УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Полезная модель относится к буровой технике и может быть использована для проходки взрывных скважин на карьерах строительных материалов.
Известно устройство для бурения скважин, содержащее транспортную базу с навесным оборудованием, включающим несущую раму, буровую мачту с подвижным вращателем, привод, гидроцилиндр подачи, передний и задние гидродомкраты и, установленные на наклонных направляющих, размещенных вдоль транспортной базы и жестко связанных с несущей рамой, контргрузы, выполненные с возможностью перемещения посредством гибкой связи в виде двух ветвей талевой системы, подвижные блоки которой размещены на штоке гидроцилиндра управления параллельно продольной плоскости устройства, а неподвижные, соответственно, в задней части наклонных направляющих (Патент РФ №2300619, Кл. E21B 7/02, 2007). Использование в качестве гидроцилиндра управления переднего гидродомкрата, вместо гидроцилиндра подачи, позволяет осуществлять независимый перевод из рабочего положения в транспортное и обратно ходовой части и гидроцилиндра подачи устройства и обеспечивает при работе на блоке возможность не отсоединять от подвижного вращателя последнюю бурильную трубу с шарошечным долотом, что снижает затраты времени на операции по сборке-разборке бурового става на каждой скважине и повышает производительность буровых работ.
Недостаток данного технического решения заключается в сложности конструкции талевой системы устройства, имеющей только один гидроцилиндр управления - передний гидродомкрат, расположенный в передней части устройства для бурения скважин на большом удалении от заднего рабочего положения контргрузов на наклонных направляющих, который связан сразу с двумя ветвями талевой системы для управления двумя контргрузами. Данное решение предопределяет у каждой ветви талевой системы помимо подвижного и неподвижного блоков наличие большого числа огибающих блоков, увеличение длины канатов талевой системы и снижение скорости перевода контргрузов из транспортного положения в рабочее, и наоборот. Кроме этого, на сложных забоях возникает необходимость более тщательной планировки поверхности в месте опускания пяты переднего гидродомкрата и обеспечения временной жесткости его корпуса во время перемещения контргрузов в рабочее положение.
Наиболее близким является устройство для бурения скважин, содержащее транспортную базу с навесным оборудованием, включающим несущую раму, буровую мачту с подвижным вращателем, привод, гидроцилиндр подачи, передний и задние гидродомкраты и, установленные на наклонных направляющих, размещенных вдоль транспортной базы и жестко связанных с несущей рамой, контргрузы, выполненные с возможностью перемещения посредством гибкой связи в виде двух ветвей талевой системы, каждая из ветвей которой выполнена в виде мультипликаторного полиспаста, и связана с отдельным гидроцилиндром управления, жестко связанным с устройством для бурения скважин и размещенным в задней части наклонных направляющих, подвижный блок которого размещен на штоке гидроцилиндра управления, а неподвижный блок соответственно, в задней части наклонных направляющих параллельно продольной плоскости устройства(Патент РФ №87202, Кл. E21B 19/08, 2009).
Выполнение гибкой связи контргрузов в виде двух ветвей талевой системы, каждая из которых представляет мультипликаторный полиспаст и размещение отдельных гидроцилиндров управления вышеуказанным образом позволяет упростить конструкцию вообще гибкой связи, быстро, и независимо от других основных технологических гидроцилиндров и гидродомкратов, переводить контргрузы в рабочее или транспортное положение, существенно снизить затраты времени на операции по сборке-разборке бурового става на каждой скважине и повысить производительность буровых работ на блоке. При этом подключение поршневой полости гидроцилиндров управления для подъема контргрузов способствует снижению энергоемкости процесса вообще.
Недостатком данного технического решения является размещение дополнительных гидроцилиндров управления на тяжелонагруженных кронштейнах несущей рамы устройства для бурения скважин, где уже консольно размещены силовые задние гидродомкраты. Такое размещение обуславливает снижение прочности несущей рамы с кронштейнами, так как значительно увеличиваются изгибающие нагрузки на кронштейны и несущую раму. Это предопределяет требования по повышению их прочности за счет увеличения металлоемкости (толщина, дополнительные пояса, косынки, упоры на несущей раме и т.д.), что усложняет конструкцию.
Полезная модель направлена на упрощение конструкции устройства для бурения скважин и повышение прочности его несущей рамы.
Указанная цель достигается тем, что в устройстве для бурения скважин,, содержащее транспортную базу с навесным оборудованием, включающим несущую раму, буровую мачту с подвижным вращателем, привод, гидроцилиндр подачи, передний и задние гидродомкраты и, установленные на наклонных направляющих, размещенных вдоль транспортной базы и жестко связанных с несущей рамой, контргрузы, выполненные с возможностью перемещения посредством гибкой связи в виде двух ветвей талевой системы, каждая из ветвей которой выполнена в виде мультипликаторного полиспаста, и связана с отдельным гидроцилиндром управления, жестко связанным с устройством для бурения скважин и размещенным в задней части наклонных направляющих, подвижный блок которого размещен на шоке гидроцилиндра управления, а неподвижный блок соответственно, в задней части наклонных направляющих параллельно продольной плоскости устройства, корпуса гидроцилиндров управления размещены на нижних поверхностях наклонных направляющих параллельно их продольной оси и ориентированы своими штоками вниз под углом к поверхности земли, а подвижные блоки размещены перпендикулярно продольной плоскости устройства. При этом, гидроцилиндры управления размещены, относительно центральной продольной оси наклонных направляющих, со смещением к транспортной базе.
На фиг.1 изображено предлагаемое устройство для бурения скважин, вид сбоку (транспортное положение контргрузов); на фиг.2 - вид сбоку (рабочее положение контргрузов); на фиг.3 - вид А на фиг.2
Устройство для бурения скважин состоит из транспортной базы 1, на которой закреплено навесное оборудование, содержащее смонтированные на несущей раме 2 буровую мачту 3 с подвижным вращателем 4, привод (не показан), гидроцилиндр подачи 5, передний 6 и задние 7 (обычно их два) гидродомкраты, и, установленные на наклонных направляющих 8, размещенных вдоль транспортной базы 1 (закрепленные по обеим сторонам устройства) и жестко связанных с несущей рамой 2, контргрузы 9. Подвижный вращатель 4, закреплен на буровой мачте 3 таким образом, что его корпус соединен со штоком гидроцилиндра подачи 5, при этом корпус самого гидроцилиндра подачи 5 может перемещаться относительно буровой мачты 3 в нужный момент. Контргрузы 9, посредством гибкой связи 10, например троса, соединены с отдельными гидроцилиндрами управления 11, корпуса которых размещены на нижних поверхностях наклонных направляющих 8 параллельно их продольной оси и ориентированы своими штоками 12 вниз под углом к поверхности земли, что обеспечивает максимальное усилие гидроцилиндров управления 11 (подача рабочей жидкости именно в поршневую полость) при перемещении тяжелых контргрузов 9 вверх, т.е. в рабочее положение. Сама же гибкая связь 10 контргрузов 9, выполнена в виде двух ветвей талевой системы, представляющих из себя мультипликаторные полиспасты, подвижные блоки 13 которых, с целью снижения нагрузок и габарита, размещены на штоках 12 отдельных гидроцилиндров управления 11 перпендикулярно продольной плоскости устройства, а неподвижные 14, соответственно, в задней части наклонных направляющих 8. При этом отдельные гидроцилиндры управления 11 размещены относительно продольной оси наклонных направляющих 8, со смещением к транспортной базе 1, что дополнительно снижает габариты, увеличивает свободное пространство под направляющими 8 для обслуживания механизмов устройства и упрощает визуальный контроль за гибкой связью 10 (тросом). С целью облегчения перемещения тяжелых контргрузов 9, по наклонным направляющим 8, последние снабжены опорными роликами 15.
Для перевода в транспортное положение гидроцилиндра подачи 5 на верхней траверсе буровой мачты 3 установлены механические фиксаторы 16, взаимодействующие с соответствующими углублениями в корпусе гидроцилиндра подачи 5 в его верхнем, относительно буровой мачты 3 (рабочем) положении.
Для складирования и наращивания бурового става на буровой мачте 3 закреплен поворотный кассетный приемник 17 бурильных труб барабанного типа. Передача крутящего момента к рабочему валу подвижного вращателя 4 осуществляется от вала отбора мощности транспортной базы 1 посредством механических передач привода (не показан).
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Переезд (передвижка) устройства от скважины к скважине на блоке осуществляется при поднятых опорах гидродомкратов 6 (пунктиром на фиг.1 показано рабочее положение контргрузов 9) и 7 с находящимся в верхнем положении корпусе гидроцилиндра подачи 5, т.е. сразу же после подъема из скважины последней бурильной трубы с шарошечным долотом без установки ее в кассетный приемник 17. При этом шток гидроцилиндра подачи 5 удерживает в верхнем положении подвижный вращатель 4 с присоединенной к нему последней бурильной трубой с шарошечным долотом, нижний конец которой зафиксирован ключом (не показан, обязательная принадлежность для свинчивания-развинчивания труб) после подъема и остается в таком положении на время переезда устройства к новой скважине. Во время переезда уравновешивающие контргрузы 9 находятся в переднем, относительно транспортной базы 1, положении и обеспечивают устойчивость устройства для бурения скважин. При установке на новой скважине устройство горизонтируется при помощи двух задних гидродомкратов 7 и переднего гидродомкрата 6. После чего в поршневую полость отдельных гидроцилиндров 11 подается рабочая жидкость, штоки 12 выдвигаются вверх и посредством ветвей талевой системы гибкой связи 10 мультипликаторного полиспаста перемещают контргрузы 9. Контргрузы 9 легко, за счет применения опорных роликов 15 перемещаются вверх по наклонным направляющим 8 и при крайнем верхнем положении штоков 12 отдельных гидроцилиндров управления 11 занимают рабочее положение (пунктиром на фиг.2 показано транспортное положение контргрузов 9 устройства) в задней части наклонных направляющих 8 (вблизи буровой мачты 3).
Затем от нижнего конца бурильной трубы с долотом отводится ключ, она опускается на забой при помощи штока гидроцилиндра подачи 5, во внутреннюю полость бурильных труб подается очистной агент и подключается вал отбора мощности транспортной базы 1. Необходимое осевое усилие на забой создается при помощи гидроцилиндра подачи 5 путем подключения надпоршневого пространства гидроцилиндра подачи 5 от работающей гидросистемы транспортной базы 1.
Для наращивания бурового става по мере углубки скважины подвижный вращатель 4, при достижении нижнего положения, отсоединяется от бурильной трубы, поднимается в верхнее положение, затем в зазор между рабочим (выходным) валом подвижного вращателя 4 и верхним концом бурового става заводится очередная труба, которая с помощью имеющихся на обоих концах резьб соединяется с рабочим валом подвижного вращателя 4 и находящимся в скважине буровым ставом, и бурение продолжается. По достижении заданной глубины буровой став с помощью гидроцилиндра подачи извлекается из скважины и по мере извлечения разбирается на составляющие его бурильные трубы за исключением последней с шарошечным долотом, остающейся во вращателе 4. Для исключения ручного труда на вспомогательных операциях свинчивание и развинчивание бурильных труб (при зафиксированном нижнем конце трубы при помощи ключа) производится самим подвижным вращателем 4, а буровые трубы устанавливаются в закрепленном на буровой мачте 3 поворотном кассетном приемнике 17 барабанного типа. После этого осуществляется независимое перемещение контргрузов 9 под действием собственного веса по наклонным направляющим 8 в переднее (транспортное) положение. При этом штоки 12 отдельных гидроцилиндров управления 11 втягиваются достаточно быстро, так как оснащение контргрузов опорными роликами 15 существенно снижает трение и способствует быстрому перемещению тяжелых контргрузов в исходное положение. Затем поднимаются опоры переднего 6 и задних 7 гидродомкратов и устройство готово к переезду к следующей скважине.
В свою очередь перебазирование устройства на новый блок, осуществляемое своим ходом или на трейлере, производится с опущенным в нижнее положение (транспортное) корпусом гидроцилиндра подачи 5, который удерживает своим штоком в нижнем положении подвижный вращатель 4 без бурильной трубы. Причем втянутые штоки 12 отдельных гидроцилиндров управления 11, вследствие их конструктивного размещения на несущей раме 2, не увеличивают транспортного габарита и не ухудшают параметров обзорности как при перебазировании, так и при маневрировании на блоке. После перебазирования на новый блок, для перевода гидроцилиндра подачи 5 в верхнее (рабочее) положение, в поршневую полость подается рабочая жидкость и при достижении корпусом гидроцилиндра подачи 5 верхнего положения фиксаторы 16 автоматически входят в соответствующие углубления на корпусе гидроцилиндра подачи 5 и тем самым жестко закрепляют его относительно буровой мачты 3 для работы на новом блоке.
Выполнение гибкой связи контргрузов в виде двух ветвей талевой системы, каждая из которых представляет мультипликаторный полиспаст и размещение отдельных гидроцилиндров управления вышеуказанным образом позволяет упростить конструкцию устройства для бурения скважин, снизить металлоемкость и повысить прочность его несущей рамы.