МОБИЛЬНАЯ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКАЯ БУРОВАЯ УСТАНОВКА ВЕРТИКАЛЬНОГО БУРЕНИЯ
MOBILE TELESCOPIC DRILLING DEVICE OF VERTICAL DRILLING

Изобретение относится к области строительной техники, в частности к мобильным телескопическим установкам вертикального бурения высокой проходимости, предназначенным для глубокого бурения скважин на нефть, газ, воду, опускания колодцев большого диаметра, устройств буронабивных свай и т.д.
Телескопическая буровая установка может быть не только мобильной, установленной на автомобилях различной грузоподъемности, полуприцепах, на гусеничном ходу, на плавучих платформах, но и стационарной.
Известен буровой комплекс, в описании полезной модели №28721, МПК 7 E21B 7/02, E21B 15/00 от 30.12.2002, опубл. 10.04.2003, содержащий выполненные с возможностью транспортировки наземными транспортными средствами буровую установку с мачтой, циркуляционный блок, оснащенный очистными устройствами, содержащий емкости для растворов и реагентов, насосный блок, энергоблок, где буровая установка выполнена в виде самоходной транспортной базы, размещенной на секционной платформе с аппарелью с одной стороны и соединенной разъемно с другой стороны с опорной балкой, и подвышечного основания, при этом на шасси самоходной транспортной базы смонтированы силовая установка, гидравлическая система, буровая лебедка, двухсекционная телескопическая мачта с кронблоком, талевой системой, площадкой верхового рабочего и системой телескопирования, а также на шасси установлен механизм подъема-опускания, закрепленной на ней мачты, из горизонтального транспортного положения в рабочее положение, нижняя часть мачты снабжена двумя парами ног, причем одна пара ног выполнена с возможностью закрепления на шасси, а другая пара ног снабжена соответствующими винтовыми механическими домкратами, опирающимися в рабочем положении на опорную балку, расположенную перпендикулярно секционной платформе, подвышечное основание выполнено содержащим нижнюю часть и установленную на четырех гидроцилиндрах с возможностью телескопирования верхнюю часть.
Недостатки: недостаточно высокая эффективность производства буровых работ.
Известна мобильная буровая установка, в описании полезной модели к патенту РФ №85539, МПК E21B 7/02, 17.09.2008, опубл. 10.08.2009, содержащая конструктивно-функциональные элементы: лебедку и др., установленные на основании самоходной колесной транспортной базы, которое шарнирно соединено с А-образной складной мачтой с кронблоком, а также подъемный блок и буровое основание, снабженная аппарелью, на которой установлена транспортная база, при этом длина аппарели превышает длину транспортной базы в передней части, выполненной со скосом книзу, а в задней части аппарели за пределами основания транспортной базы установлена мачта, состоящая из двух телескопических конструкций, расположенных симметрично относительно друг друга и соединенных между собой в верхней части, кроме того, каждая конструкция мачты состоит из двух секций, верхней и нижней, и выполнена с делением на ячейки, при этом буровое основание выполнено с барьерным ограждением и установлено на аппарели между нижними секциями мачты, с незначительным выходом за ее пределы, а между верхними секциями мачты установлен балкон верхового рабочего, который также выполнен с барьерным ограждением и незначительным выходом за пределы мачты с нависанием над буровым основанием.
Недостатки: недостаточно высокая эффективность производства буровых работ.
Наиболее близким аналогом является буровой станок в описании изобретения к патенту №950196, МПК E21B 15/00 от 06.08.1979 г., опубл. 07.08.1982 г., включающий транспортную базу с платформой, мачту с направляющими и вращателем, связанную шарнирно тягой с платформой, и гидроцилиндр, шарнирно установленный между тягой и платформой. Буровой станок снабжен кареткой с приводом и подкосом, а мачта выполнена с дополнительными направляющими. Каретка установлена на мачте с возможностью перемещения по ее дополнительным направляющим, а подкос установлен шарнирно между кареткой и платформой. Привод каретки может быть выполнен в виде гидроцилиндра, шарнирно установленного между кареткой и мачтой.
Недостатки: недостаточно высокая эффективность производства буровых работ.
Технический результат: повышение эффективности производства буровых работ достигается за счет создания дополнительной осевой нагрузки на буровую колонну при бурении, увеличения скорости и сокращения времени подъема телескопической мачты, возможности подъема телескопической мачты на высоту свыше 40 м.
Технический результат достигается за счет того, что мобильная телескопическая буровая установка вертикального бурения содержит транспортную базу с платформой, телескопическую мачту с приводом и гидроцилиндром подъема, съемные подпорки, каретку с гидроцилиндром, отличается тем, что телескопическая мачта, состоящая из, по меньшей мере, двух ступеней, изготовленных из труб, вставленных одна в другую и соединенных между собой с помощью тросов и блочков, на каждой из которых имеются клинья стопорения, причем первая ступень телескопической мачты является корпусом-основанием, на который монтируются гидроцилиндры или полиспаст, выдвижные гидравлические опоры, по всей длине ступеней выполнен проем, усиленный продольными ребрами жесткости, по торцам ступеней приварены поперечные ребра жесткости, а на наружной поверхности второй и последующих ступеней, напротив клиньев стопорения приварены пластины стопорения, причем подъем второй ступени телескопической мачты осуществляется с помощью гидроцилиндров или полиспаста, а каждая последующая ступень поднимается от предыдущей с помощью тросов и блочков, при этом внутри последней ступени телескопической мачты с помощью тросов и блочков движется каретка с установленными на ней клиньями стопорения, напротив которых по всей длине внутренней стороны последней ступени приварены пластины стопорения, а в каретке или наверху последней ступени телескопической мачты может быть установлен верхний привод, состоящий из редуктора с главной шестерней, по периметру которой выполнены быстроходные шестерни с непосредственным приводом от многоскоростного электродвигателя или гидромотора, причем при монтаже верхнего привода наверху последней ступени, внутри каретки устанавливают вертлюг.
Повышение эффективности производства буровых работ достигается за счет того, что по всей длине ступеней выполнен проем для подъема буровых штанг (свечей), усиленный продольными ребрами жесткости. По торцам ступеней приварены поперечные ребра жесткости - одно внизу и два вверху, между которыми установлены блочки в количестве не менее 2 шт. в зависимости от мощности буровой установки, приварены клинья стопорения, а на наружной поверхности всех ступеней, кроме первой, напротив клиньев стопорения через определенное расстояние приварены пластины стопорения. Внутри последней ступени с помощью трособлоковой системы движется каретка с установленными на ней клиньями стопорения, напротив которых по всей длине внутренней стороны последней ступени, через определенное расстояние приварены пластины стопорения. При стопорении клиньев всех ступеней и каретки вес телескопической мачты с помощью гидроцилиндров создает дополнительную осевую нагрузку на буровую колонну при бурении.
Увеличение скорости и сокращение времени подъема телескопической мачты достигается за счет того, что подъем второй ступени на высоту до 6 м может быть произведен с помощью не менее двух гидроцилиндров, а от 6 до 12 м - с помощью не менее двух систем I, каждая из которых состоит из двух гидроцилиндров одинаковой мощности и длины, соединенных между собой и вставленных в гильзу для устойчивости при подъеме. Подъем второй ступени происходит при одновременном выдвижении штоков обоих гидроцилиндров, при этом скорость подъема увеличивается в 2 раза. Подъем второй ступени 2 на высоту от 6 до 18 м может быть произведен с помощью не менее двух систем II, каждая из которых состоит из четырех гидроцилиндров - двух гидроцилиндров 5 и двух гидроцилиндров телескопа 20, двух гильз - наружной 33 и внутренней, которые соединены между собой двумя гидроцилиндрами телескопа с помощью крепления, приваренного к наружной гильзе, и крепления, приваренного на внутренней гильзе. Один гидроцилиндр крепят внутри наружной гильзы, а другой - во внутренней гильзе. Мощность одного гидроцилиндра равна мощности двух гидроцилиндров телескопа при одинаковой длине выдвижения штоков. Подъем второй ступени происходит при одновременном выдвижении штоков обоих гидроцилиндров и гидроцилиндров телескопа, при этом скорость подъема увеличивается в 3 раза. Каждая последующая ступень с помощью тросов и блочков поднимается от предыдущей - от второй - третья, от третьей - четвертая и т.д.
При подъеме второй ступени на высоту свыше 12 м использование полиспаста более эффективно. Для устройства полиспаста наверху первой ступени приваривают два фланца так же, как на последующих ступенях, между которыми устанавливаются блочки не менее 4 шт. в зависимости от грузоподъемности буровой установки. Один конец троса подъема ступени через блочок опускают между стенками ступеней и с помощью крепления троса подъема ступени фиксируют внизу второй ступени, а второй конец троса подъема ступени крепят к верхнему блочку полиспаста. Нижние блочки полиспаста крепят на основании первой ступени. Один конец троса полиспаста с помощью крепления троса полиспаста фиксируют на основании первой ступени, а другой конец наматывают на лебедку. При наматывании троса полиспаста на лебедку верхние блочки опускаются и с помощью троса и блочков вторая ступень и последующие ступени поднимаются.
При тяговом усилии лебедки 25 т грузоподъемность полиспаста составит 300 т.
При скорости сокращения полиспаста 1 м/сек и длине ступени 18 м трехступенчатая телескопическая мачта поднимается на высоту 54 м за 18 сек.
На подъем телескопической мачты требуется время, равное времени на подъем одной ступени.
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.
Мобильная телескопическая буровая установка вертикального бурения поясняется следующими чертежами:
На фиг. 1 изображена мобильная телескопическая буровая установка вертикального бурения, вид спереди;
На фиг. 2 изображена мобильная телескопическая буровая установка вертикального бурения в стадии подъема, разрез по V-V;
На фиг. 3 изображена мобильная телескопическая буровая установка вертикального бурения, разрез В-В;
На фиг. 4 изображена первая ступень, вид спереди по Е-Е;
На фиг. 5 изображена первая ступень, вид сверху по U-U;
На фиг. 6 изображены третья и последующие ступени, вид спереди по К-К;
На фиг. 7 изображены третья и последующие ступени, вид сверху, разрез С-С;
На фиг. 8 изображены третья и последующие ступени, вид сверху, разрез D-D;
На фиг. 9 изображен верхний привод, вид сбоку;
На фиг. 10 изображен верхний привод, вид сверху;
На фиг. 11 изображена вторая ступень, вид спереди по Н-Н;
На фиг. 12 изображена вторая ступень, разрез по М-М;
На фиг. 13 изображена мобильная телескопическая буровая установка вертикального бурения в разрезе между ребрами жесткости первой и второй ступени;
На фиг. 14 изображен подъем второй ступени на высоту до 6 м с помощью не менее двух гидроцилиндров;
На фиг. 15 изображен подъем второй ступени на высоту от 6 до 12 м с помощью системы I;
На фиг. 16 изображен подъем второй ступени на высоту от 6 до 18 м с помощью системы II;
На фиг. 17. изображен полиспаст, вид сбоку по Р-Р;
На фиг. 18 изображен полиспаст, вид сверху;
На фиг. 19 изображена мобильная телескопическая буровая установка вертикального бурения в транспортном положении;
На фиг. 20 изображена мобильная телескопическая буровая установка вертикального бурения в рабочем состоянии, вид сбоку;
На фиг. 21 изображена мобильная телескопическая буровая установка вертикального бурения в рабочем состоянии, вид сзади;
Мобильная телескопическая буровая установка вертикального бурения состоит из транспортной базы 37 с платформой 38, телескопической мачты 40 с вертлюгом 6 и гидроцилиндром подъема 39, гидравлической опоры платформы 41, съемных подпорок 42 для устойчивости от ветровых нагрузок, каретки 4 с гидроцилиндрами 5. Телескопическая мачта 40 состоит, по меньшей мере, из двух ступеней, изготовленных из труб с разницей в диаметре 50-100 мм, вставленных одна в другую и соединенных между собой с помощью трособлоковой системы, состоящей из тросов 11 и блочков 10.
Первая ступень 1 телескопической мачты 40 является корпусом-основанием, на который монтируются гидроцилиндры 5 или полиспаст, а также выдвижные гидравлические опоры 12.
В зависимости от мощности и высоты подъема мобильной телескопической установки могут быть различные комбинации диаметра ступеней телескопической мачты: 2020-1920-1820-1720-1620 мм; 1020-920-820-720-620 и т.д.
По всей длине ступеней делают проем 26 для подъема буровых штанг (свечей). Проем 26 усиливают продольными ребрами жесткости 14. Для свободного прохождения ступеней друг в друге внизу внутренней и наверху наружной ступени приваривают ролики 15. По торцам ступеней приваривают поперечные ребра жесткости 16 - одно внизу и два вверху, между которыми устанавливают блочки 10 в количестве не менее 2 шт. в зависимости от мощности буровой установки, приваривают клинья стопорения 28, а на наружной поверхности всех ступеней, кроме первой 1, напротив клиньев стопорения 28 через определенное расстояние приваривают пластины стопорения 29.
Внутри последней ступени с помощью трособлоковой системы движется каретка 4 с верхним приводом 9 вращения буровой колонны 13. Каретка 4 изготавливается длиной 1,5-2 м, диаметром на несколько сантиметров меньше диаметра трубы последней ступени. В зависимости от диаметра каретки 4 верхний привод 9 вращения буровой колонны 13 монтируется в каретке 4 или наверху последней ступени.
Верхний привод 9 состоит из редуктора 21 с главной шестерней 24, по периметру которой выполнены быстроходные шестерни 23 с непосредственным приводом от многоскоростного электродвигателя 22 (или гидромотора). На редукторе 21 можно установить, по меньшей мере, один электродвигатель 22 (или гидромотор) большой мощности. При монтаже верхнего привода 9 наверху последней ступени внутри каретки 4 устанавливают вертлюг 6.
Вращение на вертлюг 6 передается через многогранную телескопическую штангу 8.
Конструкция телескопической мачты 40 буровой установки независимо от диаметра последней ступени позволяет установить мощный верхний привод 9 вращения буровой колонны 13.
В каретке 4 имеются клинья стопорения (на чертеже не показаны), а напротив клиньев на внутренней стороне последней ступени по всей ее длине, через определенное расстояние приваривают пластины стопорения 29.
Клинья стопорения 28 предназначены для стопорения телескопической мачты 40 при произвольном опускании. При стопорении клиньев 28 всех ступеней и каретки 4 вес телескопической мачты 40 с помощью гидроцилиндров 5 создает дополнительную нагрузку на буровую колонну 13 при бурении.
Подъем второй ступени 2 на высоту подъема до 6 м может быть произведен с помощью не менее двух гидроцилиндров 5, а от 6 до 12 м - с помощью не менее двух систем I, каждая из которых состоит из двух гидроцилиндров 5 одинаковой мощности и длины, соединенных между собой и вставленных в гильзу 31 для устойчивости при подъеме. Подъем второй ступени 2 происходит при одновременном выдвижении штоков обоих гидроцилиндров 5, при этом скорость подъема увеличивается в 2 раза. Гильза 31 движется внутри направляющей гильзы 32.
Подъем второй ступени 2 на высоту от 6 до 18 м может быть произведен с помощью не менее двух систем II, каждая из которых состоит из четырех гидроцилиндров - двух гидроцилиндров 5 и двух гидроцилиндров телескопа 20, двух гильз - наружной 33 и внутренней 34, которые соединены между собой двумя гидроцилиндрами телескопа 20 с помощью крепления 35, приваренного к наружной гильзе 33, и крепления 36, приваренного на внутренней гильзе 34. Мощность одного гидроцилиндра 5 равна мощности двух гидроцилиндров телескопа 20 при одинаковой длине выдвижения штоков. Один гидроцилиндр 5 крепят внутри наружной гильзы 33, а другой - во внутренней гильзе 34. Подъем второй ступени 2 происходит при одновременном выдвижении штоков обоих гидроцилиндров 5 и гидроцилиндров телескопа 20, при этом скорость подъема увеличивается в 3 раза.
Каждая последующая ступень 3, 17, 18, 19 с помощью тросов 11 и блочков 10 поднимается от предыдущей: от второй - третья, от третьей - четвертая и т.д.
Подъем второй ступени на 2 высоту более 12 м выгоднее производить полиспасто. Для устройства полиспаста наверху первой ступени 1 приваривают два фланца, так же как на последующих ступенях, между которыми устанавливают блочки 10 не менее 4 шт. в зависимости от грузоподъемности буровой установки. Один конец троса 11 подъема ступени через блочок 10 опускают между стенками ступеней и с помощью крепления 47 троса подъема ступени фиксируют внизу второй ступени 2, а второй конец троса 11 подъема ступени крепят к верхнему блочку 44 полиспаста. Нижние блочки 43 полиспаста крепят на основании первой ступени 1. Один конец троса 45 полиспаста с помощью крепления 46 троса полиспаста фиксируют на основании первой ступени 1, а другой конец наматывают на лебедку. При наматывании троса 45 полиспаста на лебедку верхние блочки 44 опускаются и с помощью троса 11 и блочков 10 вторая ступень 2 и последующие ступени поднимаются.
При тяговом усилии лебедки 25 т грузоподъемность данного полиспаста составит 300 т.
При скорости сокращения полиспаста 1 м/сек, при длине ступени 18 м трехступенчатая мачта поднимается на высоту 54 м за 18 сек.
При увеличении кратности полиспаста увеличивается грузоподъемность установки.
Каждая последующая ступень 3, 17, 18, 19 с помощью тросов 11 и блочков 10 поднимается от предыдущей - от второй 2 - третья 3, от третьей 3 - четвертая 17 и т.д.
Мобильную телескопическую буровую установку вертикального бурения устанавливают на месте бурения, выдвигают гидравлические опоры платформы 41, с помощью гидроцилиндров 39 телескопическая мачта 40 поднимается в вертикальное рабочее положение и с помощью выдвижных гидравлических опор 12 телескопическую мачту 40 устанавливают строго вертикально. Устанавливают съемные подпорки 42 для более устойчивого состояния при ветровых нагрузках. С помощью захвата 7 берут очередную свечу. С помощью гидроцилиндров 5 поднимается вторая ступень 2 телескопической мачты 40. Одновременно с помощью тросов 11 и блочков 10 поднимаются последующие ступени 3, 17, 18, 19 и каретка 4 внутри последней ступени.
После подъема и наращивания очередной свечи с помощью верхнего привода 9 вращается буровая колонна 13 и производится бурение с подачей бурового раствора.
При стопорении клиньев 28 всех ступеней и каретки 4 вес телескопической мачты 40 с помощью гидроцилиндров 5 создает дополнительную нагрузку на буровую колонну 13 при бурении.
Заявляемое устройство повышает эффективность производства буровых работ в два раза.
Перечень последовательностей.
1. Первая ступень
2. Вторая ступень
3. Третья ступень
4. Каретка
5. Гидроцилиндр
6. Вертлюг
7. Захват
8. Телескопическая многогранная штанга привода
9. Верхний привод
10. Блочок
11. Трос подъема ступени
12. Выдвижная гидравлическая опора
13. Буровая колонна
14. Продольные ребра жесткости
15. Ролик
16. Поперечное ребро жесткости
17. Четвертая ступень
18. Пятая ступень
19. Шестая ступень
20. Гидроцилиндр телескопа
21. Редуктор
22. Электродвигатель (гидромотор)
23. Быстроходная шестерня
24. Главная шестерня
25. Подшипниковый узел
26. Проем
27. Отверстие для прохода штока
28. Клин стопорения
29. Пластина стопорения
30. Палец крепления проушины штока гидроцилиндра
31. Гильза
32. Направляющая гильза
33. Наружная гильза
34. Внутренняя гильза
35. Крепление наружной гильзы
36. Крепление внутренней гильзы
37. Транспортная база
38. Платформа
39. Гидроцилиндр подъема мачты
40. Телескопическая мачта
41. Гидравлическая опора платформы
42. Съемные подпорки
43. Нижний блочок полиспаста
44. Верхний блочок полиспаста
45. Трос полиспаста
46. Крепление троса полиспаста
47. Крепление троса подъема ступени