УСТАНОВКА ГОРИЗОНТАЛЬНО-НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ

Полезная модель относится к области землеройной техники и предназначена для горизонтально направленного бурения (ГНБ) при прокладке трубопроводов и кабелей под автодорогами, железнодорожными насыпями.
Известна установка горизонтально направленного бурения Vermeer Navigator D 18x22, которая позволяет осуществлять бурения в мягких грунтах. Конструкция включает ходовое устройство, направляющую стрелу по которой перемещается каретка с вращателем. К вращателю крепится буровая колонна, на конце которой установлен буровой инструмент с наклонной лопаткой. Прямолинейное бурение осуществляется вращением бурового инструмента с одновременной осевой подачей. Для корректировки направления бурения вращение останавливается и осуществляется только осевое продавливание. При этом траектория бурения отклоняется в противоположную сторону от наклонной лопатки.
Недостатком установки ГНБ данной конструкции является потребность в остановке вращения бурового инструмента при отклонении траектории бурения, так как для продавливания без вращения требуется большое осевое усилие.
Наиболее близким техническим решением является установка горизонтально направленного бурения Ditch Witch JT3020 All Terrain патент № CA 2217899 С «Dual-member pipe joint for a dual member drill string» (US 20130068490 Al «Two pipe horizontal directional drilling system»), которая позволяет осуществлять бурение мягких грунтов и скальных пород. Конструкция рабочего органа имеет двойные штанги, при этом наружная штанга вращается от гидромотора, а внутренняя вращает с большой чпстотой долото. Сам процесс бурения выглядит следующим образом: внутренняя штанга с долотом вращаются постоянно, наружная штанга или медленно вращается для поддержания прямолинейного движения, или остается неподвижной во время подачи для корректировки направления бурения.
Недостатком установки является сложность конструкции привода рабочих органов.
Целью разработки предлагаемой модели является упрощение конструкции привода и улучшение эксплуатационных характеристик машины.
Данный технический результат достигается тем, что установка горизонтально направленного бурения, включающая ходовое устройство, направляющую стрелу, механизмы вращения и осевой подачи буровой колонны, на конце которой закреплен буровой инструмент, отличается тем, что буровой инструмент представляет собой телескопическую конструкцию со шлицевым соединением, состоящую из хвостовой части, которая крепится к буровой колонне, и лобовой части, на которой установлена наклонная буровая лопатка, причем внутри хвостовой части располагается клапан с механизмом управления, который способен перекрывать свободный проход бурового раствора в забой, создавая дополнительное давление в бустерной полости, расположенной между хвостовой и лобовой частями, обеспечивая выдвижение лобовой части и создавая дополнительный импульс осевой подачи наклонной буровой лопатки, при этом внутри бурового инструмента располагается возвратная пружина, упирающаяся одним концом в хвостовую часть, а другим в лобовую.
Импульс дополнительный осевой подачи производится только в нужный момент, когда буровой инструмент находится в определенном положении. Т.е. имеет такую угловую координату, когда буровая лопатка расположена противоположно направлению отклонения траектории бурения.
Дополнительный импульс создается с помощью выдвижения телескопической части на буровом инструменте и не требует передачи импульса через буровую колонну, поэтому энергия импульса не снижается.
Полезная модель поясняется следующим описанием и прилагаемыми чертежами, где на фигуре 1 изображена буровая установка ГНБ, на фигуре 2 - предложенный буровой инструмент (а - вид сбоку, б - вид сверху), на фигуре 3 - изменение вылета лобовой части.
Предлагаемая буровая установка включает (фиг. 1) ходовое устройство 1, направляющую стрелу 2, механизмы вращения 3 и осевой подачи 4 буровой колонны 5, на конце которой закреплен буровой инструмент 6. Направляющая стрела представлена в виде жесткой металлической конструкции, по которой перемещается каретка 7 с буровой штангой. В начале стрелы имеется опорная плита 8. В задней части расположены выносные опоры 9 и силовая установка 10.
Буровой инструмент (фиг. 2), оснащенный буровой лопаткой 11, состоит из лобовой 12 и хвостовой 13 частей, расположенных телескопически относительно друг друга, со шлицевым соединением 14 для передачи крутящего момента от хвостовой части к лобовой. Внутри бурового инструмента установлен электромагнитный клапан 15, работающий от аккумулятора 16 с механизмом управления клапаном, расположенного в герметичном отсеке зонда наведения 17. Внутри бурового инструмента располагается бустерная полость 18. Момент начала импульса задается оператором, сигнал передается по буровому раствору в виде ультразвуковых колебаний (аналогично устройствам, использующимся на буровых установках газовых и нефтяных скважин). Принцип работы заключается в подаче дополнительного импульса в нужный момент времени для отклонения инструмента от прямолинейности, вращение при этом не останавливают. Для возврата лобовой части в исходное положение внутри бурового инструмента установлена пружина 19.
Бурение пилотной скважины производится под необходимым углом входа в грунт. Разработка грунта производится буровым инструментом, а удаление разрушенной породы осуществляется с помощью подачи бурового раствора. Изменение направления бурения осуществляется при помощи наклонно установленной буровой лопатки 11, размещенной на лобовой части бурового инструмента 12.
Предлагаемый механизм работает следующим образом (фиг. 1, 2, 3): при бурении прямолинейной скважины клапан 15 открыт, и буровой раствор беспрепятственно проходит в забой. Буровой инструмент 6 вращается с помощью механизма вращения 3? и осуществляется осевая подача с помощью механизма 4. Для создания дополнительного осевого импульса клапан 15 закрывается и буровой раствор создает давление в бустерной полости 18, расположенной между хвостовой 13 и лобовой 12 частями. Благодаря чему телескопическая лобовая часть 12 выдвигается, создавая дополнительную подачу буровой лопатки 11. Так как импульс дополнительной осевой подачи производится, когда буровая лопатка 11 располагается противоположно направлению отклонения бурового инструмента 6, то с каждым оборотом он отклоняется от прямолинейной траектории в заданном направлении. А так как вращение не останавливается, то большое осевое усилие для продавливания не требуется.