RU2372466C2

RU2372466C2 - Drilling rig for explosive method for drilling

Info

Publication number: RU2372466C2
Application number: RU2008110276/03A
Authority: RU
Inventors: Василий Григорьевич Найда (RU); Василий Григорьевич Найда
Original assignee: Василий Григорьевич Найда
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2009-11-10
Also published as: RU2008110276A

Abstract

FIELD: oil and gas production.

SUBSTANCE: invention relates to drilling field and can be used for drilling of ultradeep well. Drilling rig includes tower, winch with motor and gearbox, polyspast system with load hook, connected to self-loading cartridge for bearing out from well to the surface of rock destroyed by means of explosive gear, bottom of which is implemented in the form of two leafs, merely supported in its bottom part, with ability of its return rotating in vertical plane and support on bearing elements with formation of mentioned bottom. Installation is outfitted by hand truck for supplying to wellhead of hollow container and transportation from mouth of container with rock. Hand truck allows additional area for location on it and supplying to wellhead of exploding charge, implemented in the form of bomb, placed in depth charge thrower, containing draw tube, release and retraction lock for bomb, connected to electric drive. In container it is installed tank, allowing in cross-section shape of rectangle, and container by means of pins is suspended to cross bar, shape and dimensions of which repeat shape and dimensions of container. Cross bar in top part is implemented with pot for catching of rock during explosive charging of container, on pot of cross bar it is fixed pin, connected to load hook of polyspast system, and for self-loading of container in bottom under bottom of container, in channel, allowing semicircular shape, throughout the perimetre of container from internal side it is placed supported by bars explosive. Two container leaves are fixed on opposite sides of inner walls of container, and before charging of container there are inclined suspended on hooks with ability of its release and recess action.

EFFECT: invention provides for reduction of costs for drilling of ultradeep wells of high diametre.

20 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области бурения, а именно к установке взрывного способа бурения, и может быть использовано для бурения суперглубоких скважин, практически через всю толщу Земной коры, диаметром до четырех и более метров.The invention relates to the field of drilling, and in particular to the installation of an explosive drilling method, and can be used for drilling super-deep wells, almost through the entire thickness of the Earth's crust, with a diameter of up to four or more meters.

Известна буровая установка вращательного способа бурения, включающая вышку, полиспастную систему, крюк, буровую лебедку, двигатель, редуктор, коробку переменных передач, насосы, буровые растворы (см. Н.А.Сидоров. «Бурение и эксплуатация нефтяных и газовых скважин». М., «Недра», 1982, стр.12-14, Технологическая схема бурения скважин).Known drilling rig of a rotary drilling method, including a derrick, pulley system, hook, drawworks, engine, gearbox, variable gearbox, pumps, drilling fluids (see N. A. Sidorov. “Drilling and operation of oil and gas wells.” M ., "Nedra", 1982, pp. 12-14, Technological scheme of well drilling).

Но этот тип буровых установок маломощный, отличается низкой производительностью, кроме того, они не могут работать в условиях обширных каверн, пустот и разломов, а использование промывочных растворов не позволяет им работать уже при температуре 200-250°С. В этих условиях растворы кипят, испаряются, густеют, и в конечном итоге бурение прекращается.But this type of drilling rigs is low-power, characterized by low productivity, in addition, they cannot work in conditions of extensive caverns, voids and faults, and the use of flushing solutions does not allow them to work even at a temperature of 200-250 ° C. Under these conditions, the solutions boil, evaporate, thicken, and ultimately the drilling stops.

Наиболее близким решением к заявляемому устройству (прототип) является буровая установка, включающая вышку, лебедку с двигателем и коробкой перемены передач, полиспастовую систему с грузовым крюком, связанным с самозагружающимся цилиндрическим контейнером для выноса из скважины на поверхность разрушенной посредством взрывного снаряда породы, днище которой выполнено виде двух створок, шарнирно закрепленных в его нижней части, с возможностью их возвратного поворота в вертикальной плоскости и опоры на опорные элементы с образованием упомянутого днища (см. SU 732448, 1980, всего 5 стр.).The closest solution to the claimed device (prototype) is a drilling rig, including a derrick, a winch with an engine and a gearbox, a chain hoist with a cargo hook connected to a self-loading cylindrical container for carrying out from the well to the surface of the rock destroyed by an explosive projectile, the bottom of which is made in the form of two wings, pivotally mounted in its lower part, with the possibility of their return rotation in the vertical plane and support on the supporting elements with the formation of curved bottom (see SU 732448, 1980, total 5 pages).

Основным недостатком данного типа буровых установок является то, что в ее конструкции предусмотрено совмещение двух технологических операций - подрыв в забое породы и одновременный выброс ее во внутреннюю часть желонки. Т.е. в этом случае желонка всегда находится в зоне подрыва породы, и незначительное увеличение мощности заряда может привести к ее разрушению. Поэтому мощность заряда строго ограничена, и как следствие, ограничена и производительность установки. Кроме того, створки днища открываются под действием взрыва, а на пути выброшенной взрывом породы, в нижней части желонки, по ее центру установлена ось, на которой установлены эти же створки. Выброшенная взрывом порода, ударяясь об створки и ось, теряет часть своей кинетической энергии.The main disadvantage of this type of drilling rigs is that its design provides for the combination of two technological operations - undermining in the bottom of the rock and its simultaneous discharge into the inner part of the chute. Those. in this case, the bailer is always in the area of rock detonation, and a slight increase in the charge power can lead to its destruction. Therefore, the charge power is strictly limited, and as a result, the installation performance is also limited. In addition, the flaps of the bottom open under the influence of an explosion, and on the path of the rock ejected by the explosion, in the lower part of the chipper, an axis is installed in its center on which the flaps are mounted. The rock ejected by the explosion, striking against the wings and the axis, loses part of its kinetic energy.

Цель изобретения - достижение предельных глубин земной коры и вхождение в зону магматического очага.The purpose of the invention is the achievement of the extreme depths of the earth's crust and entry into the zone of the magma chamber.

Поставленная цель достигается тем, что в известной буровой установке взрывного способа бурения, включающей вышку, лебедку с двигателем и коробкой перемены передач, полиспастную систему с грузовым крюком, связанным с самозагружающемся цилиндрическим контейнером для выноса из скважины на поверхность разрушенной посредством взрывного снаряда породы, днище которого выполнено виде двух створок, шарнирно закрепленных в его нижней части, с возможностью их возвратного поворота в вертикальной плоскости и опоры на опорные элементы с образованием упомянутого днища (см. SU 732448, 1980, всего 5 стр.), новым является то, что подрыв породы в забое и вынос ее на поверхность разнесены во времени. Т.е. специальные бомбы, которые используются в качестве породоразрушающего инструмента, с помощью бомбомета вбрасываются в устье скважины, а уже после взрыва вынос раздробленной породы на поверхность осуществляется посредством подвешенного на стальном канате самозагружающегося контейнера.This goal is achieved by the fact that in the well-known drilling rig of an explosive drilling method, including a derrick, a winch with an engine and a gearbox, a pulley system with a cargo hook connected to a self-loading cylindrical container for carrying out from the well to the surface of the rock destroyed by an explosive shell, the bottom of which made in the form of two wings, pivotally mounted in its lower part, with the possibility of their return rotation in the vertical plane and support on the supporting elements with formed Using the aforementioned bottom (see SU 732448, 1980, only 5 pages), the new fact is that rock erosion in the face and its removal to the surface are separated in time. Those. special bombs, which are used as a rock cutting tool, are thrown at the wellhead with a bomb thrower, and after the explosion, the fragmented rock is brought to the surface by means of a self-loading container suspended on a steel rope.

Контейнер выполнен в виде цилиндра. А размеры его зависят от того, какой диаметр будет иметь планируемая скважина. Если, например, диаметр скважины будет равен 4 м, то внешний диаметр контейнера должен быть равен 3,0 м, а высота примерно 4,6 м. При этом в контейнере установлена емкость, имеющая в поперечном сечении форму прямоугольника 1 (фиг.1) с размерами 2×2×4 м. Стенки контейнера 2 (фиг.2) значительно усилены, а так как в горизонтальном сечении контейнер представляет собой круг с вписанным в него квадратом, то толщина стенок его неравномерна и колеблется от 200 мм (в углах квадрата) до 400 мм. При необходимости их можно усилить 3 (фиг.2) до уровня ниш 4 (фиг.2), не усложняя работу створкам 5 (фиг.2) днища контейнера.The container is made in the form of a cylinder. And its dimensions depend on what diameter the planned well will have. If, for example, the diameter of the well is 4 m, then the outer diameter of the container should be 3.0 m and the height approximately 4.6 m. At the same time, a container having a cross-section in the shape of rectangle 1 is installed in the container (Fig. 1) with dimensions 2 × 2 × 4 m. The walls of the container 2 (Fig. 2) are significantly strengthened, and since in the horizontal section the container is a circle with a square inscribed in it, the thickness of its walls is uneven and varies from 200 mm (in the corners of the square ) up to 400 mm. If necessary, they can be strengthened 3 (figure 2) to the level of niches 4 (figure 2), without complicating the work of the shutter 5 (figure 2) of the bottom of the container.

Стенки контейнера уходят вниз от его днища на 300 мм и скошены во внутреннюю его часть на 30-35°, 6 (фиг.2). Самозагрузка контейнера породой производится с помощью взрыва, и чтобы контейнер при этом находился в устойчивом положении, его вес должен быть не менее десяти тонн. Днище контейнера выполнено в виде двух створок, шарнирно 7 (фиг.3) закрепленных на противоположных сторонах внутренних стенок контейнера на высоте 300 мм от его нижней кромки с возможностью их возвратного поворота в вертикальной плоскости. Причем створки в зависимости от ситуации могут находиться в одном из четырех положений:The walls of the container go down from its bottom by 300 mm and are beveled into its inner part by 30-35 °, 6 (Fig. 2). The self-loading of the container by the rock is carried out using an explosion, and so that the container is in a stable position, its weight must be at least ten tons. The bottom of the container is made in the form of two wings, pivotally 7 (Fig. 3) fixed on opposite sides of the inner walls of the container at a height of 300 mm from its lower edge with the possibility of their return rotation in the vertical plane. Moreover, the sash, depending on the situation, can be in one of four positions:

1. При транспортировке контейнера створки поворотом во внутреннюю его часть убираются в специально изготовленные в стенках ниши и крепятся болтами (не показано).1. When the container is transported, the flaps are turned into its inner part and removed into niches specially made in the walls and fastened with bolts (not shown).

2. В режиме ожидания загрузки взрывом створки находятся в подвешенном состоянии на специальных крючках, с небольшим наклоном во внутреннюю часть контейнера. При этом носик 8 (фиг.4в) крючка входит в отверстие 9 (фиг.4в) и надежно фиксирует створку днища.2. In standby mode, loading the blast, the shutters are in a suspended state on special hooks, with a slight inclination into the inside of the container. In this case, the nose 8 (Fig.4c) of the hook enters the hole 9 (Fig.4c) and reliably fixes the bottom flap.

3. В момент взрыва порода, выброшенная вверх через внутреннюю часть контейнера, ударяет по створкам, которые, отклоняясь в сторону своих ниш, выходят из зацепления с крючками. И до того момента, когда порода начинает возвращаться обратно вниз через внутреннюю часть контейнера, створки успевают упасть на опорные элементы, образуя днище контейнера, а крючки 10 (фиг.4в) заходят в свои ниши 11 (фиг.4в).3. At the time of the explosion, the rock thrown upward through the inside of the container hits the flaps, which, deviating to the side of their niches, disengage from the hooks. And until the moment when the rock begins to return back down through the inner part of the container, the sashes have time to fall on the supporting elements, forming the bottom of the container, and the hooks 10 (Fig. 4c) go into their niches 11 (Fig. 4c).

4. Перед выгрузкой породы опорные элементы с наружной части контейнера выкручиваются специальным инструментом. Створки разворачиваются вниз, принимая вертикальное положение, а порода высыпается из контейнера.4. Before unloading the rock, the supporting elements from the outside of the container are twisted with a special tool. Sashes turn down, taking a vertical position, and the rock pours out of the container.

Самозагрузка контейнера с целью выноса породы на поверхность осуществляется с помощью взрывного устройства, которое представляет собой эластичную трубку 12 (фиг.5а, фиг.5б) диаметром 20 мм, наполненную взрывчатым веществом и защищенную надежной теплоизоляцией 13 (фиг.5а). Трубка в виде кольца устанавливается с внутренней стороны на 100 мм ниже днища контейнера в канал, имеющий полукруглую форму 14 (фиг.5а, фиг.5б), по всему периметру контейнера. Крепится трубка в канале термостойкими стержнями 15 (фиг.5а, фиг.5б) одноразового использования. Стержни вставляются в сквозные отверстия 16 (фиг.5а), которые также выполнены по всему периметру контейнера, ниже полукруглого канала и надежно поддерживают взрывчатку снизу. В качестве взрывчатого вещества, которым наполняется трубка, используется «игданит» в виде гранул. Каждая гранула покрыта специальным веществом, что позволяет растягивать взрыв во времени, т.е. удлинять взрывной процесс, делать его спокойнее. Это благоприятно сказывается на процессе выброса породы вверх. Но чтобы еще больше усилить эффект выброса, используется способ кратко-замедленного взрывания. Для этой цели кольцевой заряд делится на несколько отдельных друг от друга зарядов, например на восемь. Четные заряды соединяются в одну электрическую схему, а нечетные - в другую и взрываются разновременно, т.е. с интервалом в какую-то долю секунды 17 (фиг.5в). Все это и то обстоятельство, что взрыв производится в стесненном пространстве, усиливает действие взрывчатки в части выброса породы вверх, что может снизить количество взрывчатого вещества, используемого на каждую загрузку. Взрывчатое вещество «игданит» может эффективно работать и в воде, а надежная теплоизоляция позволяет некоторое время защищать его от высоких температур и подрывать его тогда, когда контейнер уже опустится в забой. Подрывается взрывчатка специальным радиовзрывателем 18 (фиг.3), который на легких проводах 19 (фиг.3, фиг.8а) крепится во внутренней части контейнера. Верхняя часть контейнера открыта и скошена в сторону внутренней емкости на 30-35°, 20 (фиг.2). На верхней кромке контейнера приварены четыре мощные цапфы для зацепки их крюками траверсы во время подъема или опускания его в скважину. Траверса представляет собой цилиндр с куполом в верхней части. Внешний диаметр траверсы равен внешнему диаметру контейнера, т.е. 3 м, а толщина стенок равна примерно 50 мм. Такая траверса выполняет также функцию экрана или улавливателя породы в момент выброса ее взрывом вверх, через внутреннюю часть контейнера. Высота траверсы вместе с куполом равна 4 м. Для осмотра скважины используется устройство, содержащее лебедку 21 (фиг.6) и стальной канат с подвешенной на нем площадкой (не показано). На площадке крепятся видеокамера, осветительные и измерительные приборы и т.д., с помощью которых можно изучать геологическое строение разреза, характер трещин, каверн и полостей. Все это находится под прозрачным и прочным куполом (не показано). Лебедка и электродвигатель устройства установлены на специальной тележке 22 (фиг.6), которая находится на вышке. Самозагружающейся контейнер при помощи траверсы подвешивается на крюк полиспастной системы. Неподвижный блок полиспаста (кронблок) 23 (фиг.6) устанавливается на самом верху вышки. Движущийся внутри вышки блок полиспаста (талевый блок) соединен с кронблоком при помощи стального каната (талевого каната) 24 (фиг.6). Один конец талевого каната («мертвый») крепится к основанию вышки, а второй (ходовой), огибая последний ролик кронблока, через направляющий и оттяжные ролики - к подъемному барабану лебедки буровой вышки или к сцепному устройству тепловоза, который может быть использован вместо лебедки. Кронблок имеет шесть или семь роликов, а талевый блок - пять-шесть. Использование талевой системы (полиспаста) позволяет уменьшить нагрузку на талевый блок примерно в десять раз (кронблок и талевый канат показаны схематично).Self-loading of the container in order to bring the rock to the surface is carried out using an explosive device, which is an elastic tube 12 (figa, fig.5b) with a diameter of 20 mm, filled with explosive and protected by reliable thermal insulation 13 (figa). A tube in the form of a ring is installed on the inside 100 mm below the bottom of the container into a channel having a semicircular shape 14 (Fig. 5a, Fig. 5b) around the entire perimeter of the container. The tube is fastened in the channel by heat-resistant rods 15 (figa, figb) of a single use. The rods are inserted into the through holes 16 (Fig. 5a), which are also made along the entire perimeter of the container, below the semicircular channel and reliably support the explosives from below. As an explosive substance with which the tube is filled, igdanite is used in the form of granules. Each granule is coated with a special substance, which allows you to stretch the explosion in time, i.e. lengthen the explosive process, make it calmer. This favorably affects the process of rock upward. But in order to further enhance the ejection effect, a short-delayed blasting method is used. For this purpose, the ring charge is divided into several charges separate from each other, for example, eight. Even charges are connected into one electrical circuit, and odd charges into another and explode at the same time, i.e. with an interval of some fraction of a second 17 (figv). All this and the fact that the explosion is carried out in a confined space enhances the effect of explosives in terms of upward rock discharge, which can reduce the amount of explosive used per load. The explosive substance igdanit can also work effectively in water, and reliable thermal insulation allows it to be protected for some time from high temperatures and undermine it when the container has already lowered into the face. Explosives are detonated by a special radio fuse 18 (Fig. 3), which is mounted on the light wires 19 (Fig. 3, Fig. 8a) in the inner part of the container. The upper part of the container is open and beveled towards the inner container at 30-35 °, 20 (Fig. 2). Four powerful trunnions are welded on the upper edge of the container to hook them with traverse hooks while lifting or lowering it into the well. The traverse is a cylinder with a dome at the top. The outer diameter of the traverse is equal to the outer diameter of the container, i.e. 3 m, and the wall thickness is approximately 50 mm. Such a traverse also performs the function of a screen or catcher of the rock at the moment of its ejection by an explosion upward through the inside of the container. The height of the traverse together with the dome is 4 m. For inspection of the well, a device containing a winch 21 (Fig.6) and a steel rope with a platform suspended on it (not shown) is used. A video camera, lighting and measuring instruments, etc., are attached to the site, with which you can study the geological structure of the section, the nature of cracks, cavities and cavities. All this is under a transparent and durable dome (not shown). The winch and the motor of the device are mounted on a special trolley 22 (Fig.6), which is located on the tower. The self-loading container with the help of a traverse is suspended on the hook of the chain hoist system. The fixed pulley block (crown block) 23 (Fig.6) is installed at the very top of the tower. The tackle block moving inside the tower (tackle block) is connected to the crown block using a steel rope (tackle rope) 24 (Fig. 6). One end of the hoisting rope (“dead”) is attached to the base of the tower, and the other (running), bypassing the last roller of the crown block, through the guide and draw rollers, to the lifting drum of the rig’s winch or to the locomotive’s coupling device, which can be used instead of the winch. The crown block has six or seven rollers, and the tackle block has five or six. Using the tackle system (tackle) can reduce the load on the tackle block by about ten times (crown block and tackle rope are shown schematically).

Целью данного изобретения является достижение предельных глубин земной коры и вхождение в зону магматического очага, поэтому глубина скважины должна быть примерно 25000 м. Предполагается, что температура на такой глубине может достигать 600-800°С. Стальной канат должен иметь длину также 25000 м. Причем его верхняя часть должна иметь высокую механическую прочность, т.к. будет испытывать нагрузку до 300 т, а нижняя часть его должна быть изготовлена из термостойких сплавов, т.к. эта часть его будет работать в зонах высоких температур.The aim of this invention is to achieve the maximum depths of the earth's crust and entering the zone of the magma chamber, therefore, the depth of the well should be approximately 25,000 m. It is assumed that the temperature at this depth can reach 600-800 ° C. The steel rope should also have a length of 25,000 m. Moreover, its upper part should have high mechanical strength, because will experience a load of up to 300 tons, and its lower part should be made of heat-resistant alloys, as this part of it will work in high temperature zones.

Предполагается, что диаметр такого каната должен быть не менее 60 мм, а при длине его 25000 м, барабан лебедки, на который будет намотан такой длины канат, должен иметь следующие размеры.It is assumed that the diameter of such a rope should be at least 60 mm, and with a length of 25,000 m, the winch drum on which the rope will be wound of this length should have the following dimensions.

Оценочный расчет размера барабана лебедки:Estimated winch drum size calculation:

D_к - 0,06 м - диаметр каната.D _to - 0.06 m is the diameter of the rope.

L_к - 25000 м - длина каната.L _to - 25000 m - the length of the rope.

D_б - 0,88 м - диаметр оси барабана.D _b - 0.88 m - the diameter of the axis of the drum.

n_в - 100 шт. - оптимальное число витков на длине оси барабана.n _in - 100 pcs. - the optimal number of turns on the length of the axis of the drum.

n_р - 30 шт. - предполагаемое число витков, намотанных на ось барабана по вертикали.n _p - 30 pcs. - the estimated number of turns wound on the axis of the drum vertically.

Решение:Decision:

Если диаметр оси барабана равен 0,88 м, то при намотке на него одного витка каната диаметр его увеличится до размераIf the diameter of the axis of the drum is 0.88 m, then when winding on it one turn of the rope, its diameter will increase to the size

0,88 м + (2×0,06 м)=1,0 м.0.88 m + (2 × 0.06 m) = 1.0 m.

Тогда длина периметра барабана с намотанным на него первым витком будет равна длине первого витка канатаThen the length of the perimeter of the drum with the first turn wound around it will be equal to the length of the first turn of the rope

3,14×1,0 м = 3,14 м.3.14 × 1.0 m = 3.14 m.

Диаметр второго витка, намотанного на первый виток по вертикали, будет равенThe diameter of the second turn wound vertically on the first turn will be equal to

1,0 м + (2×0,06 м)=1,12 м,1.0 m + (2 × 0.06 m) = 1.12 m,

а длина его периметра будет равнаand the length of its perimeter will be equal

3,14×1,12 м = 3,52 м.3.14 × 1.12 m = 3.52 m.

Т.е. каждый последующий виток будет больше предыдущего на величинуThose. each subsequent round will be larger than the previous one by the amount

3,52 м - 3,14 м = 0,38 м.3.52 m - 3.14 m = 0.38 m.

Используя формулу арифметической прогрессии, можно будет вычислить длину последнего витка, т.е. 30-гоUsing the formula of arithmetic progression, it will be possible to calculate the length of the last turn, i.e. The 30th

a_n=a₁+d(n-1)=3,14+0,38(30-1)=14,16 м,a _n = a ₁ + d (n-1) = 3.14 + 0.38 (30-1) = 14.16 m,

где a₁ - первый член прогрессии;where a ₁ is the first member of the progression;

d - разница прогрессии;d is the difference in progression;

n - номер последнего витка (последнего члена прогрессии).n is the number of the last turn (last member of the progression).

Сумма длины всех витков, намотанных по вертикали на первый виток, будет равнаThe sum of the lengths of all turns wound vertically on the first turn will be equal to

Тогда на барабане, вмещающем 100 витков по горизонтали, можно намотать канат, длина которого будет равнаThen on the drum, containing 100 turns horizontally, you can wrap a rope whose length will be equal to

259,5 м × 100 витков = 25950 м.259.5 m × 100 turns = 25950 m.

При этом длина самого барабана будет равнаIn this case, the length of the drum itself will be equal to

0,06 м × 100 витков = 6,0 м,0.06 m × 100 turns = 6.0 m,

а диаметр барабана с намотанным на него канатом, равным 25950 м, будет равенand the diameter of the drum with a rope wound on it equal to 25950 m will be equal to

0,88 м + (2×0,06 м × 30 витков)=4,48 м.0.88 m + (2 × 0.06 m × 30 turns) = 4.48 m.

Буровая лебедка (не показано) с таким барабаном будет иметь большой вес и большие размеры. Она должна быть закреплена на прочном фундаменте рядом с устьем скважины. Лебедка будет снабжена редуктором и коробкой перемены передач. Двигатель должен быть мощным, так как ему предстоит поднимать груз весом 280-300 т, со скоростью 14 м/с, т.е. примерно 50 км/ч. Но будет значительно проще, если эту работу будет выполнять тепловоз. Для этого от места, где должна была работать лебедка, прокладывается стандартная железная дорога 25 (фиг.6) длиной 26-30 км, по которой будет двигаться тепловоз. Предварительно конец каната, который должен был закреплен на барабане лебедки, через обводной ролик 26 (фиг.6) прикрепляется к сцепному устройству тепловоза. Удаляясь от буровой вышки, тепловоз будет поднимать из скважины на поверхность земли загруженный породой контейнер, а приближаясь к вышке - опускать в скважину пустой контейнер. Если одному тепловозу будет не под силу поднимать из скважины груз весом 280-300 т со скоростью 50 км/ч, то несложно будет подцепить к нему еще один тепловоз. Для замены буровой лебедки тепловозной тягой никаких изменений в системе подъема и опускания груза в скважину не потребуется. Чтобы канат не скользил по шпалам и не протирался, под него между рельсами устанавливаются катки на определенном расстоянии друг от друга.A winch (not shown) with such a drum will have a large weight and large dimensions. It should be fixed on a solid foundation near the wellhead. The winch will be equipped with a gearbox and gearbox. The engine must be powerful, since it will have to lift a load weighing 280-300 tons, at a speed of 14 m / s, i.e. approximately 50 km / h But it will be much easier if the locomotive does this work. To do this, from the place where the winch was supposed to work, a standard railway 25 (Fig. 6) 26-30 km long is laid, along which the locomotive will move. Previously, the end of the rope, which was supposed to be mounted on the winch drum, is attached to the coupling device of the diesel locomotive through the bypass roller 26 (Fig. 6). Moving away from the derrick, the locomotive will lift a container loaded with rock from the well to the surface of the earth, and approaching the derrick will lower an empty container into the well. If one diesel locomotive cannot lift a load of 280-300 tons at a speed of 50 km / h from the well, then it will be easy to pick up another diesel locomotive to it. To replace the winch with diesel traction, no changes will be required in the system for raising and lowering the load into the well. To prevent the rope from slipping on the sleepers and rubbing it, rollers are installed under the rails at a certain distance from each other between the rails.

Для бесперебойной работы к устью скважины, кроме железной дороги, по которой будет ходить тепловоз, перпендикулярно к ней проводится еще одна - ширококолейная железная дорога. Расстояние между ее рельсами равно 5 м. Эта железная дорога соединяет два цеха, где производится осмотр, ремонт и подготовка к спуску в скважину контейнеров. Проходит железная дорога под вышкой, над устьем скважины и над двумя сбросными ямами, т.е. двумя пунктами, где разгружаются контейнеры от породы. Порода разгружается в проем между рельсами и попадает в кузов грузового автомобиля.For uninterrupted operation to the wellhead, in addition to the railway along which the locomotive will run, another one is carried out perpendicularly to it - the wide gauge railway. The distance between its rails is 5 m. This railroad connects two workshops where inspection, repair and preparation for launching containers into the well are carried out. A railway passes under the tower, over the wellhead and over two discharge pits, i.e. two points where the containers are unloaded from the rock. The rock is unloaded into the opening between the rails and gets into the back of a truck.

С обеих сторон устья скважины по ширококолейной железной дороге движутся самоходные грузовые тележки. На площадке каждой из них имеется разгрузочное окно круглой формы, через которое разгружается порода из контейнеров. По периметру разгрузочного окна выполнено направляющее кольцо, на которое устанавливается контейнер. В передней части грузовой тележки, на дополнительной площадке установлен бомбомет, содержащий направляющую трубу, два небольших гидроподъемника для подъема и опускания трубы в гнездо люка устья, два фиксатора в средней части трубы, являющиеся предохранителями для бомб. Один фиксатор в верхней части трубы является регулировочным, а другой - спусковым. Спусковой и предохранительные фиксаторы снабжены электрическими приводами, которые управляются из пульта оператора. Над устьем скважины устанавливается люк, состоящий из двух частей, которые, соединяясь над центром устья, образуют гнездо, в которое вставляется направляющая труба бомбомета. Передвигаются обе части люка на катках, по двум направляющим 27 (фиг.7в) с помощью винтового привода 28 (фиг.7в), который приводится в действие электродвигателем через редуктор. Все это находится под каждой отдельной частью люка устья. Створки люка управляются дистанционно. Для плавного, и с точностью до 1,0 м, изменения высоты контейнера над забоем скважины используется система натяжных роликов, смонтированных на площадке буровой вышки, снабженной мощным гидроподъемником. Перед включением системы в работу тепловоз становится на тормоза, а при включении гидроподъемника контейнер можно будет поднять или опустить на нужную высоту в пределах 1,0-1,5 м. В верхней части контейнера установлены датчики для определения его положения в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Данные о положении контейнера в пространстве передаются по электронной связи оператору.On both sides of the wellhead, self-propelled freight trolleys move along the wide gauge railway. At the site of each of them there is a round-shaped discharge window through which rock from containers is unloaded. A guide ring is made around the perimeter of the discharge window onto which the container is mounted. In front of the cargo truck, on an additional site, there is a bomb launcher containing a guide tube, two small hydraulic hoists for raising and lowering the pipe into the mouth of the mouth, two clamps in the middle of the pipe, which are fuses for bombs. One clamp in the upper part of the pipe is adjusting, and the other is a trigger. Trigger and safety locks are equipped with electric drives, which are controlled from the operator panel. A hatch is installed above the wellhead, consisting of two parts, which, connecting above the center of the wellhead, form a nest into which the guide tube of the bomb is inserted. Both parts of the hatch on the rollers move along two guides 27 (Fig. 7c) using a screw drive 28 (Fig. 7c), which is driven by an electric motor through a gearbox. All this is under each separate part of the mouth hatch. Sunroofs are remotely controlled. For a smooth, and with an accuracy of 1.0 m, change in the height of the container above the bottom of the well, a system of tension rollers mounted on the site of the derrick equipped with a powerful hydraulic lift is used. Before turning on the system, the locomotive brakes, and when the hydraulic lift is turned on, the container can be raised or lowered to the desired height within 1.0-1.5 m. Sensors are installed in the upper part of the container to determine its position in the vertical and horizontal planes. Data on the position of the container in space is transmitted electronically to the operator.

Заявляемое техническое решение позволяет:The claimed technical solution allows:

1. Бурить скважины на любую глубину, а при необходимости - через всю толщу земной коры.1. Drill wells to any depth, and, if necessary, through the entire thickness of the earth's crust.

1.1. Бурить скважины большого диаметра до 4-х и более метров.1.1. Drill large diameter wells up to 4 meters or more.

2. Через пробуренную скважину можно будет осуществлять прямой отбор тепла из недр Земли и использовать его в качестве альтернативного источника энергии для существующих теплоэлектростанций или для вновь построенных геотермальных электростанций.2. Through a drilled well, it will be possible to carry out direct heat extraction from the bowels of the Earth and use it as an alternative energy source for existing thermal power plants or for newly built geothermal power plants.

3. Решать самый широкий спектр специфических задач, а именно:3. Solve the widest range of specific tasks, namely:

3.1. Получать уникальные данные, связанные с происхождением Земли, и расширить научные познания горизонтов земной коры. Так, при соблюдении необходимых мер безопасности можно будет опуститься в скважину и напрямую исследовать горизонты горной породы, а если это уже невозможно в связи с высокими температурами, то продолжить исследования с помощью всевозможных измерительных приборов, видеокамер и др.3.1. To receive unique data related to the origin of the Earth, and to expand the scientific knowledge of the horizons of the earth's crust. So, subject to the necessary safety measures, it will be possible to go down into the well and directly explore the horizons of the rock, and if this is no longer possible due to high temperatures, then continue research using all kinds of measuring instruments, video cameras, etc.

3.2. Достичь магматического очага и решить огромное число петрологических и геохимических проблем (условия кристаллизации магмы; ее химический состав, включая летучие соединения; состав отдельных фаз; размеры и структура фенокристаллов; наличие ксенолитов; плотность; вязкость; конвекция магмы и др.).3.2. Reach the magma chamber and solve a huge number of petrological and geochemical problems (conditions of magma crystallization; its chemical composition, including volatile compounds; composition of individual phases; size and structure of phenocrysts; xenoliths; density; viscosity; magma convection, etc.).

3.3. Исследовать высокотемпературные зоны и разломы в земной каре и изучать условия концентрации рудного вещества в глубоких слоях земной коры.3.3. Investigate high-temperature zones and faults in the earth’s core and study the conditions for the concentration of ore substance in the deep layers of the earth’s crust.

3.4. На предельных глубинах земной коры можно точнее составить прогноз времени, силы и места возникновения разрушительных землетрясений.3.4. At the extreme depths of the earth's crust, it is possible to more accurately make a forecast of the time, strength and place of occurrence of destructive earthquakes.

4. Ускоренными темпами бурить скважины большого диаметра для стволов шахт и рудников.4. At an accelerated pace, drill large diameter wells for mine and mine shafts.

4.1. Использовать скважины для строительства шахт, предназначенных для ракет стратегического назначения.4.1. Use wells for the construction of mines designed for strategic missiles.

4.2. Запустить первое рукотворное тело или устройство в сторону твердого ядра Земли.4.2. Launch the first man-made body or device in the direction of the solid core of the Earth.

4.3. Использовать скважины большого диаметра для хранения нефтепродуктов, предварительно обсадив их трубами такого же диаметра или покрыв стенки скважины соответствующей мастикой.4.3. Use large diameter wells for storing oil products, pre-casing them with pipes of the same diameter or covering the wall of the well with appropriate mastic.

Соответствие заявляемой буровой установки критерию «существенное отличие» доказывается следующим.The compliance of the claimed drilling rig with the criterion of "significant difference" is proved by the following.

Известно техническое решение, в котором содержатся сходные признаки с заявляемым техническим решением, а именно: вышка, лебедка с двигателем и коробкой перемены передач, полиспастная система с грузовым крюком, связанным с самозагружающимся цилиндрическим контейнером для выноса из скважины на поверхность разрушенной посредством взрывного снаряда породы, днище которое выполнено виде двух створок, шарнирно закрепленных в его нижней части, с возможностью их возвратного поворота в вертикальной плоскости и опоры на опорные элементы с образованием упомянутого днища (см. SU 732448, 1980, всего 5 стр.). В данном техническом решении подрыв породы в забое и загрузка ее в желонку (контейнер) происходят одновременно, что значительно снижает возможность увеличения мощности заряда, т.к. в зоне взрыва находится желонка, которая может быть разрушена. По этой причине буровая установка является маломощной с низкой производительностью и не может быть использована для бурения суперглубоких скважин.A technical solution is known that contains similar features with the claimed technical solution, namely: a tower, a winch with an engine and a gearbox, a pulley system with a cargo hook connected to a self-loading cylindrical container for carrying rock destroyed by an explosive projectile from the well, the bottom which is made in the form of two wings, pivotally fixed in its lower part, with the possibility of their return rotation in the vertical plane and support on the supporting elements with the image The bottom of the aforementioned (see SU 732448, 1980, only 5 pages). In this technical solution, rock detonation in the face and its loading into the chute (container) occur simultaneously, which significantly reduces the possibility of increasing the charge power, because in the explosion zone is a bailer, which can be destroyed. For this reason, the drilling rig is low power with low productivity and cannot be used for drilling super-deep wells.

В заявляемом техническом решении подрыв породы в забое и вынос ее на поверхность разнесены во времени. В качестве породоразрушающего инструмента используется набор разнотипных бомб, которые отличаются по мощности и характеру разрушения породы и вбрасываются в скважину, углубляя ее. А вынос на поверхность раздробленной взрывами породы осуществляется уже после взрыва с помощью подвешенного на полиспастной системе самозагружающегося контейнера. Самозагрузка производится с помощью взрывного устройства, которое устанавливается под днищем контейнера, с внутренней стороны, в канал, имеющий полукруглую форму, по всему его периметру. В момент взрыва взрывные волны, идущие со стороны периметра, вместе с породой схлопываются в центре и в виде столба устремляются вверх через внутреннюю часть контейнера. На своем пути порода ударяет по створкам днища, подвешенным на крючках с наклоном во внутреннюю часть прямоугольной емкости контейнера. Створки выходят из зацепления с крючками, и в момент, когда порода, ударившись в купол траверсы, начинает опускаться вниз, через внутреннюю часть контейнера, створки опережают ее и падают на опорные элементы, образуя днище контейнера. Падающая в обратном направлении порода остается в контейнере, после чего заполненный породой контейнер поднимается на поверхность.In the claimed technical solution, the undermining of the rock in the face and its removal to the surface are separated in time. As a rock cutting tool, a set of different types of bombs is used, which differ in power and nature of rock destruction and are thrown into the well, deepening it. And the removal of rock crushed by explosions to the surface is carried out after the explosion with the help of a self-loading container suspended on a chain hoist. Self-loading is carried out using an explosive device, which is installed under the bottom of the container, on the inside, in a semicircular channel around its entire perimeter. At the time of the explosion, the blast waves traveling from the perimeter side collapse together with the rock in the center and rush upward through the inside of the container in the form of a column. On its way, the rock hits the bottom flaps suspended on hooks with an angle to the inside of the rectangular container of the container. The flaps disengage from the hooks, and at the moment when the rock, having hit the traverse dome, begins to sink down through the inside of the container, the flaps advance it and fall on the supporting elements, forming the bottom of the container. The rock falling in the opposite direction remains in the container, after which the container filled with the rock rises to the surface.

Таким образом, известный признак, в совокупности с остальными признаками, позволяет улучшить основные технические характеристики буровых установок. Т.е. значительно увеличить глубину бурения скважины, ее диаметр, работать в условиях самых высоких температур, а также в условиях обширных каверн и пустот.Thus, the well-known feature, in conjunction with the remaining features, allows you to improve the basic technical characteristics of drilling rigs. Those. significantly increase the depth of well drilling, its diameter, work at the highest temperatures, as well as in conditions of extensive caverns and voids.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

Фиг.1. Самозагружающийся контейнер, в аксонометрии.Figure 1. Self-loading container, in perspective view.

Фиг.2. Схема горизонтального разреза самозагружающего контейнера.Figure 2. Scheme of a horizontal section of a self-loading container.

Фиг.3. Самозагружающийся контейнер в разрезе.Figure 3. Sectional loading container.

Фиг.4а. Самозагружающийся контейнер, подвешенный на траверсе, в аксонометрии.Figa. Self-loading container suspended on a traverse, in a perspective view.

Фиг.4б. Формирование геометрии скважины взрывами, в аксонометрии.Figb. The formation of well geometry by explosions, in a perspective view.

Фиг.4в. Одна из двух створок днища контейнера, в аксонометрии.Figv. One of the two flaps of the bottom of the container, in a perspective view.

Фиг.5а. Взрывное устройство, вложенное в канал, имеющий полукруглую форму, и защищенное теплоизоляцией.Figa. An explosive device embedded in a channel having a semicircular shape and protected by thermal insulation.

Фиг.5б. Периметр нижней части контейнера с кольцевым взрывателем.Fig.5b. The perimeter of the bottom of the container with a ring fuse.

Фиг.5в. Схема кратко-замедленного взрыва во время загрузки контейнера породой.Figv. Diagram of a short-delayed explosion during loading of a container with rock.

Фиг.6. Буровая установка, в аксонометрии.6. Drilling rig, in a perspective view.

Фиг.7а. Направляющая труба с бомбой перед входом в гнездо люка устья скважины.Figa. A guide tube with a bomb in front of the entrance to the wellhead manhole.

Фиг.7б. Грузовая тележка с бомбометом и направляющим кольцом для контейнера, в аксонометрии.Figb. Cargo trolley with a bomb launcher and a guide ring for the container, in perspective view.

Фиг.7в. Створки люка устья скважины, в аксонометрии.Figv. Flaps of the hatch of the wellhead, in a perspective view.

Фиг.8а. Контейнер в режиме ожидания загрузки взрывом, в аксонометрии.Figa. Container in standby mode loading explosion, in a perspective view.

Фиг.8б. Движение породы вверх через внутреннюю часть контейнера во время взрыва, в аксонометрии.Figb. The rock moves upward through the inside of the container during the explosion, in a perspective view.

Фиг.8в. Образование створками днища контейнера. Самозагрузка контейнера породой.Figv. Formation of container bottom flaps. Self loading container with rock.

Фиг.8г. Разгрузка контейнера после того, как были вывернуты опорные элементы, в аксонометрии.Fig.8g. Unloading the container after supporting elements have been turned out, in a perspective view.

Фиг.9. Предположительная схема углубления скважины взрывами бомб.Fig.9. Estimated borehole deepening scheme.

Фиг.10. Схема отводной трубы для удаления пыли и газа из скважины.Figure 10. Diagram of a branch pipe to remove dust and gas from the well.

Работа буровой установки взрывного способа бурения осуществляется следующим образом.The operation of the drilling rig explosive drilling method is as follows.

На месте, где намечено бурить скважину, например, диаметром четыре метра устанавливается взрывное устройство расчетной мощности. После взрыва образуется воронка 29 (фиг.4б) диаметром 7-8 м и глубиной 0,5 м. Взрывной волной грунт из воронки выбрасывается практически весь. Каждый последующий взрыв углубляет эту воронку, но диаметр ее уменьшается и стабилизируется на планируемом размере, т.е. 4 м, а скважина 30 (фиг.4б), следовательно, и стенки ее 31 (фиг.4б) остаются относительно ровными и строго вертикальными. Но в дальнейшем в процессе бурения придется проходить горизонты с различной твердостью породы. На границе рыхлой и очень твердой пород происходят изменения конфигурации скважины. Т.е. взрывная волна, уходя в сторону наименьшего сопротивления, ударяет по стенкам скважины, состоящей из рыхлой породы, и расширяет ее 32 (фиг.4б) в эту сторону. При обнаружении это сразу же устраняется.At the place where it is planned to drill a well, for example, an explosive device of rated power is installed with a diameter of four meters. After the explosion, a funnel 29 is formed (Fig. 4b) with a diameter of 7-8 m and a depth of 0.5 m. The blast wave ejects almost all of the soil from the funnel. Each subsequent explosion deepens this funnel, but its diameter decreases and stabilizes at the planned size, i.e. 4 m, and the well 30 (Fig. 4b), therefore, its walls 31 (Fig. 4b) remain relatively flat and strictly vertical. But later in the process of drilling will have to go through horizons with different hardness of the rock. At the boundary of loose and very hard rock, changes in the configuration of the well occur. Those. the blast wave, leaving in the direction of least resistance, hits the walls of the well, consisting of loose rock, and expands it 32 (figb) in this direction. Upon detection, this is immediately eliminated.

После каждого из первых взрывов скважина очищается доступными способами. Устье 33 (фиг.6) укрепляется мощными плитами (не показано). Над устьем скважины устанавливается двухстворчатый люк 34 (фиг.6). Строится ширококолейная железная дорога 35 (фиг.6). А буровая вышка 36 (фиг.6) устанавливается таким образом, чтобы талевый блок 37 (фиг.6) с грузовым крюком 38 (фиг.6) находились строго над центром устья 33 (фиг.6) скважины. На грузовом крюке 38 (фиг.4а, фиг.6) подвешивается траверса 39 (фиг.4а, фиг.6), представляющая собой цилиндр с куполом 40 (фиг.4а, фиг.6) и снабженная четырьмя стропами 41 (фиг.4а, фиг.6), длина каждой из которых равна 1,0 м. С правой стороны от буровой вышки 36 (фиг.6) по ширококолейной железной дороге 35 (фиг.6) из цеха (не показано), где производится осмотр, ремонт и подготовка контейнеров к спуску в скважину, на грузовой тележке 42 (фиг.6) к устью 33 (фиг.6) скважины доставляется пустой самозагружающийся контейнер 43 (фиг.6). А в направляющей трубе 44 (фиг.7а) бомбомета 45 (фиг.7б), находящегося на дополнительной площадке 4б (фиг.7б) грузовой тележки 42 (фиг.7б), установлена бомба 47 (фиг.7а), которая опирается на предохранители, функцию которых выполняют фиксаторы 48 (фиг.7а), которые имеют электрические приводы 49 (фиг.7а) и управляются дистанционно. Также дистанционно управляется спусковой фиксатор 50 (фиг.7а), который зажимает хвостовик 51 (фиг.7а) бомбы и удерживает ее после того, как бомба будет снята с предохранителей 48 (фиг.7а). Фиксатор 52 (фиг.7а) отрегулирован и зажат контргайкой. Спусковой фиксатор 50 (фиг.7а) также имеет электрический привод 53 (фиг.7а). Перед тем как грузовая тележка 42 (фиг.6) подъедет к устью 33 (фиг.6) скважины, ее створки 34 (фиг.6) автоматически закрывают устье. Грузовая тележка подъезжает так, чтобы направляющая труба 44 (фиг.7а) бомбомета совпала с гнездом 54 (фиг.7а) люка 34 (фиг.7а), после чего она с помощью гидроподъемников 55 (фиг.7б) опускается в гнездо 54 (фиг.7а) створок люка 34 (фиг.7а). Из пульта управления 56 (фиг.7б) включаются электроприводы 49 (фиг.7а), которые выкручивают фиксаторы 48 (фиг.7а), и таким образом бомба 47 (фиг.7а) снимается с предохранителей. А при включении электропривода 53 (фиг.7а) откручивается спусковой фиксатор 50 (фиг.7а), и бомба по направляющей трубе улетает к забою скважины и углубляет его. Бомба имеет стабилизатор 58 (фиг.7а) и летит к забою строго по вертикали. После каждого взрыва в забое порода подбирается самозагружающимся контейнером и поднимается на поверхность Земли. По объему и образцам породы в контейнере определяется степень ее твердости. Расчетным путем устанавливается тип бомбы, которая в изменившихся условиях сможет подорвать в забое необходимый по высоте пласт породы, не изменив размеры забоя. Грузовая тележка 42 (фиг.6), с пустым контейнером подъезжает под траверсу 39 (фиг.6). Стропами 41 (фиг.6) траверсы он зацепляется за цапфы 59 (фиг.4а) и немного приподнимается. Грузовая тележка отъезжает от устья скважины. Створки люка скважины открываются, и контейнер готов для спуска. Оператор по радиосвязи дает команду машинисту тепловоза на спуск. Тепловоз начинает движение и набирает скорость до 50 км/ч. Оператор по приборам (не показано) определяет с большой точностью, сколько метров осталось до забоя. Примерно за 50 м до забоя он дает команду машинисту на снижение скорости. Контейнер легко опускается в забой. Уровнемеры, датчики, передающие устройства и др. (не показано), установленные в верхней части контейнера, сигнализируют оператору о положении контейнера в пространстве. Если контейнер стоит под наклоном, оператор может сам его выровнять. Для чего он по радиосвязи дает команду машинисту тепловоза поставить тепловоз на тормоз. Машинист выполняет команду, а оператор с помощью гидроподъемника 60 (фиг.6) системы натяжных роликов 61 (фиг.6) приподнимает контейнер на высоту 1,0-1,5 и ставит его по возможности вертикально. Установленный контейнер 43 (фиг.8а) находится в забое в режиме ожидания загрузки взрывом. Створки 5 (фиг.1, фиг.8а) его днища подвешены на крючках 10 (фиг.8а, фиг.4в) и зафиксированы. Оператор посылает сигнал на радиовзрыватель 18 (фиг.8а, фиг.3). Происходит взрыв. В нижней части контейнера от периметра к центру устремляются газы и раздробленная порода. В центре происходит их схлопывание. Порода 62 (фиг.8б) уносится вверх через внутреннюю часть контейнера. На своем пути она ударяет по наклонным створкам 5 (фиг.8б) днища контейнера, которые от удара отклоняются в сторону своих ниш 4 (фиг.8а). Крючки в это время выходят из зацепления с отверстиями 9 (фиг.4в). Порода, улетевшая вверх через внутреннюю часть контейнера, ударяется в купол 40 (фиг.4а) траверсы 39 (фиг.4а) и возвращается тем же путем, т.е. через внутреннюю часть контейнера. Но в это время створки 5 (фиг.8в) днища контейнера, опережая горную породу 63 (фиг.8в), падают перед ней на опорные элементы 64 (фиг.8в), образуя днище контейнера, на которое опускается и задерживается порода.After each of the first explosions, the well is cleaned by available methods. The mouth 33 (Fig.6) is strengthened by powerful plates (not shown). Over the wellhead is installed double-leaf hatch 34 (Fig.6). A wide gauge railway 35 is being built (Fig.6). And the drilling tower 36 (Fig.6) is installed so that the tackle block 37 (Fig.6) with the cargo hook 38 (Fig.6) were strictly above the center of the wellhead 33 (Fig.6). On the cargo hook 38 (Fig. 4a, Fig. 6), a yoke 39 (Fig. 4a, Fig. 6) is suspended, which is a cylinder with a dome 40 (Fig. 4a, Fig. 6) and equipped with four slings 41 (Fig. 4a) 6), the length of each of which is equal to 1.0 m. On the right side of the derrick 36 (Fig.6) along the broad gauge railway 35 (Fig.6) from the workshop (not shown), where inspection and repair are carried out and preparing the containers for launching into the well, an empty self-loading container 43 is delivered to the wellhead 33 (FIG. 6) to the wellhead 33 (FIG. 6). And in the guide tube 44 (FIG. 7a) of the bomb launcher 45 (FIG. 7b), located on the additional platform 4b (FIG. 7b) of the cargo truck 42 (FIG. 7b), a bomb 47 is installed (FIG. 7a), which is supported by fuses , the function of which is performed by the latches 48 (Fig. 7a), which have electric drives 49 (Fig. 7a) and are remotely controlled. Also, the trigger lock 50 (Fig. 7a) is remotely controlled, which clamps the shank 51 (Fig. 7a) of the bomb and holds it after the bomb is removed from the fuses 48 (Fig. 7a). The latch 52 (figa) is adjusted and clamped by a lock nut. The trigger lock 50 (figa) also has an electric actuator 53 (figa). Before the cargo truck 42 (Fig.6) approaches the wellhead 33 (Fig.6) of the well, its flaps 34 (Fig.6) automatically close the mouth. The cargo trolley drives up so that the guide tube 44 (Fig. 7a) of the bomber coincides with the socket 54 (Fig. 7a) of the hatch 34 (Fig. 7a), after which it is lowered by means of hydraulic lifts 55 (Fig. 7b) into the socket 54 (FIG. .7a) flaps of the hatch 34 (figa). From the control panel 56 (Fig. 7b), the actuators 49 (Fig. 7a) are turned on, which unscrew the clips 48 (Fig. 7a), and thus the bomb 47 (Fig. 7a) is removed from the fuses. And when you turn on the electric actuator 53 (figa), the trigger lock 50 is unscrewed (figa), and the bomb flies along the guide tube to the bottom of the well and deepens it. The bomb has a stabilizer 58 (figa) and flies to the face exactly vertically. After each explosion in the face, the rock is picked up by a self-loading container and rises to the surface of the Earth. The volume and samples of rock in the container determines the degree of its hardness. A type of bomb is established by calculation, which, under changing conditions, can undermine the required layer of rock in the face without changing the size of the face. Cargo truck 42 (Fig.6), with an empty container, drives up under the beam 39 (Fig.6). With slings 41 (FIG. 6) of the traverse, it hooks onto the trunnions 59 (FIG. 4a) and rises slightly. The freight trolley drives off from the wellhead. The doors of the hatch open and the container is ready for descent. The radio operator gives the command to the locomotive driver on the descent. The locomotive starts moving and picks up speed up to 50 km / h. The instrument operator (not shown) determines with great accuracy how many meters are left to the bottom. About 50 m before the bottom he gives a command to the driver to slow down. The container is easily lowered into the face. Level gauges, sensors, transmitting devices, etc. (not shown) installed in the upper part of the container signal the operator about the position of the container in space. If the container is tilted, the operator can align it himself. Why does he give a command to the locomotive driver by radio to put the locomotive on the brake. The driver executes the command, and the operator, using the hydraulic hoist 60 (FIG. 6) of the tension roller system 61 (FIG. 6), lifts the container to a height of 1.0-1.5 and sets it vertically if possible. The installed container 43 (Fig. 8a) is in the bottom in the standby mode of loading the explosion. The flaps 5 (Fig. 1, Fig. 8a) of its bottom are suspended on hooks 10 (Fig. 8a, Fig. 4c) and are fixed. The operator sends a signal to the radio fuse 18 (Fig.8A, Fig.3). An explosion occurs. At the bottom of the container, gases and crushed rock rush from the perimeter to the center. In the center, they collapse. The rock 62 (figb) is carried up through the inside of the container. On its way, it strikes the inclined leaves 5 (Fig. 8b) of the container bottom, which deviate from the impact towards their niches 4 (Fig. 8a). The hooks at this time disengage from the holes 9 (FIG. 4c). The rock that flew upward through the inner part of the container hits the dome 40 (Fig. 4a) of the beam 39 (Fig. 4a) and returns in the same way, i.e. through the inside of the container. But at this time, the flaps 5 (Fig. 8c) of the bottom of the container, ahead of the rock formation 63 (Fig. 8c), fall in front of it on the supporting elements 64 (Fig. 8c), forming the bottom of the container, onto which the rock is lowered and delayed.

Планируется, что объем породы после одного подрыва в забое будет равенIt is planned that the volume of the rock after one blasting in the face will be equal to

V=h×πR²=1,0 м × 3,14 × 2²=12,56 м³,V = h × πR ² = 1.0 m × 3.14 × 2 ² = 12.56 m ³ ,

где h - планируемая высота подрыва,where h is the planned height of the blasting,

R - радиус забоя.R is the radius of the face.

Этот объем породы загружается и поднимается на поверхность в контейнере, объем которого равенThis volume of rock is loaded and rises to the surface in a container, the volume of which is equal to

При правильном определении заряда бомбы после ее взрыва в забое 65 (фиг.9) образуется воронка 66 (фиг.9) естественной формы. При этом забой углубляется примерно на 1,0 м по всей своей площади. На формирование воронки в забое в какой-то мере может повлиять и взрыв в момент загрузки контейнера. Но основная мощность взрывного кольца уходит на выброс породы вверх, через внутреннюю часть контейнера. Когда порода опустится вниз и осядет в контейнере, оператор дает команду машинисту тепловоза на подъем. Машинист плавно начинает движение и разгоняет тепловоз до 50 км/ч. При подходе загруженного контейнера к устью скважины скорость его движения снижается, и контейнер останавливается на высоте, обеспечивающей подъезд под него грузовой тележки. Тележка с правой стороны подъезжает под загруженный контейнер. По команде контейнер опускается на направляющее кольцо 67 (фиг.7б) разгрузочного окна 68 (фиг.7б) грузовой тележки 42 (фиг.7б, фиг.6), которая транспортирует контейнер к правому пункту разгрузки (показан только левый пункт 69 (фиг.6) разгрузки). Сразу же под стропы 41 (фиг.6) траверсы, с левой стороны, на грузовой тележке подвозится другой, уже пустой контейнер, и технологические операции повторяются. Правая тележка с загруженным породой контейнером подъезжает к правому пункту разгрузки и останавливается так, чтобы разгрузочное окно 68 (фиг.7б) было над проемом 70 (фиг.6) ямы 71 (фиг.6). Перед разгрузкой опорные элементы 64 (фиг.8г) с наружной стороны контейнера выкручиваются специальным электроинструментом. Створки днища 5 (фиг.8г) открываются вниз, и порода 72 (фиг.8г) через разгрузочное окно 68 (фиг.7б) и проем 70 (фиг.6) ямы высыпается в кузов автомашины. После разгрузки пустой контейнер направляется в цех, где он осматривается, заправляется взрывчаткой и снова доставляется к устью скважины. Технологические операции следуют одна за другой и повторяются до самого окончания буровых работ. В течение всего времени буровых работ из скважины по трубе 73 (фиг.10) откачиваются газ и пыль, которые отправляются на утилизацию.With the correct determination of the charge of the bomb after its explosion in the face 65 (Fig. 9), a funnel 66 (Fig. 9) of a natural shape is formed. At the same time, the face deepens by about 1.0 m over its entire area. The explosion at the moment of loading the container can to some extent affect the formation of a funnel in the face. But the main power of the blasting ring is spent on ejecting the rock up through the inside of the container. When the rock goes down and settles in the container, the operator instructs the locomotive driver to rise. The driver smoothly starts moving and accelerates the locomotive to 50 km / h. When the loaded container approaches the wellhead, its speed decreases, and the container stops at a height that ensures the access of the freight cart under it. The cart on the right side drives up under a loaded container. On command, the container is lowered onto the guide ring 67 (Fig. 7b) of the discharge window 68 (Fig. 7b) of the freight truck 42 (Fig. 7b, Fig. 6), which transports the container to the right unloading point (only the left point 69 is shown (Fig. 6) unloading). Immediately under the slings 41 (FIG. 6), the traverse, on the left side, is transported on the cargo trolley another, already empty container, and the technological operations are repeated. The right bogie with the container loaded with the rock drives up to the right unloading point and stops so that the unloading window 68 (Fig. 7b) is above the opening 70 (Fig. 6) of the pit 71 (Fig. 6). Before unloading, the supporting elements 64 (Fig.8g) from the outside of the container are twisted with a special power tool. The flaps of the bottom 5 (Fig. 8g) open downward, and the rock 72 (Fig. 8g) through the discharge window 68 (Fig. 7b) and the opening 70 (Fig. 6) of the pit are poured into the car body. After unloading, an empty container is sent to the workshop, where it is inspected, filled with explosives, and again delivered to the wellhead. Technological operations follow one after another and are repeated until the end of drilling operations. During the entire time of drilling operations, gas and dust are pumped out of the well through a pipe 73 (Fig. 10), which are sent for disposal.

Эффективность работы предлагаемой буровой установки подтверждается следующим расчетом.The performance of the proposed drilling rig is confirmed by the following calculation.

Дано:Given:

h_скв - 25000 м - глубина будущей скважины;h _well - 25,000 m - the depth of the future well;

U - 50 км/ч - скорость подъема и опускания в скважину контейнера;U - 50 km / h - the rate of ascent and lowering of the container into the well;

d_скв - 4 м - диаметр будущей скважины;d _well - 4 m - diameter of the future well;

S_заб - πR²=3,14×2²=12,56 м² - площадь забоя скважины;S _zab - πR ² = 3.14 × 2 ² = 12.56 m ² is the bottom hole area;

h_пл - 1,0 м - высота пласта, который подрывается в забое и убирается за один рейс;h _PL - 1,0 m - the height of the formation, which is blown up in the face and is removed in one trip;

n_рейсов - 25000 - количество рейсов контейнера за весь период бурения;n _flights - 25,000 - the number of container flights for the entire drilling period;

V=12,56 м²×1,0 м=12,56 м³ - объем породы, которая будет взрываться и подниматься за один рейс.V = 12.56 m ² × 1.0 m = 12.56 m ³ - the volume of rock that will explode and rise in one flight.

Определение времени, которое будет затрачено на бурение скважины.Determining the time that will be spent on drilling the well.

Решение:Decision:

После каждого рейса глубина скважины прирастает на 1,0 м, а значит, и длина пути тепловоза, который опускает контейнер, будет с каждым разом увеличиваться на 1,0 м. Но он опускает и поднимает контейнер. Тогда при углублении скважины после каждого рейса на 1,0 м пройденный путь тепловоза будет прирастать на 2,0 м.After each trip, the depth of the well increases by 1.0 m, which means that the path length of the locomotive that lowers the container will increase by 1.0 m each time. But it lowers and raises the container. Then, when deepening the well after each voyage by 1.0 m, the distance traveled by the locomotive will grow by 2.0 m.

Используя формулу арифметической прогрессии, вычисляем, чему будет равен путь 25000-го, т.е. последнего ее члена:Using the formula of arithmetic progression, we calculate what the path of the 25000th will be equal to, i.e. her last member:

a_n=a₁+d(n-1)=2+2(25000-1)=50000 м,a _n = a ₁ + d (n-1) = 2 + 2 (25000-1) = 50,000 m,

где а₁ - первый член прогрессии;where a ₁ is the first member of the progression;

d - разность прогрессии;d is the difference in progression;

n - номер последнего члена прогрессии.n is the number of the last member of the progression.

Пройденный путь тепловозом за весь период работы будет равен сумме 25000 членов прогрессии, т.е.:The distance covered by a diesel locomotive for the entire period of work will be equal to the sum of 25,000 progression members, i.e.:

При скорости 50 км/ч на прохождение этого пути будет затрачено время:At a speed of 50 km / h, the passage of time will take time:

Таким образом, время пройденного пути, равного 625025 км, будет соответствовать и времени, затраченному на бурение скважины глубиной 25000 м.Thus, the distance traveled, equal to 625025 km, will correspond to the time spent on drilling a well with a depth of 25000 m.

Но движение тепловоза приостанавливается при выполнении следующих технологических операций:But the movement of the locomotive is suspended when performing the following technological operations:

1. Заполненный породой контейнер поднят из скважины и висит на стропах траверсы.1. A rock-filled container is lifted from the well and hangs on the slings of the traverse.

2. Закрываются створки люка устья. Пустая грузовая тележка подъезжает под висячий контейнер.2. The shutters of the hatch of the mouth are closed. An empty freight trolley drives up under a hanging container.

3. Опускается контейнер на грузовую тележку.3. The container is lowered onto a freight trolley.

4. Грузовая тележка с контейнером отъезжает от устья скважины.4. A freight trolley with a container drives off from the wellhead.

5. Подъезжает другая тележка к гнезду устья с пустым контейнером и заряженным бомбометом. Опускается в гнездо люка скважины направляющая труба бомбомета. Вбрасывается в скважину бомба, а тележка с пустым контейнером подъезжает под траверсу.5. Another truck pulls up to the mouth of the mouth with an empty container and a charged bomb. The guide tube of the bomb is lowered into the socket of the hatch of the well. A bomb is thrown into the well, and a trolley with an empty container drives up under the beam.

6. Контейнер зацепляется крюками траверсы и приподнимается, освобождая грузовую тележку.6. The container is hooked by the traverse hooks and lifted, freeing the load trolley.

7. Пустая грузовая тележка отъезжает от устья скважины на 10 м и ждет его возвращения из скважины.7. An empty freight trolley moves 10 m from the wellhead and waits for it to return from the well.

На все операции, связанные с заменой контейнера и сбросом в скважину бомбы, будет затрачено не более 10 мин.For all operations related to replacing the container and dropping bombs into the well, no more than 10 minutes will be spent.

Поскольку за весь период бурения будет выполнено 25000 замен контейнеров, то время, затраченное на все технологические простои, будет равноSince 25,000 container replacements will be made over the entire drilling period, the time spent on all technological downtime will be equal to

Таким образом, чтобы пробурить скважину на глубину 25000 м без внеплановых остановок (аварий, отсутствие материалов, и т.д.), будет затрачено времяThus, it will take time to drill a well to a depth of 25,000 m without unplanned stops (accidents, lack of materials, etc.)

.

Но в зависимости от конкретных геолого-географических и технических условий, а также от непредвиденных простоев время на бурение сверхглубокой скважины можно будет увеличить, например, на 35 суток. Тогда на бурение скважины диаметром 4 м и глубиной 25000 м будет затрачено времяBut depending on the specific geological, geographical and technical conditions, as well as on unforeseen downtime, the time for drilling an ultra-deep well can be increased, for example, by 35 days. Then it will take time to drill a well with a diameter of 4 m and a depth of 25,000 m

Для сравнения: бурение самой глубокой в мире Кольской скважины СГ-3 началось 25 мая 1970 года, а углубление ее до 10500 м было достигнуто к октябрю 1980 года (см. И.А.Резанов. «Сверхглубокое бурение». М., «Наука», 1981, стр.38, Кольская скважина). Т.е. бурение велось более 10 лет, причем диаметр скважины в ее нижней части был менее 30 см.For comparison: the drilling of the deepest Kola well SG-3 in the world began on May 25, 1970, and its deepening to 10,500 m was reached by October 1980 (see I. A. Rezanov. “Ultra-deep drilling.” M., “Science ", 1981, p. 38, Kola well). Those. drilling has been conducted for more than 10 years, with the diameter of the well in its lower part being less than 30 cm.

Но и сейчас, по прошествии нескольких десятков лет, технология бурения не изменилась. Бурение ведется маломощной техникой, с использованием буровых растворов, поэтому и впечатляющих результатов в области сверхглубокого бурения пока нет. По крайней мере, рекорд, который был установлен на Кольском полуострове при бурении сверхглубокой скважины СГ-3, держится уже почти 30 лет. Все это говорит о том, что проникнуть в глубь земли чрезвычайно сложно. Бельгийский ученый Гарун Газиев писал: «В настоящее время легче, да и проще определить состав звезд, удаленных от нас на миллиарды миль, измерить их температуру, дать их описание и провести расчеты реакций, которые происходят в их недрах, чем проникнуть в чрево земли» (см. С.В.Ефремов. «Магматические линии и кольца земли». М., «Недра», 1986, стр.42, Наземный вулканизм).But even now, after several decades, the drilling technology has not changed. Drilling is carried out by low-power equipment using drilling fluids, therefore, there are no impressive results in the field of ultra-deep drilling yet. At least, the record that was set on the Kola Peninsula while drilling the super-deep well SG-3 has been holding for almost 30 years. All this suggests that penetrating deep into the earth is extremely difficult. The Belgian scientist Garun Gaziev wrote: “At present, it is easier, and easier to determine the composition of stars billions of miles away from us, measure their temperature, give their description and calculate the reactions that occur in their bowels than penetrate the womb of the earth” (see S.V. Efremov. "Magma lines and rings of the earth." M., "Nedra", 1986, p. 42, Terrestrial volcanism).

А автор книги «Сверхглубокое бурение», объясняя основные причины, из-за которых в настоящее время практически невозможно проникнуть в нижние слои земной коры, пишет: "… у техники сверхглубокого бурения есть две «ахиллесовы пяты». Первое - высокая температура. Сейчас мы еще не можем бурить горные породы с температурой выше 300°С. Второе серьезное препятствие на пути сверхглубокого бурения - трещиноватые породы. Когда они пересеченны скважиной, то у них вследствие динамических нагрузок образуются огромные каверны, а методы борьбы с ними еще не разработаны. К исследованию скважинами высокотемпературных зон и разломов техника еще не готова (см. И.А.Резанов. «Сверхглубокое бурение». М., «Наука», 1981, стр.11-12).And the author of the book “Extra-deep drilling”, explaining the main reasons because of which it is currently almost impossible to penetrate the lower layers of the earth’s crust, writes: “... the ultra-deep drilling technique has two“ Achilles heels. ”The first is high temperature. Now we we still cannot drill rocks with temperatures above 300 ° C. The second major obstacle to ultra-deep drilling is fractured rocks. When they are crossed by a well, they will form huge caverns due to dynamic loads, and methods of dealing with them The equipment is not yet ready for the study of high-temperature zones and faults by wells (see I. A. Rezanov. “Ultra-deep drilling.” M., “Nauka”, 1981, pp. 11-12).

В отличие от существующих буровых установок сверхглубокого бурения, предлагаемая буровая установка готова к исследованию скважинами высокотемпературных зон и разломов. Она может не только успешно работать в условиях высоких температур, обширных каверн и пустот, но с ее помощью можно бурить скважины диаметром 4 м и более, а глубиной практически через всю толщу земной коры. Бурение будет вестись сравнительно быстро, а затраты на бурение будут значительно снижены по сравнению с бурением существующими установками, что подтверждается представленными ниже расчетами.Unlike existing ultra-deep drilling rigs, the proposed drilling rig is ready for exploration by wells of high temperature zones and faults. It can not only work successfully in conditions of high temperatures, extensive caverns and voids, but with its help it is possible to drill wells with a diameter of 4 m or more, and a depth of almost the entire thickness of the earth's crust. Drilling will be carried out relatively quickly, and the cost of drilling will be significantly reduced compared to drilling existing installations, which is confirmed by the calculations presented below.

В процессе бурения взрывным способом основные затраты будут приходиться на топливо для тепловоза и на взрывчатые вещества.In the explosive drilling process, the main costs will be on diesel fuel and explosives.

1. Из предыдущего расчета видно, что за время бурения скважиной глубиной 25000 м тепловоз проходит путь, равный 625025 км. Если на 100 км пройденного пути расход топлива у тепловоза будет составлять 400 л, тогда на 1 км - 4 л, а на весь пройденный путь во время бурения1. From the previous calculation it can be seen that during the drilling of a well with a depth of 25,000 m, the diesel locomotive passes a path equal to 625025 km. If the fuel consumption of a diesel locomotive is 400 liters per 100 km of the distance traveled, then 4 liters per 1 km and the entire distance traveled while drilling

При цене 20 руб. за 1 л солярки затраты на топливо в течение всего периода бурения скважины будут составлятьAt a price of 20 rubles. per 1 liter of diesel fuel costs over the entire period of drilling the well will be

2. Согласно предыдущему расчету каждая сброшенная бомба к забою увеличивает глубину скважины на 1 м. А чтобы пробурить скважину на глубину 25000 м, потребуется 25000 бомб. Если принять во внимание, что цена одной бомбы будет равна 1200 руб., то на все 25000 бомб будет затрачено:2. According to the previous calculation, each bomb dropped to the bottom increases the well depth by 1 m. And to drill a well to a depth of 25,000 m, 25,000 bombs will be required. If we take into account that the price of one bomb will be equal to 1200 rubles, then for all 25,000 bombs will be spent:

3. На один кольцевой взрыватель, который используется для загрузки контейнера, потребуется примерно 1,5 кг взрывчатого вещества. За весь период бурения будет выполнено 25000 загрузок. Для чего потребуется взрывчатого вещества3. One ring fuse that is used to load the container will require approximately 1.5 kg of explosive. Over the entire drilling period, 25,000 downloads will be performed. Why do I need explosives

Если стоимость одного килограмма взрывчатого вещества будет закупаться по цене 800 руб., то стоимость 37500 кг будет равнаIf the cost of one kilogram of explosive is purchased at a price of 800 rubles, then the cost of 37,500 kg will be equal to

Таким образом, общие затраты на топливо и взрывчатые вещества будут составлятьThus, the total cost of fuel and explosives will be

Если добавить на остальные расходы (зарплату и т.д.) 599920 дол., то общие затраты на бурение скважины диаметром 4 м и глубиной 25000 м будут равны:If you add $ 599,920 to the remaining expenses (salary, etc.), then the total cost of drilling a well with a diameter of 4 m and a depth of 25,000 m will be equal to:

Сравнивая технико-экономические показатели, полученные в результате расчетов в данном описании, с ТЭП США за 1981 год, когда бурение скважины велось (как и в настоящее время) вращательным способом, можно определить эффективность бурения предлагаемой буровой установки.By comparing the technical and economic indicators obtained as a result of the calculations in this description with the US TEC for 1981, when the well was drilled (as at present) using the rotary method, it is possible to determine the drilling efficiency of the proposed drilling rig.

Для составления данной таблицы были использованы данные: И.А.Резанов. «Сверхглубокое бурение». М., «Наука», 1981, стр.20, Таблица 1.To compile this table, the following data were used: I.A. Rezanov. "Super deep drilling." M., "Science", 1981, p. 20, Table 1.

Если во время испытания предлагаемой буровой установки подтвердятся предполагаемые ее возможности, то без преувеличения можно сказать, что внедрение ее вызовет научно-техническую революцию в геологии и приведет к серьезной ломке многих устоявшихся взглядов. Кроме того, экономическое значение суперглубоких скважин, т.е. скважин глубиной от 12 км и более, трудно переоценить.If during the test of the proposed drilling rig its alleged capabilities are confirmed, it can be said without exaggeration that its introduction will cause a scientific and technological revolution in geology and will lead to a serious breakdown of many established views. In addition, the economic importance of super-deep wells, i.e. wells with a depth of 12 km or more, it is difficult to overestimate.

Claims

A drilling rig including a tower, a winch with an engine and a gearbox, a tackle system with a cargo hook connected to a self-loading cylindrical container for carrying out from the well to the surface of the rock destroyed by means of an explosive projectile, the bottom of which is made in the form of two shutters pivotally fixed in its lower parts, with the possibility of their return rotation in the vertical plane and support on the supporting elements with the formation of the said bottom, characterized in that the installation is equipped with a cargo a hedgehog for delivery to the wellhead of an empty container and transportation from the wellhead of the container with the rock, while the cargo trolley has an additional platform for placing on it and delivering an explosive charge to the wellhead made in the form of a bomb placed in a bomb-gun containing a guiding pipe, a launching and safety clamps for a bomb associated with an electric drive, while a container having a cross-section in the shape of a rectangle is installed in the container, and the container is suspended by a trunnion to the traverse, shape and the dimensions of which repeat the shape and dimensions of the container, while the traverse in the upper part is made with a dome for trapping the rock during the explosive loading of the container, a trunnion attached to the cargo hook of the sheave system is fixed on the dome of the traverse, and for self-loading of the container in the bottom under the bottom of the container, in the channel, having a semicircular shape, explosives supported by rods are placed on the inside of the container around the perimeter of the container, and two of the container doors are fixed on opposite sides of the inner walls ok container, and the container before loading obliquely suspended on hooks with their release and disengagement.