БУРОВАЯ УСТАНОВКА СТАЦИОНАРНАЯ САМОМОНТИРУЕМАЯ
STATIONARY AUTO-MOUNTED DRILL RIG

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при строительстве буровых сооружений для бурения глубоких скважин на нефть и газ.
Буровая установка предназначена для бурения глубоких и сверхглубоких скважин на газ и нефть, а также может быть использована для бурения глубоких шахтных стволов большого диаметра.
Известна компоновка мобильной буровой установки МБУ 180 в описании к изобретению №2387785, от 03.09.2008, опубл. 27.04.2010, МПК Е21В 7/02, которая содержит конструктивно-функциональные элементы: лебедку, тормоз лебедки, вспомогательный гидродинамический тормоз, аварийный электрогидравлический привод, подъемный блок, установленные на основании самоходной колесной транспортной базы, которое шарнирно соединено с А-образной складной мачтой с кронблоком. Компоновка снабжена аппарелью, на которой установлены транспортная база, мачта и буровое основание, выполненное с барьерным ограждением. Мачта состоит из двух телескопических конструкций. Каждая конструкция мачты состоит из двух секций, верхней и нижней, и выполнена с делением на ячейки. Между верхними секциями мачты установлен балкон верхового рабочего, который также выполнен с барьерным ограждением. Обеспечивает повышение эффективности проведения работ и расширение функциональных возможностей буровой установки.
Недостатки: низкая грузоподъемность, большие затраты времени на монтаж и демонтаж буровой установки.
Известна буровая установка №2337227 от 09.03.2007, опубл. 27.10.2008, МПК Е21В 7/02, Е21В 3/00, Е21В 15/00, содержащая основание, шарнирно установленную на нем и выполненную в виде прямоугольной рамы мачту с направляющими, подвижно установленную посредством роликов каретку с расположенными на ней вращателем и гидродвигателем, механизм перемещения каретки, причем каретка снабжена кронштейнами, в которых на осях закреплены ролики, расположенные с наружных сторон полок каждой направляющей, а также средством регулирования осевого расстояния между роликами, выполненным в виде установленной на оси ролика втулки с эксцентрично расположенными относительно друг друга наружной и внутренней поверхностями, и крышки, фиксирующей положение втулки.
Недостатки: низкая грузоподъемность.
Известна буровая вышка для бурения нефтяных и газовых скважин УЗТМ БУ-6500/400 ДТ, Буровое оборудование: учебное пособие / В.Г. Крец, Л.А. Саруев, В.Г. Лукьянов, А.В. Шадрина, В.А. Шмурыгин, А.Л. Саруев; Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. - 121 с., содержащая мачту ферменной решетчатой конструкции башенного или А-образного типа, состоящую из секций, грузоподъемностью 400…500 т., основание с выносными опорами, полиспаст с лебедками, буровую колонну, растяжки, упоры, перекрытия с кронблоками.
Недостатки: низкая грузоподъемность, большие затраты времени на монтаж и демонтаж буровой установки.
Наиболее близким аналогом является буровая вышка для бурения нефтяных и газовых скважин УЗТМ БУ-8000/500 ЭР Буровое оборудование: учебное пособие / В.Г. Крец, Л.А. Саруев, В.Г. Лукьянов, А.В. Шадрина, В.А. Шмурыгин, А.Л. Саруев; Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. - 121 с., содержащую мачту форменной решетчатой конструкции башенного или А-образного типа, состоящую из секций, грузоподъемностью 400…500 т., основание с выносными опорами, буровую колонну, полиспаст с лебедками, растяжки, упоры, перекрытия с кронблоками.
Недостатки: низкая грузоподъемность, большие затраты времени на монтаж и демонтаж буровой установки.
Технический результат: повышение грузоподъемности, сокращение времени монтажа и демонтажа буровой установки.
Технический результат достигается за счет того, что буровая установка стационарная самомонтируемая, содержащая основание с выносными опорами, мачту, состоящую из секций, каретку, буровую колонну, полиспаст с тросом и лебедками, растяжки, упоры, перекрытия с кронблоками отличающаяся тем, что секции мачты выполнены из труб в виде мачты-ствола с проемом по всей высоте для подъема бурильной свечи, в которой с помощью полиспаста или гидроцилиндров движется двухступенчатая каретка, содержащая верхнюю и нижнюю ступени, соединенные между собой страховочными тросами, двумя или более гидроцилиндрами, имеющими карманы, в которых движутся клинья для стопорения двухступенчатой каретки в мачте-стволе, ролики для свободного прохождения двухступенчатой каретки по мачте-стволу и ограничители поворота с роликами, при этом верхняя ступень с выполненным в ней проемом для прохождения полиспаста на время монтажа мачты-ствола, снабжается консолью с опорой на роликах, передвижной площадкой с закрепленным на ней бочонком, гидроцилиндром передвижной площадки, а нижняя ступень содержит верхний привод с захватом для подъема свечей, серьгу для подвешивания двухступенчатой каретки на крюкоблок, масляную станцию, пульт управления с рабочими местами машиниста, проем для доступа в двухступенчатую каретку обслуживающего персонала, причем каждая из секций мачты-ствола содержит основные продольные ребра жесткости, выполненные в виде короба по краям проема, и дополнительные продольные ребра жесткости, выполненные по всему диаметру секции, а на торцах - поперечные ребра жесткости для соединения секций между собой, четыре окна стопорения, к каждому из которых снаружи по всей длине секции приварен усиленный швеллер.
В заявляемом изобретении повышение производительности труда достигается за счет сокращения времени монтажа и демонтажа, возможности самомонтажа буровой установки, увеличения длины свечи.
Монтаж мачты-ствола проводится с помощью автокрана пока позволяет высота его подъема, а затем производится самомонтаж секций ствола с помощью консоли, которая на время монтажа мачты-ствола крепится на верхней ступени двухступенчатой каретки. На консоли имеется передвижная площадка с закрепленным на ней бочонком. Под консолью находится опора консоли с роликами, которая не дает возможности перекоса верхней ступени двухступенчатой каретки. На бочонок надевается очередная секция и с помощью гидроцилиндров двухступенчатой каретки консоль поднимается выше мачты-ствола на 10 см. Затем передвижная площадка с установленной на ней секцией с помощью гидроцилиндра передвижной площадки надвигается на мачту-ствол до совмещения и консоль опускается. Нижний конус бочонка входит в мачту-ствол и центрирует опускаемую секцию. После закрепления опущенной секции консоль поднимается на 10 см выше мачты-ствола, передвижная площадка отодвигается в исходное положение и консоль с помощью двухступенчатой каретки опускается вниз за следующей секцией. Демонтаж буровой установки проводится в обратном порядке.
Благодаря конструкции мачты-ствола время монтажа и демонтажа сокращается в несколько раз, достигается возможность наращивания мачты-ствола до 60 м и более.
Повышение грузоподъемности буровой установки до 1000 и более т происходит за счет усиления мачты-ствола основными продольными ребрами жесткости, выполненными в виде короба по краям проема, и дополнительными продольными ребрами жесткости, выполненными по всему диаметру секции, а на торцах - поперечными ребрами жесткости, окон стопорения, к каждому из которых снаружи по всей длине секции приварен усиленный швеллер, позволяющий создать дополнительную нагрузку при бурении.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом позволяет сделать вывод, о том, что заявляемое изобретение отвечает условиям патентоспособности: является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо.
Буровая установка стационарная самомонтируемая поясняется следующими чертежами:
На фиг.1 изображена буровая установка стационарная самомонтируемая вид спереди.
На фиг.2 изображена буровая установка стационарная самомонтируемая вид сверху.
На фиг.3 изображена секция мачты-ствола вид сверху.
На фиг.4 изображена секция мачты-ствола вид сбоку.
На фиг.5 изображена двухступенчатая каретка вид спереди.
На фиг.6 изображена двухступенчатая каретка вид сверху 6.
На фиг.7 изображен подъем буровой колонны с помощью полиспаста и гидроцилиндров каретки.
На фиг.8 - самомонтаж мачты-ствола буровой установки вид сбоку.
На фиг.9 - самомонтаж мачты-ствола буровой установки вид сверху.
На фиг.10 изображен реечный привод передвижения одноступенчатой каретки.
На фиг.11 изображен реечный привод.
Буровая установка состоит из основания 1 с выносными опорами 4, мачты-ствола 2, двухступенчатой каретки 3, полиспаста с тросом 32 и лебедками, растяжек 7, упоров 8, перекрытия с кронблоками 6. Основание 1 представляет собой металлическую конструкцию с проемом в центре, состоящую из основных и связующих блоков, соединенных между собой с помощью пазов. При монтаже основания 1 устанавливаются выносные опоры 4, которые вставляются в специальные карманы, выполненные в основании 1. По углам основания 1 находятся натяжные устройства 9 для натяжения растяжек 7. Основание 1 устанавливается на бетонную площадку 5. Секции 13 мачты-ствола 2 выполнены из труб d 2220 и более мм и снабжены дополнительными продольными ребрами жесткости 10, выполненными по всему диаметру секции 13. По всей высоте мачты-ствола 2 имеется проем 12 для подъема бурильной свечи. На торцах секции 13 привариваются поперечные ребра жесткости 11 толщиной 30 мм для соединения секций 13 между собой. Каждая секция 13 в середине длины имеет четыре окна стопорения 15, расположенные по диаметру секции 13 на определенном расстоянии для стопорения клиньев 19 двухступенчатой каретки 3. Снаружи к каждому из окон стопорения 15 по всей длине секции 13 приваривается усиленный швеллер 14. По краям проема 12 по всей длине секции 13 привариваются выполненные в виде короба основные продольные ребра жесткости 16.
Внутри мачты-ствола 2 с помощью полиспаста или гидроцилиндров 21 движется двухступенчатая каретка 3, предназначенная для самомонтажа мачты-ствола 2 и создания дополнительных нагрузок на буровую колонну 22 при бурении, вытягивания тяжелых обсадных труб и буровых колонн, а также для поддержания буровой колонны 22 при бурении.
Двухступенчатая каретка 3 состоит из верхней 17 и нижней 18 ступеней, которые соединены между собой двумя и более гидроцилиндрами 21 с выдвижением штока 6,0 м. Грузоподъемность гидроцилиндров 21 может быть 400 и более тонн. Верхняя 17 и нижняя 18 ступени изготовляются из труб на 2-3 см меньше диаметра мачты-ствола 2. В верхней 17 и нижней 18 ступенях имеются карманы, в которых движутся клинья 19 для стопорения двухступенчатой каретки 3 в мачте-стволе 2. При совмещении клиньев 19 с окнами стопорения 15 в мачте-стволе 2 клинья 19 автоматически выдвигаются или задвигаются в зависимости от направления движения двухступенчатой каретки 3. При движении двухступенчатой каретки 3 синхронное задвижение клиньев 19 на верхней 17 и нижней 18 ступенях исключено. Для безопасности верхняя 17 и нижняя 18 ступени соединены между собой страховочными тросами (не указаны), равными длине выдвижения штока гидроцилиндра. В верхней ступени 17 имеется проем 25 для полиспаста, а в нижней ступени 18 находится серьга 30 для подвешивания двухступенчатой каретки 3 на крюкоблок 31. На верхней 17 и нижней 18 ступенях двухступенчатой каретки 3 имеются ролики 23 для свободного прохождения двухступенчатой каретки 3 по мачте-стволу 2, а также ограничители поворота 24 с роликами 23.
Верхняя ступень 17 на время монтажа мачты-ствола 2 снабжается консолью 35 с опорой 37 на роликах 23, передвижной площадкой 38 с закрепленным на ней бочонком 34, гидроцилиндром передвижной площадки 39. В нижней ступени 18 находится верхний привод 20 с захватом 29 для подъема бурильных свечей, масляная станция 27, пульт управления 26 с рабочими местами машиниста, а также имеется проем 28 для доступа в двухступенчатую каретку 3 обслуживающего персонала.
На ограничители поворота 24 верхней ступени 17 каретки крепится люлька с огражденной лестницей для входа в нижнюю ступень 18 каретки и для перехода на секционную люльку. В верхней части каждой секции 13 по всему периметру мачты-ствола 2 подвешиваются люльки для удобства монтажа и демонтажа и осмотра крепления секций 13 и растяжек 7.
Между секционными люльками на каждой секции 13 имеется вертикально огражденная лестница.
На перекрытии 6 с кронблоками мачты-ствола 2 имеется помещение для временного нахождения персонала и люк для осмотра кронблока и для спуска в мачту-ствол 2. С помощью двухступенчатой каретки 3 персонал может быть доставлен в любую точку мачты-ствола 2.
В буровой установке для грузоподъемных работ можно использовать не только полиспаст с двухступенчатой кареткой 3, но и более скоростной реечный привод 40 с одноступенчатой кареткой 33 грузоподъемностью 400 и более т. Мощность реечного привода 40 зависит от количества зубчатых реек 36, которые выполняют функции ребер жесткости мачты-ствола 2 и от количества гидромоторов речного привода 41. Крепление реечного привода 40 каждой зубчатой рейки 36 и одноступенчатой каретки 33 должно быть шарнирным.
Монтаж секций 13 мачты-ствола 2 буровой установки проводится с помощью грузоподъемного механизма, пока позволяет высота подъема данного механизма. Далее производится самомонтаж секций 13 мачты-ствола 2 с помощью консоли 35, которая крепится на верхней ступени 17 двухступенчатой каретки 3. Очередная секция 13 одевается на бочонок 34 и с помощью гидроцилиндров 21 двухступенчатой каретки 3 консоль 35 поднимается выше мачты-ствола 2 на 10 см. Затем передвижная площадка 38 с установленной на ней секцией 13 с помощью гидроцилиндра передвижной площадки 39 надвигается на мачту-ствол 2 до совмещения и консоль 35 опускается. Нижний конус бочонка 34 входит в мачту-ствол 2 и центрирует опускаемую секцию 13. После закрепления опущенной секции 13 консоль 35 поднимается на 10 см выше мачты-ствола 2, передвижная площадка 38 отодвигается в исходное положение и консоль 35 с помощью двухступенчатой каретки 3 опускается вниз за следующей секцией 13.
Под консолью 35 находится опора консоли 37 с роликами 23, которая не дает возможности перекоса верхней ступени 17 двухступенчатой каретки 3. Внутри мачты-ствола 2 движется с помощью полиспаста или гидроцилиндров 21 двухступенчатая каретка 3, предназначенная для самомонтажа и создания дополнительных нагрузок на буровую колонну 22 при бурении, вытягивания тяжелых обсадных труб и буровых колонн 22, а также для поддержания буровой колонны 22 при бурении.
Повышение грузоподъемности буровой установки до 1000 и более т происходит за счет усиления мачты-ствола 2 основными продольными ребрами жесткости 16, выполненными в виде короба по краям проема 1, и дополнительными продольными ребрами жесткости 10, выполненными по всему диаметру секции 13, а на торцах - поперечными ребрами жесткости 11, окон стопорения 15, к каждому из которых снаружи по всей длине секции приварен усиленный швеллер 14, позволяющий создать дополнительную нагрузку при бурении.
Основные грузоподъемные работы при бурении выполняются полиспастом.
Движение двухступенчатой каретки 3 с помощью гидроцилиндров 21 осуществляется при самомонтаже и демонтаже мачты-ствола 2, а также при создании дополнительных нагрузок на буровую колонну 22. Движение двухступенчатой каретки 3 происходит следующим образом. При движении вверх клинья 19 нижней ступени 18 двухступенчатой каретки 3 стопорятся и штоки гидроцилиндров двухступенчатой каретки 3 выдвигаются, поднимая верхнюю ступень 17 вверх. При совмещении клиньев 19 верхней ступени 17 с окнами стопорения 15 они автоматически выдвигаются и стопорятся, начинается втягивание штоков гидроцилиндров двухступенчатой каретки 3, при этом клинья 19 нижней ступени 18 поднимаются до совмещения их с окнами стопорения 15. При движении двухступенчатой каретки 3 вниз все происходит в обратном порядке, клинья 19 верхней 17 и нижней 18 ступеней задвигаются и гидропривод двухступенчатой каретки 3 отключается.
Технология бурения и комплектация вспомогательными механизмами и оборудованием буровой установки стационарной самомонтируемой ничем не отличается от известных аналогов, но за счет ее конструкции появляются намного большие возможности:
повышение производительности труда в два раза;
возможность монтажа мачты-ствола высотой 60 м и более;
повышение грузоподъемности до 1000 т и более;
глубина бурения увеличивается до 10 км и более.
Буровая установка стационарная самомонтируемая
Перечень позиций.
1. Основание
2. Мачта-ствол
3. Двухступенчатая каретка
4. Выносная опора
5. Бетонная площадка
6. Перекрытие с кронблоком
7. Растяжка
8. Упор
9. Натяжные устройства
10. Дополнительные продольные ребра жесткости
11. Поперечные ребра
12. Проем
13. Секция
14. Швеллер
15. Окно стопорения
16. Основное продольное ребро жесткости
17. Верхняя ступень
18. Нижняя ступень
19. Клин
20. Верхний привод
21. Гидроцилиндры
22. Буровая колонна
23. Ролики
24. Ограничитель поворота
25. Проем для полистпаста
26. Пульт управления
27. Масляная станция
28. Вход в каретку
29. 3ахват
30. Серьга
31. Крюкоблок
32. Трос полиспаста
33. Каретка
34. Бочонок
35. Консоль
36. Зубчатая рейка
37. Опора консоли
38. Передвижная площадка
39. Гидроцилиндр передвижной площадки
40. Реечный привод
41. Гидромотор реечного привода.