Розробка методу контактного термопроникнення в глибинні надра за допомогою технічних автономних засобів - Автореферат

Національна академія наук України Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукОфіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Малкін Едуард Семенович Київський національний університет будівництва та архітектури, кафедра теплотехніки доктор геолого-мінералогічних наук, професор Кутас Роман Іванович Інститут геофізики ім. Здійснено постановку та розвязання задачі оптимізації процесу термопроникнення, що дозволяє збільшити його ефективністіь завдяки оптимальному вибору форми поверхні термозонду. Розроблено методику розрахунку основних вихідних інженерних параметрів таких, як швидкість термопроникнення, товщина шару розплаву, розподіл температури та густини теплового потоку на робочій поверхні термозонду. Розглянутий метод контактного термопроникнення не має альтернативи серед існуючих методів буріння по швидкості та глибині проникнення в земні надра. Розроблені в даній роботі метод контактного термопроникнення та основи інженерно-фізичної концепції автономного термозонду відкривають шляхи створення принципово нової глибинної техніки для досягнення понадглибиннних горизонтів.На цей час інформація про склад та будову земної кори, яка потрібна для науково-дослідних та пошуково-розвідувальних робіт в астрофізиці, геофізиці, геології та екології, отримується, головним чином, непрямими методами. Аналіз науково-технічних результатів, отриманих при виконанні цих програм, свідчить, на жаль, про те, що науково-інформаційний потенціал, можливий при бурінні глибинних свердловин, не реалізовується в повній мірі, оскільки існуючі наукові прилади не здатні працювати в складних термобаричних умовах глибинних надр, дотого ж при хімічній агресивності оточуючого середовища (узагальненим терміном «оточуюче середовище» позначено як твердий, так і розплавлений стан порід, що складають земну кору). Навіть при наявності найсучаснішого бурильного обладнання проходження свердловини глибиною 15 км за експертними оцінками потребує близько 20-ти років і грошових вкладень в декілька сотень мільйонів доларів. При цьому для підвищення ефективності використання наукових даних, отриманих в процесі глибинного буріння, а також для підвищення їх якості необхідно буде створити нові промивочні високотемпературні розчини, надміцні і дуже легкі бурові труби, глибинні електромеханічні термостійкі механізми, а також якісно нові методи та засоби закріплення стовбурів свердловин. Теорія такого традиційного методу термобуріння опирається, головним чином, на дослідження задач поширення тепла в твердому середовищі без зміни його агрегатного стану, та на фізичну залежність від температури пружних і міцностних властивостей порід.З цією метою в даному розділі розглянуто систему «термозонд-розплав-порода», яка складається з термозонду - автономного пристрою, що містить потужне термоджерело, і масива, який плавиться (рис.1). 2) процеси тепломасопереносу, які розглядаються в рухомій системі координат, що звязана з термозондом, можна вважати квазістаціонарними в силу малої товщини шару розплаву та швидкого згасання температурних збурень в породі [4, 7]. Приняття постулату про квазістаціонарність дозволяє вважати, що, по-перше, шар розплаву є постійним по формі і розмірам і, по-друге, граничні значення для поля швидкостей розплаву і температурних полів в розплаві та в породі не змінюються з часом. При введених обмеженнях задача про рух термозонду під дією сили ваги в твердих породах внаслідок їх проплавлення зводиться до розглядання процесу поширення тепла від термозонду через розплав до породи для ії прогрівання з подальшим плавленням і до гідродинамічної задачі про перетікання розплаву від лобової частини термозонду в напрямку протилежному його руху. Співвідношення (9) дає можливість визначити оптимальні значення ціх коефіцієнтів, тобто форму зовнішньої поверхні термозонду, форму поверхні фазового переходу, а також їх розташування відносно напрямку руху, які забезпечують максимальну швидкість термобуріння шляхом контактного проплавленя оточуючих порід.Розроблений в даній роботі підхід до розвязання задачі тепломасопереносу при контактному проплавленні порід і матеріалів дозволяє отримати попередні оцінки та висновки для розробки вихідних даних, необхідних на стадії ескізної інженерно-конструкторської розробки автономного термозонду або установок, призначених для плавлення низькотеплопровідних речовин. Завдяки постановці та розвязанню задачі оптимізації процесу термопроникнення пропонуються шляхи збільшення його ефективності, а саме, вибір такої форми поверхні термозонду, при заданій його потужності, при якій ККД та швидкість термопроникнення досягають максимальних значень.

2. Основний зміст роботи