МЕХАНИЗМ ПОДАЧИ БУРОШНЕКОВОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДА

Предлагаемое техническое решение относится к оборудованию для бурения горизонтальных и слабонаклонных скважин с креплением их стенок трубчатым кожухом и может быть использовано для прокладки продуктопроводов, канализации, кабелей под водными и земляными преградами, транспортными магистралями, природоохранными зонами и др.
Известен механизм подачи установки бурошнековой для бестраншейной прокладки трубопроводов (патент РФ на полезную модель №165050, МПК Е21В 7/04, опубл. 27.09.2016), включающий неподвижные упоры, закрепленные противоположно и соосно друг другу в верхних пазах горизонтальных направляющих параллельных балок модульной составной рамы и выполненные в виде выступов типа «ласточкин хвост», меньшие стороны которых жестко прикреплены к направляющим балкам рамы, противолежащие клиновые стороны расположены поперек направляющих с возможностью взаимного замкового зацепления с ответными поверхностями подвижных упоров в виде обратных «ласточкиных хвостов», которые жестко прикреплены к штокам гидродомкратов подачи каретки с бурошнековой машиной, секционной обсадной колонной, размещенного в ней шнекового става и инструмента, оси которых при рабочих ходах расположены в плоскости, проходящей через ось буримой под трубопровод скважины, и кинематически сопряжены с самонастраивающимся на всю длину прямого или обратного шаговых ходов подъемно-опускающим устройством, обеспечивающим замковое зацепление с любой из сторон неподвижного упора. Самонастраивающееся подъемно-опускающее устройство выполнено в виде поворотного контура, поперечная ось которого размещена в поперечном отверстии подвижного упора, попеременно фиксирующегося в крайних положениях с возможностью прикрытия внутренней частью своей торцовой поверхности одной из клиновых сторон подвижных упоров и образования наружной частью торцовой поверхности с верхней частью ответной клиновой поверхности неподвижных упоров встречной клиновой поверхности касания, обеспечивающей преодоление сил трения и таким образом взаимное зацепление или расцепление на полную длину циклических прямого и обратного шаговых ходов до неподвижного упора или после него.
Недостатками известного технического решения являются низкая работоспособность из-за налипания продуктов разрушения во внутреннее открытое пространство между подъемно-опускающим устройством в виде поворотного контура и подвижным упором, вследствие этого - сложность обеспечения условия преодоления сил трения на наружной поверхности поворотного контура на всю длину циклических прямого и обратного шаговых ходов, и, следовательно, снижение технической производительности процесса бурения горизонтальной скважины из-за увеличения времени на вспомогательные операции.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению, выбранным в качестве прототипа, является механизм подачи бурошнековой установки для бестраншейной прокладки трубопроводов (патент РФ на полезную модель №185552, МПК Е21В 7/04, E02F 5/18, опубл. 11.12.2018), включающий неподвижные упоры двухстороннего действия, зафиксированные в верхних пазах горизонтальных направляющих балок модульной составной рамы с возможностью взаимного замкового зацепления с ответными поверхностями подвижных упоров двухстороннего действия, жестко прикрепленных к штокам гидродомкратов подачи каретки с бурошнековой машиной, секционной обсадной колонной и инструментом, при этом каждый подвижный упор кинематически сопряжен с самонастраивающимся на всю длину прямого или обратного шаговых ходов подъемно-опускающим устройством, обеспечивающим поочередное замковое зацепление с любой из сторон неподвижного упора. Самонастраивающееся подъемно-опускающее устройство выполнено в виде вертикальной упорной стойки, подвижно сопряженной со штоком гидродомкрата подачи, и поворотного в вертикальной плоскости изогнутого рычага, шарнирно прикрепленного к цилиндру гидродомкрата подачи с возможностью подъема или опускания вертикальной упорной стойки для выхода или входа в замковое зацепление с клиновыми сторонами неподвижных упоров направляющих балок. Вертикальная упорная стойка выполнена в виде двухлучевой призмы с центральным отверстием, поверхность которого подвижно сопряжена с цилиндрической поверхностью штока с возможностью ориентированного поворота вокруг его оси, подвижные упоры расположены на торцах лучей противоположно направленными друг другу относительно продольной оси гидродомкрата подачи, при этом один - для замкового зацепления с неподвижным упором на прямой ход, а противоположный - для замкового зацепления с неподвижным упором на обратный ход механизма подачи бурошнековой установки. Короткое исполнительное плечо поворотного в вертикальной плоскости изогнутого рычага выполнено длиной, достаточной для подъема в рабочее или опускания в исходное положения вертикальной упорной стойки соответственно для выхода или входа в замковое зацепление с клиновыми сторонами неподвижных упоров направляющих балок, и размещено в исходном положении в зазоре между цилиндром гидродомкрата подачи и верхней поверхностью неподвижных упоров направляющих балок, а длинное управляющее плечо поворотного в вертикальной плоскости изогнутого рычага снабжено ограничителем угла поворота и механизмом автоматического возврата в исходное положение.
Недостатком данного технического решения является низкая техническая производительность процесса бурения горизонтальной скважины, обусловленная:
1) трудоемкостью совместного монтажа-демонтажа каретки с бурошнековой машиной и шарнирно соединенных с кареткой гидродомкратов подачи на горизонтальных направляющих балок модульной составной рамы вследствие отсутствия дополнительной фиксации гидродомкратов в подвешенном состоянии;
2) сложностью позиционирования с помощью рычажных систем гидродомкратов подачи в процессе настройки на циклический прямой или обратный шаговый ход, приводящей к вероятному отказу самонастраивающегося подъемно-опускающего устройства, а, следовательно, механизма подачи в целом.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение - увеличение технической производительности процесса бурения горизонтальной скважины за счет повышения эффективности позиционирования гидродомкратов подачи при настройке на циклический прямой или обратный шаговый ход и обеспечения их совместного монтажа-демонтажа с кареткой и бурошнековой машиной.
Указанный технический результат достигается тем, что в механизме подачи бурошнековой установки для бестраншейной прокладки трубопроводов, включающем неподвижные упоры двухстороннего действия, зафиксированные в верхних пазах горизонтальных направляющих балок модульной составной рамы с возможностью взаимного замкового зацепления с ответными поверхностями подвижных упоров двухстороннего действия, жестко прикрепленных к штокам гидродомкратов подачи каретки с бурошнековой машиной, секционной обсадной колонной и инструментом, при этом каждый подвижный упор кинематически сопряжен с самонастраивающимся на всю длину прямого или обратного шаговых ходов подъемно-опускающим устройством из подвижно сопряженной со штоком гидродомкрата подачи вертикальной упорной стойки в виде двухлучевой призмы с размещенными на торцах противоположно направленными подвижными упорами, обеспечивающими поочередное замковое зацепление с любой из сторон неподвижных упоров направляющих балок, и механизма ее подъема и опускания для выхода или входа в замковое зацепление с неподвижными упорами направляющих балок, согласно заявляемому техническому решению, механизм подъема и опускания вертикальной упорной стойки выполнен в виде гибкой связи, один конец которой шарнирно прикреплен к верхней части лобовины каретки с бурошнековой машиной, другой - к корпусу гидродомкрата подачи, а внутри размещено устройство для изменения линейной длины гибкой связи.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена фронтальная проекция бурошнековой установки с заявляемым механизмом подачи, на фиг. 2 - вид сверху на бурошнековую установку с заявляемым механизмом подачи, на фиг. 3 - самонастраивающееся подъемно-опускающееся устройство в исходном (готовом для выполнения циклического хода) положении, вид спереди, на фиг 4 - самонастраивающееся подъемно-опускающееся устройство в рабочем (готовом для выполнения настройки) положении, вид спереди.
Механизм подачи бурошнековой установки для бестраншейной прокладки трубопроводов (фиг. 1, 2), включает неподвижные упоры 1 двухстороннего действия, зафиксированные в верхних пазах горизонтальных направляющих балок 2 модульной составной рамы 3 с возможностью взаимного замкового зацепления с ответными поверхностями подвижных упоров 4 двухстороннего действия, жестко прикрепленных к штокам 5 гидродомкратов 6 подачи каретки 7 с бурошнековой машиной 8, секционной обсадной колонной 9 и инструментом 10, при этом каждый подвижный упор 4 кинематически сопряжен с самонастраивающимся на всю длину прямого или обратного шаговых ходов подъемно-опускающим устройством из подвижно сопряженной со штоком 5 гидродомкрата 6 подачи вертикальной упорной стойки 11 в виде двухлучевой призмы с размещенными на торцах противоположно направленными подвижными упорами 4, обеспечивающими поочередное замковое зацепление с любой из сторон неподвижных упоров 1 направляющих балок 2, и механизма ее подъема и опускания для выхода или входа в замковое зацепление с неподвижными упорами направляющих балок. Механизм подъема и опускания вертикальной упорной стойки 11 выполнен в виде гибкой связи 12, один конец которой шарнирно прикреплен к верхней части лобовины каретки 7 с бурошнековой машиной 8, другой - к корпусу гидродомкрата 6 подачи, а внутри размещено устройство 13 для изменения линейной длины гибкой связи 12.
Предлагаемое техническое решение работает следующим образом.
Для обеспечения подачи на раме 3 по ее направляющим балкам 2 каретки 7 с бурошнековой машиной 8, секционной обсадной колонной 9 и инструментом 10 на забой на полную длину циклического прямого или обратного шагового хода, осуществляемой гидродомкратами подачи, цилиндры 6 которых шарнирно прикреплены к каретке 7, переводят из исходного (фиг. 1-3) в рабочее (фиг. 4) положение каждое самонастраивающееся подъемно-опускающее устройство в виде вертикальной упорной стойки 11.
Подвижное сопряжение со штоками 5 гидродомкратов подачи позволяет каждой вертикальной упорной стойке 11, поднятой в рабочее положение гибкой связью 12 за счет сокращения ее длины устройством 13, выполненным, например, в виде стяжки, быть настроенной на циклический прямой или обратный шаговый ход. Для этого каждая вертикальная упорная стойка 11, выполненная в виде двухлучевой призмы, поворачивается вокруг своей общей со штоком 5 гидродомкрата 6 подачи оси. Подвижные упоры 4 расположены на торцах лучей противоположно направленными друг другу относительно продольной оси гидродомкрата подачи, при этом для последующего замкового зацепления с неподвижным упором 1 на прямой или обратный ход механизма подачи бурошнековой установки занимает необходимое положение соответствующий подвижный упор 4. Далее осуществляется фиксация ориентированной таким образом подвижной вертикальной упорной стойки 11.
В исходное положение вертикальная упорная стойка 11 приводится гибкой связью 12 за счет увеличения ее длины устройством 13 в виде стяжки. Будучи приведенным в исходное положение самонастраивающееся подъемно-опускающее устройство в виде вертикальной упорной стойки 11 обеспечивает за счет взаимного замкового зацепления неподвижных упоров 1 с соответствующими ответными поверхностями подвижных упоров 4 подачу на раме 3 по ее направляющим балкам 2 каретки 7 с бурошнековой машиной 8, секционной обсадной колонной 9 и инструментом 10 на забой на полную длину циклического прямого или обратного шагового хода.
Наличие гибкой связи 12 позволяет удерживать гидродомкраты подачи 6 в подвешенном исходном положении при совместном монтаже-демонтаже каретки 7 на горизонтальных направляющих балок 2 модульной составной рамы 3. В качестве гибкой связи может использоваться пластинчатая цепь, обладающая высокой крутильной и продольной жесткостью при наличии поперечной подвижности в шарнирах.
Таким образом, заявляемый технический результат достигается:
- выполнением механизма подъема и опускания вертикальной упорной стойки в виде гибкой связи, один конец которой шарнирно прикреплен к верхней части лобовины каретки с бурошнековой машиной, другой - к корпусу гидродомкрата подачи; что обеспечивает совместный монтаж-демонтаж каретки с бурошнековой машиной и шарнирно соединенных с кареткой гидродомкратов подачи на горизонтальных направляющих балок модульной составной рамы наличием дополнительной фиксации гидродомкратов подвешенными в исходном положении;
- размещением внутри гибкой связи устройства для изменения ее линейной длины, облегчающим позиционирование гидродомкратов подачи при настройке на циклический прямой или обратный шаговый ход.