Influence of the Heat-Transfer Stream Pressure on the Surface of the Rock in a Process of the Thermal Reaming of the Borehole
Loading...
Date
2018
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Національний гірничий університет, Дніпро
Abstract
EN: Purpose. Experimental research on the high-speed interaction of the heat transfer medium jet with the surface of the borehole in the process of fragile rock destruction with the purpose of determination of the heat transfer medium
velocity along the borehole surface and the heat transfer coefficient from the heat transfer medium to the rock surface.
Methodology. Methods of comparative analysis, mathematic and physical simulation modelling as well as experimental
research are used.
Findings. The methodology of experimental research on high-speed interaction of the heat transfer medium jet
with the surface of borehole as the lateral surface of the cross duct imitated the rock surface in a borehole is developed.
Experimental research that consisted of pressure measurement on the lateral surface of the cross duct at the air jet
impingement on the lateral surface is conducted. Experimental research treatment is executed as dependence of absolute
pressure at the lateral surface of the cross duct, i.e. absolute pressure on the rock surface, from relative pressure
of air before a nozzle and relative diameter of the cross duct. Dependences between the values of pressure before a
nozzle and values of pressure on the rock surface, values of relative diameter of the cross duct, nozzle outlet diameter,
inner diameter of the cross duct and values of air pressure along the lateral surface of the duct are determined.
Originality. The work presents physical imitational modelling of high-speed interaction of the heat transfer medium
jet with the surface of the borehole in a certain range of geometrical parameters of the cross duct and the nozzle,
that is accepted in accordance with geometrical similarity to the technological and processing parameters of plasmatron
and borehole diameter before the beginning of thermal reaming process.
Practical value. Expediency of high-speed plasma jets application as a thermal tool in the processes of fragile rock
destruction and, in particular, in the processes of thermal reaming of the boreholes is substantiated.
UK: Мета. Експериментально встановити взаємодію високошвидкісних струмин теплоносія з поверхнею свердловини у процесі крихкого руйнування гірських порід з метою визначення швидкості руху теплоносія вздовж поверхні свердловини й коефіцієнта тепловіддачі від теплоносія до поверхні гірської породи. Методика. Використані методи порівняльного аналізу, математичного й фізичного імітаційного моделювання, експериментальні дослідження. Результати. Розроблена методика експериментального дослідження взаємодії високошвидкісних струмин теплоносія з поверхнею свердловини у вигляді наскрізного каналу, бокова поверхня якого імітувала поверхню гірської породи у свердловині. Виконане експериментальне дослідження, що полягало у вимірюванні тиску на бічну поверхню наскрізного каналу при натіканні на нього повітряної струмини. Виконана обробка дослідних даних у вигляді залежності абсолютного тиску на бічну поверхню наскрізного каналу, тобто на поверхню гірської породи, від відносного тиску повітря перед соплом і відносного діаметру наскрізного каналу. Виявлені залежності між значеннями тиску перед соплом і значеннями тиску на поверхні гірської породи; значеннями відносного діаметру наскрізного каналу, діаметру вихідного отвору сопла, внутрішнього діаметру наскрізного каналу й значеннями тиску повітря вздовж бічної поверхні каналу. Наукова новизна. Полягає у проведенні фізичного імітаційного моделювання взаємодії високошвидкісних струмин теплоносія з поверхнею свердловини в певному діапазоні геометричних параметрів наскрізного каналу й сопла, що прийняті у відповідності до геометричної подоби технологічним і конструктивним параметрам плазмотрона й діаметра свердловин перед початком процесу термічного розширення. Практична значимість. Обґрунтування доцільності використання високошвидкісних струмин плазми в якості термоінструмента у процесах крихкого руйнування гірських порід і, зокрема, у процесах термічного розширення свердловин.
RU: Цель. Экспериментально установить взаимодействие высокоскоростных струй теплоносителя с поверхностью скважины в процессе хрупкого разрушения горных пород с целью определения скорости движения теплоносителя вдоль поверхности скважины и коэффициента теплоотдачи от теплоносителя к поверхности горной породы. Методика. Использованы методы сравнительного анализа, математического и физического имитационного моделирования, экспериментальные исследования. Результаты. Разработана методика экспериментального исследования взаимодействия высокоскоростных струй теплоносителя с поверхностью скважины в виде сквозного канала, боковая поверхность которого имитировала поверхность горной породы в скважине. Выполнено экспериментальное исследование, которое заключалось в измерении давления на боковую поверхность сквозного канала при натекании на него воздушной струи. Выполнена обработка экспериментальных данных в виде зависимости абсолютного давления на боковую поверхность сквозного канала, т. е. на поверхность горной породы, от относительного диаметра сквозного канала. Определены зависимости между значениями давления перед соплом и значениями давления на поверхности горной породы; значениями относительного диаметра сквозного канала, диаметра выходного отверстия сопла, внутреннего диаметра сквозного канала и значениями давления воздуха вдоль боковой поверхности канала. Научная новизна. Заключается в проведении физического имитационного моделирования взаимодействия высокоскоростных струй теплоносителя с поверхностью скважины в определенном диапазоне геометрических параметров сквозного канала и сопла, которые приняты в соответствии с геометрическим подобием технологическим и конструктивным параметрам плазмотрона и диаметра скважины перед началом процесса термического расширения. Практическая значимость. Обоснование целесообразности использования высокоскоростных струй плазмы в качестве термоинструмента в процессах хрупкого разрушения горных пород и, в частности, в процессах термического расширения скважин.
UK: Мета. Експериментально встановити взаємодію високошвидкісних струмин теплоносія з поверхнею свердловини у процесі крихкого руйнування гірських порід з метою визначення швидкості руху теплоносія вздовж поверхні свердловини й коефіцієнта тепловіддачі від теплоносія до поверхні гірської породи. Методика. Використані методи порівняльного аналізу, математичного й фізичного імітаційного моделювання, експериментальні дослідження. Результати. Розроблена методика експериментального дослідження взаємодії високошвидкісних струмин теплоносія з поверхнею свердловини у вигляді наскрізного каналу, бокова поверхня якого імітувала поверхню гірської породи у свердловині. Виконане експериментальне дослідження, що полягало у вимірюванні тиску на бічну поверхню наскрізного каналу при натіканні на нього повітряної струмини. Виконана обробка дослідних даних у вигляді залежності абсолютного тиску на бічну поверхню наскрізного каналу, тобто на поверхню гірської породи, від відносного тиску повітря перед соплом і відносного діаметру наскрізного каналу. Виявлені залежності між значеннями тиску перед соплом і значеннями тиску на поверхні гірської породи; значеннями відносного діаметру наскрізного каналу, діаметру вихідного отвору сопла, внутрішнього діаметру наскрізного каналу й значеннями тиску повітря вздовж бічної поверхні каналу. Наукова новизна. Полягає у проведенні фізичного імітаційного моделювання взаємодії високошвидкісних струмин теплоносія з поверхнею свердловини в певному діапазоні геометричних параметрів наскрізного каналу й сопла, що прийняті у відповідності до геометричної подоби технологічним і конструктивним параметрам плазмотрона й діаметра свердловин перед початком процесу термічного розширення. Практична значимість. Обґрунтування доцільності використання високошвидкісних струмин плазми в якості термоінструмента у процесах крихкого руйнування гірських порід і, зокрема, у процесах термічного розширення свердловин.
RU: Цель. Экспериментально установить взаимодействие высокоскоростных струй теплоносителя с поверхностью скважины в процессе хрупкого разрушения горных пород с целью определения скорости движения теплоносителя вдоль поверхности скважины и коэффициента теплоотдачи от теплоносителя к поверхности горной породы. Методика. Использованы методы сравнительного анализа, математического и физического имитационного моделирования, экспериментальные исследования. Результаты. Разработана методика экспериментального исследования взаимодействия высокоскоростных струй теплоносителя с поверхностью скважины в виде сквозного канала, боковая поверхность которого имитировала поверхность горной породы в скважине. Выполнено экспериментальное исследование, которое заключалось в измерении давления на боковую поверхность сквозного канала при натекании на него воздушной струи. Выполнена обработка экспериментальных данных в виде зависимости абсолютного давления на боковую поверхность сквозного канала, т. е. на поверхность горной породы, от относительного диаметра сквозного канала. Определены зависимости между значениями давления перед соплом и значениями давления на поверхности горной породы; значениями относительного диаметра сквозного канала, диаметра выходного отверстия сопла, внутреннего диаметра сквозного канала и значениями давления воздуха вдоль боковой поверхности канала. Научная новизна. Заключается в проведении физического имитационного моделирования взаимодействия высокоскоростных струй теплоносителя с поверхностью скважины в определенном диапазоне геометрических параметров сквозного канала и сопла, которые приняты в соответствии с геометрическим подобием технологическим и конструктивным параметрам плазмотрона и диаметра скважины перед началом процесса термического расширения. Практическая значимость. Обоснование целесообразности использования высокоскоростных струй плазмы в качестве термоинструмента в процессах хрупкого разрушения горных пород и, в частности, в процессах термического расширения скважин.
Description
O. Zhevzhyk: ORCID 0000-0002-8938-9301
Keywords
rock, borehole, fragile destruction, thermal reaming, plasma, гірська порода, свердловина, крихке руйнування, термічне розширення, плазма, горная порода, скважина, хрупкое разрушение, термическое расширение, КТ
Citation
Voloshyn, O. I. Influence of the Heat-Transfer Stream Pressure on the Surface of the Rock in a Process of the Thermal Reaming of the Borehole / O. I. Voloshyn, I. Yu. Potapchuk, O. V. Zhevzhyk // Науковий вісник Національного гірничого університету. – 2018. – № 2. – С. 53–59.