БУРОВОЙ АГРЕГАТ

Техническое решение относится к области бурения с очисткой скважин промывкой и со средствами бурения, расположенными в скважине, и может быть использовано для установки свайных сооружений.
Известные устройства [2-11] для бурения традиционно включают бурильные трубы, снабженные на нижнем конце бурильным долотом или бурильной коронкой. В ряде устройств на бурильных трубах установлен расширитель [9, 10]. Бурение в ряде случаев осуществляется турбобуром [2, 7-10]. Эффективность бурения повышается в устройствах с промывкой скважин и в установках с эрлифтовым удалением разбуренной породы (см., например [2-4, 10, 11].
Общая классическая схема устройств для бурения, описанная в [10], имеет некоторые особенности использования, например, при бурении на суше [2, 4] или на шельфе [3]. При этом установки для бурения на шельфе (например [3, 4]), как правило, включают обсадную трубу и размещенную в ней бурильную трубу, которая снабжена закрепленными на ней бурильной коронкой (или долотом), а также устройства для подачи промывочной жидкости и пневматический подъемник (эрлифт) для транспортировки фракций бурения из скважины.
Однако, такие устройства [3, 4] не могут быть использованы повсеместно для различных целей бурения, например, для сооружения свайных оснований, особенно на твердых скальных породах. При этом в ряде
таких устройств бурение и эрлифтование производится последовательно, что снижает производительность процесса бурения. Кроме того, такие установки [3, 4] достаточно сложны и экономически невыгодны при специальных видах работ, в том числе для установки свайных сооружений.
Известное устройство [2], как и ряд других аналогов, содержит обсадную трубу, размещенную в ней и подвешенную на крановом крюке бурильную трубу, которая снабжена закрепленными на ней бурильной коронкой, трубобуром и расширителем, а также установленные у устья скважины устройство подачи промывочной жидкости по нагнетательному шлангу и эрлифт, который содержит компрессор, воздуховод, смесительную камеру и подъемную трубу для транспортировки из скважины фракций бурения вместе с водой. При этом устройство подачи промывочной жидкости выполнено в виде специальной автономной системы.
Однако, устройство [2] не позволяет производить установку свайных сооружений, в которых сваями являются обсадные трубы, особенно в прибрежной морской зоне с твердыми скальными породами. В устройстве [2] бурение и эрлифтование производятся последовательно, а в случае твердых скальных пород - в несколько приемов, что снижает производительность процесса бурения. При этом установка [2] достаточно сложна, поскольку имеет устройство сепарации и другие вспомогательные устройства.
Устранение этих недостатков требует специального конструктивного выполнения с учетом особенностей свайных сооружений на твердых скальных породах, как это сделано, например, в установке [1], принятой за прототип.
Установка [1] для бурения скважин включает обсадную трубу, размещенную в ней и подвешенную на крановом крюке бурильную трубу, которая снабжена закрепленными на ней бурильной коронкой, турбобуром и расширителем, а также установленные у устья скважины устройство подачи промывочной жидкости по нагнетательному шлангу и эрлифт, содержащий компрессор, воздуховод, смесительную камеру, и подъемную трубу для
транспортировки из скважины фракций бурения (шлама) вместе с водой. При этом бурильная труба, воздуховод, смесительная камера и подъемная труба эрлифта размещены в скважине с возможностью одновременного функционирования, смесительная камера эрлифта размещена между бурильной коронкой и расширителем, а в качестве промывочной жидкости использована отработанная в турбобуре жидкость или морская вода.
Однако, наличие в установке [1] турбобура требует большой энергоемкости для нагнетания воды для его вращения. Кроме того, специфика бурения скважин в твердых скальных породах для глубин от 6 до 30 м допускает упрощение установки посредством замены энергоемкого турбобура более рациональным технологическим буровым инструментом.
Сущность предлагаемого технического решения - замена турбобура со значительной энергоемкостью осевым насосом, работающим соосно с буровой колонной, в совокупности с эрлифтом.
Основной технический результат - снижение энергоемкости бурового агрегата при упрощении его конструкции и, как следствие, - снижение стоимости буровых работ при бурении скважин под свайные основания глубиной до 30 м.
Технический результат достигается следующим образом.
Буровой агрегат содержит обсадную трубу, бурильную трубу, размещенный в бурильной трубе технологический буровой инструмент, устройство подачи промывочной жидкости по нагнетательному шлангу и эрлифт, установленные у устья скважины, а также подъемную трубу для отвода шлама. Отличительной особенностью агрегата является то, что технологический буровой инструмент включает осевой насос и шарошечное долото, жестко закрепленное на нижнем конце соединенного с приводом вала осевого насоса, а вал осевого насоса размещен соосно в трубе отвода шлама, являющейся направляющей вала, и снабжен, по крайней мере, одним рядом закрепленных на нем лопастей.
Буровой агрегат также отличается тем, что эрлифт включает компрессор и воздуховод для подачи воздуха в устье скважины под давлением 0,5-0,7 Мпа.
Кроме того, отличием является то, что при глубине скважины более 5-6 м лопасти на валу осевого насоса размещены в n рядов через каждые 5-6 м, n=l/(5-6), где l - глубина скважины, м.
При этом буровой агрегат отличается тем, что бурильная труба установлена в обсадной трубе посредством центраторов.
В конкретных случаях выполнения агрегата при бурении на акватории в качестве промывочной жидкости используется вода акватории, а при бурении на суше для подачи промывочной жидкости используется водяной насос с подачей воды под давлением 0,8-1,0 Мпа.
Для выбора экономичной работы осевой насос может быть выполнен поворотно- или жестколопастным.
В частном случае буровой агрегат выполнен для бурения скважин в твердых скальных породах глубиной от 6 до 30 м для установки свайных причальных или противооползневых сооружений.
Общая схема бурового агрегата приведена на чертеже.
Буровой агрегат содержит обсадную трубу 1, бурильную трубу 2 агрегата, подъемную трубу 3 для отвода шлама, осевой насос с валом 4, шарошечное долото 5, ряды лопастей б на валу осевого насоса и центраторы 7 крепления агрегата в обсадной трубе.
Буровой агрегат работает следующим образом.
Бурение осуществляется (см. чертеж) в обсадной трубе 1 посредством шарошечного долота 5, жестко закрепленного на нижнем конце соединенного с приводом (на чертеже не показан) вала 4 осевого насоса с лопастями 6, который размещен соосно в трубе 3 отвода шлама, которая, в свою очередь, размещена в бурильной трубе 2 с установленными на ней центраторами 7. В трубу 3 отвода шлама у устья скважины под давлением 0,5-0,7 Мпа подается воздух посредством эрлифта, включающего компрессор и
воздуховод (на чертеже не показаны). В случае бурения на суше для подачи промывочной жидкости используется водяной насос с подачей воды под давлением 0,8-1,0 Мпа. При бурении на акватории в качестве промывочной жидкости используется вода акватории. Разбуренная шарошечным долотом 5 порода вместе с промывочной жидкостью и воздухом эрлифта посредством лопастей 6, закрепленных на валу 4 осевого насоса, транспортируется на поверхность по трубе 3 отвода шлама. При этом при глубине скважины 5-6 м вал осевого насоса снабжен одним рядом лопастей, а при больших глубинах (более 5-6 м) лопасти 6 на валу 4 осевого насоса размещаются в несколько рядов через каждые 5-6 м (3-4 ряда при глубинах до 30 м). Для выбора экономичной работы осевой насос может быть выполнен с жестко закрепленными на валу 4 или поворотными лопастями 6 (см.: Бушта Т.М. и др. Гидравлика. Гидравлические машины и приводы. - М.: Машиностроение, 1970, с.196-197). В частном случае буровой агрегат выполнен для бурения скважин в твердых скальных породах Черноморского побережья для установки свайных причальных и противооползневых сооружений с глубиной погружения в породы от б до 30 м.
Таким образом, основное отличие предложенного агрегата от прототипа [1], заключающееся в совмещении удаления шлама осевым насосом, работающим соосно с буровой колонной (трубой), и эрлифта, обеспечивает технический результат: снижение энергоемкости бурового агрегата, поскольку энергопотребление осевого насоса значительно меньше энергопотребления турбобура, используемого в прототипе [1] и других аналогах.
Кроме того, при замене турбобура осевым насосом при глубинах бурения до 30 м упрощается конструкция бурового агрегата и снижается стоимость буровых работ.
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналоги:
1. RU 17708 U1, 20.04.2001 (прототип).
2. RU 16177 U1, 10.12.2000 (аналог).
3. Асеев А.Г., Распопов В.М., Хворостовский С.С. Бурение разведочных скважин на шельфе. - М.: Недра, 1988. - 198 с. (аналог: с.124-126, рис.36).
4. SU 1393898 А1, 07.05.1988 (аналог).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
5. SU 1593327 А1, 20.08.2000.
6. RU 10769 U1, 16.08.1999.
7. SU 615725 А1, 10.03.2000.
8. SU 1373007 А1, 10.05.2000.
9. RU 6405 U1, 16.04.1998.
10. Новый политехнический словарь / Под ред. А.Ю.Ишлинского. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2003. - 671 с.
11. RU 35134 U1, 27.12.2003.