Бурение пород с применением лучевой энергии

Электроимпульсное бурение

Перспективным направлением использования электроимпульсного способа бурения (см. раздел 3.2) – является сверхглубокое и глубинное (до 50км) бурение. Показана возможность передачи импульсов напряжения на такие глубины, опробованы погружные источники импульсного напряжения, показана возможность разрушения пород при высоких гидростатических давлениях (до 15МПа) и температурах (до 150^°С).

Известен способ разрушения пород с помощью оптических квантовых генераторов (лазеров). С их помощью можно достичь концентрации мощности до 1,55∙10¹²Вт/см², что дает возможность не только термически разрушать породы, но даже расплавлять, испарять их. КПД таких лазеров невысок. Пока проводятся только лабораторные исследования.

На рис.1.10 приведена схема газо-лазерного бура Гладстоуна (США), в котором используется смесь азота, СО₂ и гелия. Диаметр пучка 44,5мм, концентрация энергии 3,04∙10⁸Вт/см². Испытания проведены на гнейсах, гранитах, мраморе, сланцах. Результаты хорошие.

Рис. 1.10 – Газо-лазерный бур

1 – рубиновый кристалл

2 – расширитель

3 – линза

4 – электрические кабели

5 – каналы для подачи промывочной жидкости

6 – отражающая поверхность

7 – когерентный световой луч

На рис.1.11 показана схема электронно-лучевого бура, электронные лучи которого образуются посредством ускорения движения электронов между катодом и анодом при напряжении 5-150 кВт.

Рис.1.11 – Электронно-лучевой бур

1 - электрические кабели

2 - анод

3 - вакуум

4 - преломляющая катушка

5 - сальниковое уплотнение

6 - канал для подачи промывочной жидкости

7 - катод

8 - фокусная решетка

9 - фокусная линза

10 - расширитель

11 - электронный луч

Этот способ более перспективен, так как:

- позволяет получить более высокую плотность энергии (5∙10⁹-5∙10¹⁰Вт/см²);

- может быть реализован малогабаритными устройствами, питаемыми от сети 380В;

- не требует обязательного механического перемещения по забою, легко управляем;

- имеет высокий КПД;

- нагревание породы нефокусированным лучом снижает их сопротивляемость в 40-500 раз;

- потери энергии небольшие – около 10% (при огнеструйном бурении – до 90%).

-

Фирмой Westernhаuse разработано и испытано устройство «электронный луч» для резания породы и бетона. Мощность 9-12кВт, разрабатывается устройство мощностью до 100 кВт. Источник энергии – генератор на 220В. Суммарная масса не более 135кг.

Устройство способно разрушать любую породу на расстоянии до 75мм. Скорость резания – 25-800мм/мин.

Недостатки электронно-лучевого способа:

- большие габариты и высокая стоимость;

- лучевая энергия не передается по волноводу – надо размещать генератор лучей в забойной зоне.

Дата добавления: 2014-11-29