитические |
|
зависимости для их расчета нетрудно |
получить, |
если переписать ра |
|
венства для расчета температуры промывочных |
сред, |
приведенные |
вгл. 3 и 4, после подстановки в них соответствующих постоянных интегрирования, относительно входящей в них температуры на входе
вскважину. Эти зависимости при расчете температуры глинистого раствора в общем случае имеют вид:
прямая схема циркуляции
Tih |
|
(Щ— c%& |
+ С^еГ^1— £п0— — Р |
(11.5) |
t0— ■ |
/з |
где |
|
|
|
(С -1 ) ( Ч + а Я ) + 0 - 1 - 1 ) Г - ж « г -Я П + а - |
h |
|
fi—fa |
( 11.6) |
|
|
а д
(t-i) (Ч + о Я ) + ( с - 1 - ^ - ) / > - 4 г ( а - Д гН - » - ( ^ - Ч - р ) / 1
|
|
/і — /з |
|
|
f = |
П— гъ — КМ (r 1+rs) h_ |
( 11. 8) |
|
Та |
M ( h - h ) |
|
обратная схема циркуляции |
|
to= |
іі V1) — С'3еГ,Л + Cj&r *h— /Пд— oh — Т |
(11.9) |
|
^ |
где |
|
С.ч = |
|
|
|
|
(?- 1 ) ( Ч + сгЯ) + ( $ - 1 — ^ ) г - - ^ ( а _ £ 2)+ с о - ( ^ |
- Ч - г ) / 2 |
|
|
/ і - / 2 |
(11.10) |
|
|
Са = |
|
|
|
е - 1)(Ч + аЯ) + ( с - 1 - ^ - ) 7 - 4 - ( а - Я г) + Ш- ( - ^ |
~ Ч - г ) / ^ |
“ |
|
/1 /*2 |
( 11. 11) |
|
|
|
при расчете температуры сжатого воздуха при прямой схеме про
дувки без учета |
утечек |
воздуха через резьбовые соединения |
|
|
, |
і і ( Н ) - С 3ег 'н - г С лег'-н - і По- о |
Н - Р |
( 11. 12) |
|
0 - |
/зб |
|
|
|
|
где |
|
|
С3 = |
|
|
|
(Z-l)(tno + cH) + ^ - ^ |
^ y - - ± |
r ( 0 - D )+ a + [273(6-l) + tno+P)f2 |
|
|
|
h - f t |
|
(11.13) |
|
|
|
С, = |
|
|
|
|
|
|
|
|
(е -1(< п 0 + |
аЯ) + |
[ С - ^ ± ^ ) р - ^ - ( с т - 0 ) + с й + [273(б-1) + гПо + |
Р ] / І |
|
|
|
/1— /-2 |
|
(11.14) |
с учетом утечек воздуха |
|
|
|
t-Q— |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ У К ! - |
D2{ |
t\ - |
D1[ - І - |
- я 10) |
+ Я8] *2 - Е,Е5і2- |
|
+ |
~ М |
+ Е ?Е* + |
а д } - |
(11.15) |
