ПЕРЕДВИЖНАЯ БУРОВАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к горной промышленности и может быт использовано для проведения геолого-разведочных работ, для бурения скважин глубиной до … м.
Известна буровая установка (патент №2318979 RU, 11.07.2006), включающая буровой насос, компрессор, нагнетательные рукава насоса и компрессора, обратные клапаны, вертлюг, двойные ведущую, бурильные трубы и переводник с соединительным патрубком, сообщенным с внутренней трубой переводника и запорным устройством, пульпопровод. Установка отличается тем, что нагнетательный рукав компрессора снабжен узлом связи с соединительным патрубком, подвешен к вертлюгу на подвеске в створе с осью соединительного патрубка, пульпопровод соединен с нагнетательным рукавом бурового насоса и снабжен запорным устройством, а внутренняя труба переводника сообщена с соединительным патрубком через наружную трубу переводника.
Установка также отличается тем, что запорное устройство соединительного патрубка выполнено в виде обратного клапана, а узел связи выполнен в виде цилиндра с подпружиненным поршнем, полым штоком с ниппельной верхней частью и радиальными перепускными каналами.
Недостатком является невозможность бурения шнековым способом.
Известна бурильно-крановая машина (патент №2306398, RU, 12.05.2006), содержащая базовое шасси с силовой установкой и трансмиссией, буровую мачту с вертлюгом, буровой штангой, вращателем буровой штанги и буровым инструментом, расположенные на мачте блоки, снабженную фиксатором крюковую подвеску, однобарабанную лебедку и канат, отличающаяся тем, что буровая штанга выполнена в виде полой толстостенной трубы круглого сечения, вращатель совмещен с вертлюгом, верхний конец буровой штанги соединен с вращателем квадратным хвостовиком, нижняя перемещаемая часть штанги смонтирована в направляющей в виде части трубы большего диаметра, чем внешний диаметр штанги, при этом направляющая размещена в нижней части буровой мачты, вращатель с трансмиссией базового шасси кинематически связан посредством двухступенчатого цепного контура, первая ступень контура размещена на звездочках, одна из которых смонтирована на выходном конце вала трансмиссии, совмещенном с осью поворота мачты относительно шасси, а другая звездочка - на валу, размещенном в полой оси шарнирного сопряжения концов разновеликих подвижных балок, при этом нижняя балка вторым концом с возможностью углового качания шарнирно закреплена на выходном конце вала трансмиссии, вторая ступень цепного контура размещена на верхней короткой балке, при этом ее верхний конец шарнирно размещен на приемном валу вращателя, а нижний конец указанной балки смонтирован на полой оси шарнирного сопряжения концов разновеликих балок, на другом конце вала в полой оси смонтированы ведущая звездочка второго ступенчатого цепного контура, а его ведомая звездочка - на приемном валу вращателя.
Машина также отличается тем, что каждый цепной контур снабжен зубчатой приводной цепью с шарнирами скольжения и имеет натяжной ролик, установленный на подвижной балке.
Известна самоходная буровая установка для бурения наклонных скважин (патент №2319824, RU, 20.03.2007), включающая установленную на транспортном средстве неподвижную платформу, шарнирно соединенную с опорной рамой, имеющей возможность поворота в вертикальной плоскости, проходящей через ось транспортного средства, с помощью установленного на неподвижной платформе гидродомкрата, поворотную каретку с откосами в виде гидродомкратов и ствол мачты, отличающаяся тем, что ствол мачты смонтирован с возможностью перемещения вдоль поворотной каретки, которая установлена на оси опорной рамы с возможностью поворота вокруг упомянутой оси максимум на 20° в каждую из сторон от вертикали, осуществляемого посредством установленного на опорной раме гидродомкрата, при этом поворотная каретка снабжена узлом фиксации положения ствола мачты в заданном направлении, состоящим из неподвижного элемента, жестко установленного на опорной раме, и подвижного элемента, жестко смонтированного на поворотной каретке.
Указанная буровая установка также отличается тем, что подвижный элемент фиксирующего устройства жестко закреплен на поворотной каретке и выполнен в виде дугообразной планки, радиус которой равен расстоянию от оси поворотной каретки до оси установки неподвижного фиксирующего элемента, выполненного с Т-образным внутренним пазом.
Еще одним отличительным признаком данной буровой установки является то, что в верхней стенке Т-образного паза дугообразной планки имеются вырезы, выполненные в виде полуцилиндров, на расстоянии между соседними вырезами, обеспечивающим смещение ствола мачты с шагом 5° по обе стороны от вертикали.
Также буровая установка отличается тем, что неподвижный элемент фиксирующего устройства жестко закреплен на опорной раме и имеет форму, конгруэнтную Т-образному пазу в дугообразной планке и установлен с возможностью свободного перемещения по этому пазу.
Неподвижный элемент фиксирующего устройства дополнительно содержит по крайней мере два элемента в виде стопорных пальцев диаметром несколько меньшим диаметра полуцилиндрических вырезов в дугообразной планке.
Стопорные пальцы расположены по обе стороны от оси неподвижного элемента фиксирующего устройства с возможностью свободного вхождения в полуцилиндрические вырезы на верхней стенке Т-образного паза, размещены в стаканах и удерживаются в рабочем положении пружинами.
Известно устройство для бурения скважин в грунте, включающее базовую машину, раму, шарнирно закрепленные на ней выносные опоры, установленные с возможностью поворота в продольной плоскости гидроцилиндра, шарнирно закрепленные с рамой и выносными опорами, которые шарнирно соединены между собой звеном расположенным по оси поворота опор, в котором с целью повышения надежности устройства звено выполнено в виде торсионной стяжки; оно снабжено фиксаторами, выполненными в виде двух поперечных труб с выступами, жестко закрепленных концентрично между собой с возможностью взаимодействия выступов (авторское свидетельство SU №829844, 09.01.1979).
К недостаткам описанного устройства для бурения скважин в грунте относятся малая глубина бурения, ограниченная мощность привода бурового инструмента.
Известна также буровая установка, содержащая квадратную штангу, подвесной рабочий орган, базовую машину и гаситель реактивного момента, в которой с целью повышения надежности и снижения габаритов гаситель реактивного момента выполнен в виде направляющих с кареткой и опорными роликами для взаимодействия с квадратной штангой, причем направляющие связаны с базовой машиной (авторское свидетельство SU №703642, 21.11.1977).
К недостаткам описанной буровой установки относится то, что квадратная штанга при больших нагрузках либо скручивается и его перемещение в направляющих становится трудновыполнимым, либо направляющие в каретке с опорными роликами просто разрушаются
Наиболее близким аналогом к заявленному объекту относится бурильно-крановая машина, содержащая базовое шасси с силовой установкой и трансмиссией, буровую мачту со штангой, несущей буровой инструмент, расположенные на мачте блоки, крюковую подвеску и лебедку с канатом, в которой с целью упрощения конструкции крюковая подвеска снабжена фиксатором для взаимодействием с мачтой, штанга имеет блок, лебедка выполнена однобарабанной и посредством каната через блоки вышки и штанги кинематически связаны с крюковой подвеской (авторское свидетельство SU №777195, 14.06.1978).
К недостаткам описанной бурильно-крановой машины, принятой в качестве наиближайшего аналога, относятся малая производительность, низкая эксплуатационная надежность из-за закусывания скрученной квадратной штанги во вращателе, ненадежность трансмиссии при передаче больших крутящих моментов, а также невозможность выполнения наклонных к горизонту скважин из-за разрыва потока мощности в приводе буровой штанги.
Целью изобретения является повышение производительности работы передвижной буровой установки.
Цель достигается за счет того, что передвижная буровая установка имеет механизм подачи бурового инструмента на забой (рис.2). Этот механизм предназначен для создания в осевом направлении буровой колонны давления на буровой инструмент. Механизм подачи представляет собой последовательность следующих механических звеньев: трансмиссия механизма подачи с фрикционом включения, связанная ременной передачей с главной трансмиссией; карданная передача, червячный редуктор, цепная передача, вал промежуточный, передающий вращение через двухрядную цепную передачу валу механизма подачи. Вал механизма подачи имеет две звездочки, движущие однорядные цепи. Эти цепи связаны с двумя тросами и образуют замкнутые контуры. Тросы в свою очередь закреплены к траверсам вертлюга и перекинуты через блоки на кронблоке мачты.
Надежность буровой установки при работе в режиме давления на буровой инструмент повышается за счет использования буровой штанги, вращающей буровой инструмент, увеличенной длины, в диапазоне от 4,5 м до 8 м.
В результате достигается повышение производительности работ мобильной буровой установки при повышении надежности.
Использование буровой штанги повышенной длины также позволяет увеличить производительность работы за счет повышения крутящего момента ротора, который вращает буровую штангу.
В целом использование изобретения позволяет при бурении с помощью мобильной буровой установки достигать глубины бурения до … м.
Осуществление изобретения
Установка смонтирована на шасси автомобиля 1 (рис.1), на которое крепится платформа установки - сварная металлоконструкция, на которой закреплены все последующие рабочие механизмы и агрегаты установки. Платформа сварена из стальных (марки Ст3пс) горячекатаных профилей - швеллеров и уголков, и листового стального горячекатаного проката.
Приводит в движение механизмы буровой установки главная трансмиссия 2 (рис.1), которая в свою очередь приводится в движение от двигателя базового шасси через пневматическую коробку отбора мощности, связанной карданной передачей с главной трансмиссией шасси. Главная трансмиссия буровой установки представляет собой вал на двух подшипниковых опорах, жестко закрепленных на платформе установки. На концах вала посажены фланцы для крепления передающих вращение карданных валов; на самом валу имеются два шкива ременной передачи, один из которых включается зубчатой муфтой.
На платформе закреплена коробка передач 15 (рис.1), которая служит для ступенчатого изменения частот ротора и лебедки и имеет 3 различные скорости вращения. Крутящий момент к коробке передач передается от главной трансмиссии через карданную передачу, смена скорости производится вручную посредством рычагов управления 14 (рис.1).
Также на платформе размещен буровой насос 17 (рис.1), который служит для подачи промывочной жидкости в скважину к породоразрушающему инструменту. Промывочная жидкость подается через гибкую систему шлангов к патрубку вертлюга 6 (рис.1) через полости буровой штанги и бурильных труб. Буровой насос поршневого типа с маховиком и кривошипно-шатунным механизмом. Привод насоса осуществляется через ременную передачу.
Для осуществления давления на буровой инструмент в осевом направлении буровой колонны на установке смонтирован механизм подачи инструмента на забой 9 (рис.1). Он состоит из последовательности механических звеньев: трансмиссия механизма подачи с фрикционом включения, связанная ременной передачей с главной трансмиссией; карданная передача, червячный редуктор, цепная передача, вал промежуточный, передающий вращение через двухрядную цепную передачу валу механизма подачи.
Механизм подачи получает вращение от трансмиссии через червячный редуктор 1 (рис.2), от которого движение передается через зубчатую полумуфту (2) и звездочку (3) к звездочкам цепного привода механизма подачи.
На буровой установке смонтирован канатно-цепной механизм принудительной подачи инструмента на забой. На кронблоке мачты 4 (рис.1) на двух крайних роликах подвешиваются канаты механизма подачи. Концы канатов механизма подачи с одной стороны прикреплены к щекам, установленным на цапфах вертлюга, а с другой - к стяжкам, к которым крепятся однорядные втулочно-роликовые цепи.
Эти цепи огибают звездочки, установленные на валу трансмиссии механизма подачи на забой. Благодаря этому образуется замкнутая система, которая при вращении вала трансмиссии механизма подачи на забой заставляет двигаться щеки с прикрепленным к ним вертлюгом.
Ротор (вращатель) буровой штанги 13 (рис.1) представляет собой конический редуктор, вращение к которому передается от коробки передач через карданный вал. Ведомое коническое колесо ротора посажено на полый выходной вал (стол ротора) и вкладыш с квадратным отверстием передает вращение буровой штанге 7 (рис.1) с ответным профилем квадратного сечения.
На установке закреплена двухбарабанная лебедка 12 (рис.1), которая служит для спускоподъемных операций, извлечения буровой колонны из скважины и поддержания инструмента на весу. Барабаны лебедки работают независимо и включаются механически фрикционными муфтами посредством системы рычагов управления.
Для подъема и опускания мачты на установке смонтирован гидравлический домкрат 3 (рис.1), который представляет собой двухступенчатый телескопический поршневой гидроцилиндр. Давление в рабочие полости гидроцилиндра нагнетает масляный насос шестеренного типа, расход подачи масла регулируется распределителем игольчатого типа 16 (рис.1).
Мачта буровой установки 5 (рис.1), которая служит для ориентации и задания начального вертикального направления вращающейся колонны из бурильных труб и служит направляющей при перемещении вертлюга, является сварной пространственной металлоконструкцией из стальных горячекатаных труб из стали марки Ст3пс. По направляющим мачты перемещается вертлюг к которому через переводник закреплена буровая штанга.
Вертлюг 6 (рис.1) является промежуточным звеном между вращающейся колонной бурильных труб и шлангом насоса.
Вертлюг состоит из корпуса, шпинделя, сальника, штропа и ствола. Корпус вертлюга, выполненный из стального литья, служит опорой всех монтируемых деталей. По своей конструкции он представляет собой цилиндр с двумя диаметрально расположенными карманами под штроп.
Описание рисунков
На рисунке 1 представлен общий вид передвижной буровой установки. 1 - автомобиль; 2 - трансмиссия главная; 3 - домкрат гидравлический; 4 - кронблок; 5 - мачта; 6 - вертлюг; 7 - штанга буровая; 8 - домкраты винтовые для фиксации шасси во время бурения; 9 - механизм подачи бурового инструмента; 10 - устройство для шнекового бурения; 11 - устройство для развинчивания труб; 12 - лебедка; 13 - ротор; 14 - рычаги управления; 15 - коробка перемены передач; 16 - распределитель масляной системы; 17 - насос ручной; 18 - насос буровой.
На рисунке 2 представлен чертеж механизма подачи инструмента на забой. 1 - редуктор червячный: 2 - полумуфта зубчатая; 3 - звездочка.