Мобильный комплекс забуривания и испытания анкеров
MOBILE ANCHORING AND TESTING SYSTEM OF ANCHORS

Изобретение относится к средствам для перемещения, установки, фиксации, освобождения или удаления инструментов в буровых скважинах, в частности, для анкеровки инструментов, для фиксации буровых инструментов и т.п. в посадочных ниппелях или в выемках между секциями подъемных труб, для установки или извлечения инструмента из ответвляющихся посадочных ниппелей или выемок и может использоваться для забуривания и испытания анкеров.
Известна установка разведочного бурения, представленная в «Руководстве по эксплуатации УРБ-517.00.00.0000РЭ» (см. Приложение 1) и выбранная в качестве прототипа.
Известная установка представляет собой конструкцию из двух основных модулей: платформы с установленным на ней основным оборудованием и непосредственно бурового оборудования.
На платформе 7 установлены насосная станция 8 с масляным баком и охладителем, гидроцилиндр 4 подъема бурильного оборудования, ограждение 9 (4 штуки), выдвижная секция 10 для испытания анкеров, пульт 11 управления оборудованием, гидродомкраты 12, один инструментальный ящик, расположенный с правой стороны машины по ходу движения за задними колесами.
Бурильное оборудование включает в себя мачтовый кронштейн 1, мачту 2, грузоподъемную лебедку 3, вращатель 5, домкрат 6 мачты. Во внутренней полости мачты расположен механизм подачи вращателя (бурового инструмента).
Платформа выполнена в виде цельной сварной металлоконструкции и прикреплена к лонжеронам рамы базового шасси стремянками. Мачта крепится к раме в двух точках на кронштейнах с помощью осей и в одном месте - к гидроподъемнику.
Недостатками известной буровой установки являются следующие:
1) Невозможность забуривания якорей (анкеров) под обратным углом (под себя) (только под углом от 45 до 90 градусов.)
2) Необходимость передвигать буровую установку после забуривания якоря для проведения испытания.
3) Невозможность опустить мачту в транспортное положение при забуренном якоре.
4) Нет фиксации результатов испытания на месте (невозможность распечатать). Контроль за результатами испытаний только визуальный по показаниям приборов.
5) Кроме того, выполнение мачты в виде круглой трубы усложняет возможность ремонта расположенного внутри нее механизма подачи вращателя.
6) Отсутствие центратора в известном буровом комплексе не позволяет точно выполнить забуривание анкеров.
Подытоживая вышеперечисленное, можно сказать, что такие характеристики известной установки, как удобство эксплуатации, точность и надежность весьма ограничены, т е. эксплуатационные возможности известной буровой установки в плане забуривания и испытания анкеров не вполне удовлетворительные.
Задачей является улучшение эксплуатационных характеристик мобильного комплекса забуривания и испытания анкеров.
Поставленная задача решается тем, что в мобильном комплексе забуривания и испытания анкеров, включающем прикрепленную стремянками к лонжеронной раме шасси грузового автомобиля сварную металлическую, снабженную гидродомкратами, платформу на вертикальных стойках, на которой установлены масляный бак, пульт управления, инструментальный ящик, в центральной части платформы вдоль ее продольной оси размещена рама-каркас с выдвижной секцией с расположенным в ней механизмом испытания анкеров с канатной ветвью, снабженная тяговым гидроцилиндром и гидродомкратами для его выдвижения, к платформе также прикреплена мачта, опирающаяся на закрепленную в передней части платформы стойку и снабженная вращателем и элеватором, при этом внутри мачты расположен механизм подачи вращателя в виде каретки, в торцевой части механизма испытания анкеров, снабженной двумя гидродомкратами, установлен обводной блок, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, механизм испытания анкеров снабжен датчиком силы, закрепленным на канатной ветви, и датчиком давления гидросистемы, тяговый цилиндр в механизме испытания обращен штоком к кабине и связан с канатной ветвью посредством продольно расположенных тяг, снабженных захватом, гидродомкраты механизма испытаний имеют ход не менее 1680 мм, вращатель снабжен съемным удлинителем, закрепляемым на элеваторе шарнирного типа с помощью пальца, для чего элеватор выполнен со стороны крепления с шестигранным углублением на его конце и с противоположно расположенными на оси, перпендикулярной продольной оси шестигранного отверстия, в боковых стенках отверстиями под палец, а удлинитель, выполненный в виде толстостенной трубы с равномерно распределенными по его боковой поверхности отверстиями, снабжен на одном его конце, обращенном к элеватору, шестигранным выступом с расположенными на одном уровне на его боковой поверхности сквозными отверстиями под палец, при этом другой конец удлинителя выполнен также с шестигранным углублением на одном его конце и с противоположно расположенными на оси, перпендикулярной продольной оси шестигранного отверстия, в боковых стенках отверстиями для присоединения к нему с помощью пальцев съемного переходника в форме колокола, выполненного из цилиндрической втулки с дном со стороны удлинителя, снабженной с этой стороны шестигранным выступом с расположенными на одном уровне на его боковой поверхности сквозными отверстиями под палец, и круглым углублением на другом его конце, при этом мачта выполнена в виде П-образного каркаса, прикреплена к раме с помощью замков оси ее поворота, оснащена гидроцилиндром ее подъема с ходом не менее 2200 мм и снабжена центратором для анкеров и бурильного инструмента, а пульт управления снабжен измерителем веса со звуковым и визуальным индикаторами, выносным табло и установленным в кабине автомобиля минипринтером.
Использование во вращателе элеватора шарнирного типа позволяет закреплять инструмент в нижнем положении каретки, а снабжение вращателя съемным удлинителем, закрепляемым на элеваторе с помощью таких элементов их пальцевого соединения как шестигранное углубление на конце элеватора и шестигранный выступ на обращенном к элеватору конце удлинителя и шестигранное углубление в другом конце последнего с соответствующими отверстиями в выступах и углублениях под соединяющие их пальцы и наличие переходника, аналогичным образом соединяемого с концом удлинителя, дает возможность забуривать анкер на необходимую глубину, большую, чем ход каретки, и не передвигать буровую установку после забуривания анкера для проведения испытания и проводить забуривание «под себя»; наличие отверстий на боковой поверхности удлинителя обеспечивает подцепление анкера; выполнение каркаса мачты П-образной формы обеспечивает хорошую ремонтопригодность; крепление мачты к раме с помощью замков оси ее поворота повышает надежность крепления, оснащение ее гидроцилиндром подъема с ходом не менее 2200 мм позволяет ей отклоняться на отрицательный угол до 30° от вертикали, что обеспечивает возможность забуривать анкер «под машину»; снабжение мачты центратором с изменяемым диаметром для анкеров и бурильного инструмента обеспечивает более точное забуривание анкеров, наличие выносного табло позволяет более удобно считывать показания приборов, наличие измерителя веса со звуковым и визуальным индикаторами его и минипринтера в кабине автомобиля дает возможность распечатать показания приборов.
Расположение тягового гидроцилиндра в механизме испытаний анкеров штоком к кабине в совокупности со связью его с канатной ветвью с помощью продольно расположенных тяг, снабженных захватом, позволяет обходиться при испытаниях меньшим давлением гидросистемы, что позволяет уменьшить размеры самого гидроцилиндра; использование в механизме испытаний гидродомкратов с ходом не менее 1680 мм, позволяет проводить испытания анкера при углах наклона канатной ветви механизма испытания от 30 до 60° в двух положениях - как в сторону машины, так и от машины. Снабжение механизма испытаний датчиками силы и давления позволяет получить более точные показания при проведении испытаний.
Таким образом, техническим результатом усовершенствований является улучшение эксплуатационных характеристик мобильного комплекса для забуривания и испытания анкеров, таких как глубина и направление забуривания (т.е. точность), надежность и удобство проведения испытаний.
Заявляемый мобильный комплекс забуривания и испытания анкеров обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как снабжение механизма испытания анкеров датчиком силы, закрепленным на канатной ветви, и датчиком давления гидросистемы, расположение тягового цилиндра в механизме испытания штоком к кабине и связь его с канатной ветвью посредством продольно расположенных тяг, снабженных захватом, использование гидродомкратов механизма испытаний с ходом не менее 1680 мм, снабжение вращателя съемным удлинителем, закрепляемым на элеваторе шарнирного типа с помощью пальца, для чего элеватор выполнен со стороны крепления с шестигранным углублением на его конце и с противоположно расположенными на оси, перпендикулярной продольной оси шестигранного отверстия, в боковых стенках отверстиями под палец, снабжение удлинителя, выполненного в виде толстостенной трубы с равномерно распределенными по его боковой поверхности отверстиями, на одном его конце, обращенном к элеватору, шестигранным выступом с расположенными на одном уровне на его боковой поверхности сквозными отверстиями под палец, выполнение другого конца удлинителя также с шестигранным углублением на одном его конце и с противоположно расположенными на оси, перпендикулярной продольной оси шестигранного отверстия, в боковых стенках отверстиями для присоединения к нему с помощью пальцев съемного переходника в форме колокола, выполненного из цилиндрической втулки с дном со стороны удлинителя, снабженной с этой стороны шестигранным выступом с расположенными на одном уровне на его боковой поверхности сквозными отверстиями под палец, и круглым углублением на другом его конце, выполнение мачты в виде П-образного каркаса, крепление ее к раме с помощью замков оси ее поворота, оснащение ее гидроцилиндром подъема с ходом не менее 2200 мм и снабжение ее центратором для анкеров и бурильного инструмента, снабжение пульта управления измерителем веса со звуковым и визуальным индикаторами, выносным табло и установленным в кабине автомобиля минипринтером, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, которые обеспечивали бы в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемый мобильный комплекс соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемый мобильный комплекс может использоваться для механизации процесса установки гладких анкеров при креплении ветровых оттяжек нефтепромысловых вышек и мачт, и потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Изобретение иллюстрируется чертежами, где представлены на:
- фиг. 1 - общий вид мобильного комплекса на шасси грузового автомобиля;
- фиг. 2 - конструктивное выполнение рамы;
- фиг. 3 - конструкция выдвижной секции рамы;
- фиг. 4 - конструктивное выполнение мачты (вид спереди);
- фиг. 5 - конструктивное выполнение мачты (вид сзади);
- фиг. 6 - конструктивное выполнение элеватора.
- фиг. 7 - конструктивное выполнение удлинителя;
- фиг. 8 - конструктивное выполнение переходника «колокол»;
- фиг. 9 - конструктивное выполнение пульта управления;
- фиг. 10 - конструктивное выполнение инструмента (бура и анкера);
- фиг. 11 - конструктивное выполнение пальцев.
Мобильный комплекс забуривания и испытания анкеров выполнен следующим образом.
Мобильный комплекс забуривания и испытания анкеров включает в себя прикрепленную стремянками к лонжеронной раме 1 шасси грузового автомобиля сварную металлическую платформу 2, снабженную гидродомкратами 3. На платформе 2 установлены кассета 4 для анкеров, масляный бак 5, пульт 6 управления, инструментальный ящик 7. В центральной части платформы 2 вдоль ее продольной оси размещена рама-каркас 8 с выдвижной секцией 9 с расположенным в ней механизмом 10 испытания анкеров, снабженная тяговым гидроцилиндром 11 и гидродомкратами 11' для его выдвижения. К платформе 2 также прикреплена мачта 12, опирающаяся на закрепленную в передней части платформы 2 опорную стойку 13 и снабженная вращателем 14 и элеватором 15. При этом внутри мачты 12 расположен механизм 16 подачи вращателя 14 в виде каретки. В торцевой части механизма 10 испытаний, снабженной двумя вертикальными стойками 17, установлен обводной блок 18. Вращатель 14 снабжен съемным удлинителем 19, закрепляемым на элеваторе 15 шарнирного типа с помощью пальца 20. Для этого элеватор 15 выполнен со стороны крепления с шестигранным углублением 21 на его конце и с противоположно расположенными на оси, перпендикулярной продольной оси шестигранного углубления 21, в боковых стенках отверстиями 22 под палец 20., Удлинитель 19 выполнен виде толстостенной трубы с равномерно распределенными по его боковой поверхности отверстиями 23. Он снабжен на одном его конце, обращенном к элеватору 15, шестигранным выступом 24 с расположенными на одном уровне на его боковой поверхности сквозными отверстиями 25 под палец 20. При этом другой конец удлинителя 19 выполнен также с шестигранным углублением 26 на одном его конце и с противоположно расположенными на оси, перпендикулярной продольной оси шестигранного отверстия 26, в боковых стенках отверстиями 27 для присоединения к нему с помощью пальца 28 переходника 29 в виде съемного «колокола». Переходник 29 выполнен в виде цилиндрической втулки с дном со стороны удлинителя 19, снабженной с этой стороны шестигранным выступом 30 с расположенными на одном уровне на его боковой поверхности сквозными отверстиями 31 под палец 28, и круглым углублением 32 на другом его конце. Здесь и далее фиксация пальцев при соединении выполняется штифтами или шплинтами (на чертежах не показаны). Мачта 12 выполнена в виде П-образного каркаса, прикреплена к платформе 2 с помощью замков 33 к оси ее поворота и снабжена центратором 34 с изменяемым диаметром для анкеров и бурильного инструмента. Пульт 6 управления снабжен измерителем 35 веса со звуковым и визуальным индикаторами, выносным табло 36 и установленным в кабине автомобиля минипринтером. (на чертежах не показан). Механизм 10 испытания анкеров снабжен датчиком 37 силы, закрепленным на канатной ветви 38, и датчиком давления гидросистемы (на чертежах не показан). Мачта 12 также оснащена гидроцилиндром 39 ее подъема с ходом не менее 2200 мм.
Пульт 6 содержит четыре рукоятки управления гидродомкратами 11', рукоятку подъема мачты 12, рукоятку выдвижения механизма 10 испытания анкеров, рукоятку управления тяговым гидроцилиндром 11 рукоятку управления вращателем 14, рукоятку управления подачей каретки 16, рукоятки управления краном забоя/дополнительного оборудования и, регуляторы давления дополнительного оборудования, давления вращателя, давления забоя, выносное табло 36 с измерителем веса 35, тахометр, индикаторы давления масла и температуры двигателя, манометры системы дополнительного оборудования, системы механизма испытания, системы вращателя, системы забоя (на чертеже не показаны, перечислены для пояснения работы комплекса).
Мобильный комплекс забуривания и испытания анкеров работает следующим образом.
Для подготовки мобильного комплекса к работе оператор устанавливает мачту 12 в рабочее положение на угол от 45° до -30° от вертикального положения, ориентируясь на указатель наклона мачты, обеспечиваемого гидроцилиндрами 39 с большим ходом 2200 мм, и приводит каретку 16 в крайнее нижнее положение, затем устанавливает и закрепляет буровой инструмент 40. Далее оператор производит бурение лидерной скважины по технологической карте с учетом условий бурения и используемого инструмента. Для выполнения всех операций он использует разные рукоятки управления.
Для забуривания анкера 41 после бурения лидерной скважины оператор извлекает буровой инструмент 40 из устья скважины. При помощи элеватора 15 оператор отклоняет бур 40 от мачты 12 и опускает каретку 16 в крайнее нижнее положение, затем убирает инструмент на площадку. С помощью кранового оборудования оператор достает анкер 41 из кассеты 4 на платформе 2, перемещает его к элеватору 15 и соединяет элеватор 15 с анкером 41 с помощью пальца 20. Оператор поднимает каретку 16 до крайнего верхнего положения, затем опускает ее до положения, когда нижний конец анкера 41 опустится в устье скважины и включает вращатель 14. Далее он, перемещая каретку 16 вниз, задавливает анкер 41 до конца хода каретки 16, не допуская вывешивания автомобиля на анкера. Затем он отключает вращатель 14 и расцепляет соединение элеватора 15 с анкером 41. Далее оператор закрепляет на элеваторе 15 удлинитель 19 с помощью пальца 20, раскрывает центратор 34, помещает удлинитель 19 внутрь анкера 41 до совпадения отверстий на удлинителе 19 и анкере 41 и соединяет анкер 41 с удлинителем 19 с помощью пальца 20. Затем он включает вращатель 14 и, перемещая каретку 16 вниз, задавливает анкер 41 на расстояние от земли до верхнего конца анкера 41, равное, 0, 5 м, не допуская вывешивания автомобиля. Далее оператор выключает вращатель 14, расцепляет соединение анкера 41 с удлинителем 19, снимает удлинитель 19 с элеватора 15 и закрывает центратор 34. Он перемещает каретку 16 вниз в транспортное положение, переводит кран в положение «Гидросистема доп. оборудования», укладывает мачту 12 на опорную стойку 13 и поднимает гидродомкраты 3, оперируя рукоятками управления.
Для испытания анкеров оператор в машине с помощью соответствующей рукоятки выдвигает выдвижную секцию 9 рамы 8 механизма 10 испытания в положение «Полностью выдвинута», выдвигает гидродомкраты 3 до касания с землей, устанавливает канатную ветвь 38 в механизм 10 испытания и фиксирует ее пальцем. На канатной ветви 38 на участке от механизма натяжения до обводного блока 18 он устанавливает датчик 37 силы ИВЭ-50-2. Затем оператор с помощью рукояток устанавливает выдвижную секцию 9 в одном из трех положений, в зависимости от расположения анкера 41 и фиксирует ее стопорными пальцами из комплекта ЗИП. Далее он соединяет конец канатной ветви 38 с анкером 41 при помощи пальца с максимальным натяжением. Затем оператор переходит в кабину машины и включает измерительный комплекс ИВЭ-50-2, заносит исходные данные для проведения испытаний, после чего производит обнуление параметров датчиков согласно инструкции на прибор и переходит на рабочее место машиниста. С помощью соответствующей рукоятки оператор создает усилия на канатной ветви 38, контролируя их по выносному табло 35 и манометру до достижения нагрузки согласно требований к анкеру 41. После достижения заданной нагрузки или преждевременного выхода анкера из грунта, оператор возвращает рукоятку в нейтральное положение, снимает усилие с канатной ветви 38 и переходит в кабину машиниста, где производит распечатку результатов испытаний и гистограммы нагружений с помощью минипринтера. Затем оператор переходит на рабочее место машиниста, отсоединяет анкер 41 от канатной ветви 38 и, оперируя нужными рукоятками, поднимает гидродомкраты, выдвигает секцию 9 механизма 10 испытаний в положение «Полностью выдвинута», снимает датчик силы ИВЭ-50-2, отсоединяет канатную ветвь 38 и задвигает выдвижную секцию 9 механизма 10 испытаний в нулевое положение.
Демонтаж анкера.
Демонтаж анкера 41 возможен только в положениях мачты 12 по индикатору наклона от 60 до 95° и запрещен в положениях ≥95°.
Для демонтажа анкера 41 оператор устанавливает машину на месте бурения, переходит на место машиниста, устанавливает двигатель на номинальные обороты и переводит кран в положение «Гидросистема доп. оборудования». Затем рукояткой он выдвигает раму механизма 10 испытания согласно меткам на раме с левой стороны, переходит на рабочее место водителя и устанавливает автомобиль таким образом, чтобы ось анкера 41 проходила через середину обводного блока 18 механизма 10 испытания и была перпендикулярна оси этого блока. После установки оператор тормозит машину ручным тормозом и переходит на рабочее место машиниста, затем соответствующей рукояткой задвигает секцию 9 механизма 10 испытания в нулевое положение. С помощью рукояток оператор выравнивает машину на домкратах и переводит буровое оборудование в рабочее положение для чего с помощью нужной рукоятки устанавливает мачту 12 в рабочее положение, ориентируясь на индикатора наклона мачты 12, так чтобы ось вращателя 14 была соосна оси анкера 41. Далее он переводит кран в положение «Гидросистема забоя» и, оперируя нужной рукояткой, приводит каретку 16 в крайнее нижнее положение, закрепляет удлинитель 19 с помощью пальца, раскрывает центратор 34 и соответствующей рукояткой, перемещая каретку 16 вниз, помещает удлинитель 19 внутрь анкера 41 до совпадения отверстий на удлинителе 19 и на анкере 40 и соединяет анкер 41 с удлинителем 19 с помощью пальца 28. Затем оператор нужной рукояткой включает вращатель 14, перемещает каретку 16 вверх, извлекает анкер 41 из грунта, следя за показаниями манометров на пульте 6 и положением мачты 12. Когда анкер 41 полностью извлечен, при помощи элеватора 12 оператор отклоняет анкер 41 от мачты 12 и, оперируя соответствующей рукояткой, опускает каретку 16 в крайнее нижнее положение. Далее оператор застропляет инструмент канатом кранового оборудования и раскрепляет соединение с элеватором 15, с помощью кранового оборудования опускает инструмент на площадку и отцепляет канат, после чего расцепляет соединение анкера 41 с удлинителем 19 и снимает удлинитель 19 с анкера 41. Затем он закрывает центратор 34, с помощью кранового оборудования укладывает анкер 41 в кассету 4 на платформе 2, переводит кран в положение «Гидросистема доп. оборудования», с помощью рукоятки укладывает мачту 12 на опорную стойку 13 и оперируя соответствующими рукоятками, поднимает гидродомкраты 11'.
В сравнении с прототипом заявляемый мобильный комплекс забуривания и испытания анкеров имеет улучшенные эксплуатационные характеристики.