УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Полезная модель относится к буровой технике и может быть использовано для проходки взрывных скважин блоками на карьерах.
Известно устройство для бурения скважин, содержащее транспортную базу с навесным оборудованием, включающим несущую раму, мачту с подвижным вращателем, привод, гидроцилиндр подачи и установленные на наклонных направляющих, размещенных вдоль транспортной базы, с возможностью перемещения, контргрузы (Авторское свидетельство СССР №1125354, Кл. E21B 19/08, 1984). Данное техническое решение, за счет механизации процесса перемещения контргрузов, позволяет резко снизить долю ручных непроизводительных операций и уменьшить энергоемкость перемещения контргрузов в переднее положение ввиду свободного перемещения последних под собственным весом по наклонным направляющим.
Недостатком известного устройства при работе непосредственно на блоке является необходимость опускания корпуса гидроцилиндра подачи в транспортное положение даже при небольших переездах (передвижках) устройства от скважины к скважине (иногда до 1,5 м), ввиду того, что последний удерживает при помощи гибкой связи контргрузы в заднем положении. Это увеличивает непроизводительные затраты, связанные с необходимостью отвинчивания шарошечного долота от последней бурильной трубы става и установкой ее в кассетный приемник с последующим повторением процесса в обратном порядке после передвижки устройства на блоке. При этом жесткое крепление направляющих к несущей раме не позволяет изменять угол их наклона на противоположный для обеспечения свободного перемещения контргрузов под собственным весом из передней части направляющих их заднюю часть, а также ухудшает свойство приспособленности конструкции устройства к проведению технических обслуживаний и уходов. Кроме того, центр тяжести контргрузов перемещенных в заднюю часть направляющих, располагается выше их центра тяжести при расположении последних в передней части направляющих, что увеличивает плечо опрокидывающей нагрузки и не позволяет на особо крепких породах развивать большие осевые давления. Помимо этого, данное устройство для бурения скважин имеет высокое удельное давление на поверхность забоя ходовой части, из-за навески на него полной массы контргрузов, что не только снижает проходимость при перемещении устройства по блоку со скважинами, но и снижает долговечность элементов ходовой части, например, подшипников в опорных катках из-за большой статической нагрузки.
Наиболее близким техническим решением является устройство для бурения скважин, содержащее транспортную базу с навесным оборудованием, включающим несущую раму, мачту с подвижным вращателем, привод, гидроцилиндр подачи и установленные на наклонных направляющих, размещенных вдоль транспортной базы, контргрузы, выполненные с возможностью перемещения из передней части направляющих в их заднюю часть под действием собственного веса, посредством того, что направляющие связаны своей передней частью с несущей рамой, соответственно, при помощи шарнира, а задней частью при помощи гидроцилиндра, осуществляющего поворот направляющих относительно данного шарнира на углы, обеспечивающие возвратно-поступательное перемещение контргрузов по направляющим до взаимодействия их торцов с резиновыми демпферами установленными в передней и задней частях направляющих, с последующим закреплением направляющих в их крайних положениях при помощи кронштейнов с ограничительными упорами на несущей раме (Патент РФ №69557, МПК E21B 19/08, 2007).
Выполнение контргрузов с возможностью перемещения под собственным весом из передней части в их заднюю часть уменьшает энергоемкость процесса перемещения. При этом, выполнение направляющих с возможностью поворота относительно шарнира передней части на углы, обеспечивающие перемещение контргрузов в обе стороны по направляющим указанным образом, не только снижает энергоемкость процесса перемещения контргрузов, но и облегчает доступ к различным элементам транспортной базы (двери кабины, гусеничный ход и т.д.) при ее техническом обслуживании и уходе. Так же, использование отдельных гидроцилиндров для перемещения контргрузов из передней части направляющих в их заднюю часть, и наоборот, при передвижках устройства от скважины к скважине, освобождает гидроцилиндр подачи от необходимости его перевода из транспортного положения в рабочее, и наоборот, что существенно сокращает непроизводительные затраты, в том числе связанные с дополнительной разборкой бурового става, и повышает производительность устройства. Кроме того, расположение центров тяжести контргрузов перемещенных в заднюю часть направляющих ниже их центров тяжести, при размещении последних в передней части направляющих, позволяет уменьшить плечо опрокидывающей нагрузки при реализации больших осевых давлений, а следовательно, позволяет бурить более крепкие породы.
Недостаток данного устройство для бурения скважин заключается в высоком удельном давлении на поверхность забоя ходовой части, из-за навески на него полной массы контргрузов, что не только снижает проходимость при перемещении устройства по блоку со скважинами, но и снижает долговечность элементов ходовой части, например, подшипников в опорных катках из-за большой статической нагрузки.
Полезная модель направлена на повышение эффективности устройства для бурения скважин, при работе на блоке с взрывными скважинами на карьере за счет того, что в устройстве для бурения скважин, содержащем транспортную базу с навесным оборудованием, включающим несущую раму, мачту с подвижным вращателем, привод, гидроцилиндр подачи и установленные на наклонных направляющих, размещенных вдоль транспортной базы, контргрузы, выполненные с возможностью перемещения из передней части наклонных направляющих в их заднюю часть под действием собственного веса, посредством того, что наклонные направляющие связаны своей передней частью с несущей рамой при помощи шарнира, а задней частью при помощи гидроцилиндра, осуществляющего поворот наклонных направляющих относительно шарнира на углы, обеспечивающие возвратно-поступательное перемещение контргрузов по наклонным направляющим до взаимодействия их торцов с резиновыми демпферами установленными в передней и задней частях наклонных направляющих, с последующим закреплением наклонных направляющих в их крайних положениях при помощи кронштейнов с ограничительными упорами на несущей раме, на задней части наклонных направляющих размещены опорные узлы с шарнирно закрепленными на них съемными элементами для взаимодействия с поверхностью забоя при выдвижении штоков гидроцилиндров наклонных направляющих, при этом отверстия в кронштейнах для закрепления штоков гидроцилиндров, например при помощи соединительных пальцев, выполнены продолговатыми в направлении действия штоков гидроцилиндров, с возможностью размещения соединительных пальцев в их средней части при полном выдвижении штоков гидроцилиндров наклонных направляющих.
При этом, съемные элементы опорных узлов наклонных направляющих для взаимодействия с твердой поверхностью забоя выполнены в виде катков, а для взаимодействия с мягкой поверхностью забоя выполнены в виде опорных лыж.
Размещение на задней части наклонных направляющих опорных узлов с шарнирно закрепленными на них съемными элементами для взаимодействия с поверхностью забоя при выдвижении штоков гидроцилиндров наклонных направляющих, и перевода контргрузов в нижнее положение, позволяет существенно снизить удельные давления на поверхность забоя ходовой части, из-за уменьшения полной массы устройства, а следовательно, повысить его проходимость при перемещении по блоку со скважинами. Поскольку устройство для бурения скважин является технологической машиной и большую часть сменного рабочего времени тратит на переезды от скважины к скважине по блоку забоя, то данное решение также позволит повысить долговечность элементов ходовой части, например, подшипников в опорных катках из-за снижения статической нагрузки. При этом, выполнение съемных элементов опорных узлов наклонных направляющих для взаимодействия с твердой поверхностью забоя в виде катков будет облегчать условия качения наклонных направляющих с контргрузами, а для взаимодействия с мягкой поверхностью забоя выполнение съемных элементов опорных узлов в виде опорных лыж будет способствовать их лучшему скольжению. Наличие же именно съемных элементов опорных узлов, позволит производить их взаимозамену при работе на разных блоках с различной твердостью поверхности, что расширяет область применения устройства. Кроме того, выполнение отверстий в кронштейнах задних частей наклонных направляющих для закрепления штоков гидроцилиндров, например при помощи соединительных пальцев, продолговатыми в направлении действия штоков гидроцилиндров наклонных направляющих, с возможностью размещения соединительных пальцев в их средней части при полном выдвижении штоков гидроцилиндров наклонных направляющих позволяет гарантированно обеспечить свободное перемещение (вверх-вниз) кронштейнов задних частей наклонных направляющих с контргрузами относительно соединительных пальцев штоков гидроцилиндров и обеспечить съемным элементам опорных узлов наклонных направляющих постоянный контакт с поверхностью забоя с возможными неровностями после планировки.
На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для бурения скважин, вид сбоку (рабочее положение контргрузов); на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид устройства сбоку (положение контргрузов при передвижке по ряду скважин); на фиг. 4 - вид Б на фиг. 3; на фиг. 5 - опорный узел со съемным элементом в виде катка; на фиг. 6 - опорный узел со съемным элементом в виде лыжи; на фиг. 7 - вид устройства сбоку (положение контргрузов при переезде на новый блок);
Устройство для бурения скважин состоит из транспортной базы 1, на которой закреплено навесное оборудование, содержащее смонтированные на несущей раме 2 передний 3 и задние 4 (обычно их два) гидродомкраты, мачту 5 и закрепленные по обеим сторонам транспортной базы 1 наклонные направляющие 6, как правило коробчатого сечения, с установленными на них, с возможностью перемещения, уравновешивающими контргрузами 7. На мачте 5 закреплен подвижный вращатель 8, корпус которого соединен со штоком 9 гидроцилиндра подачи, имеющего подвижный относительно мачты 5 корпус 10. Кроме того, на верхней траверсе мачты 5 установлены механические фиксаторы 11, взаимодействующие с соответствующими углублениями (не показаны) в корпусе 10 гидроцилиндра подачи в его верхнем относительно мачты 5 (рабочем), положении. Контргрузы 7 свободно размещены внутри наклонных направляющих 6. Наклонные направляющие 6 связанны своей передней частью с несущей рамой 2 при помощи шарнира 12, а задней частью при помощи гидроцилиндра 13. Передние и задние части наклонных направляющих 6 снабжены демпферами 14, например из резины, для уменьшения ударных нагрузок от взаимодействия с торцами контргрузов 7. Для закрепления наклонных направляющих 6 в их крайних положениях, на несущей раме 2 выполнены ограничительные упоры 15 с фиксаторами, например в виде пальцев 16, для соединения со средней и задней частями наклонных направляющих 6, на которых выполнены кронштейны 17. В кронштейнах 17 задних частей наклонных направляющих 6 отверстия 18 для закрепления штоков 19 гидроцилиндров 13,например, при помощи соединительных пальцев 20, выполнены продолговатыми в направлении действия штоков 19 гидроцилиндров 13, с возможностью размещения соединительных пальцев 20 в средней части отверстий 18. На задней части наклонных направляющих 6 размещены опорные узлы 21 с шарнирно закрепленными на них съемными элементами 22 для взаимодействия с поверхностью забоя при полном выдвижении штоков 19 гидроцилиндров 13. При этом, съемные элементы 22 опорных узлов 21 наклонных направляющих 6 для взаимодействия с твердой поверхностью забоя могут быть выполнены в виде катков, а для взаимодействия с мягкой поверхностью забоя в виде опорных лыж.
Для складирования и наращивания бурового става на мачте 5 закреплен поворотный кассетный приемник 23 бурильных труб барабанного типа. Передача крутящего момента к рабочему валу подвижного вращателя 8 осуществляется от вала отбора мощности транспортной базы 1 посредством механических передач привода (не показан).
Предлагаемое устройство работает в забое следующим образом (Фиг. 1; Фиг. 2). При установке на скважине первого ряда блока устройство горизонтируется вначале при помощи двух задних гидродомкратов 4 (для создания надежной опоры), а затем при помощи переднего гидродомкрата 3. После этого из кронштейнов 17 и упоров 15 вынимаются пальцы 16, и при помощи штоков 19 гидроцилиндров 13 наклонные направляющие 6 поворачиваются вокруг шарнира 12 на угол, необходимый для перемещения контргрузов 7 под собственным весом из передней части наклонных направляющих 6 в их заднюю часть. Повернутые данным образом задние части наклонных направляющих 6, с перемещенными в них до упора с демпферами 14 контргрузами 7, занимают нижнее (рабочее) положение, при котором центр тяжести контргрузов 7 располагается ниже его расположения при размещении последнего в передней части наклонных направляющих 6, обеспечивая тем самым более устойчивое положение устройства. При этом для полной реализации веса контргрузов съемные элементы 22 опорных узлов 21 наклонных направляющих 6 не соприкасаются с поверхностью забоя. С целью снижения ударных нагрузок о демпферы 14 рекомендуется осуществлять плавный поворот наклонных направляющих 6, регулируя скорость перемещения контргрузов 7 при помощи гидроцилиндров 13. После достижения контргрузами 7 задних частей наклонных направляющих 6, т.е. до упора торцов контргрузов 7 в демпферы 14, в кронштейны 17 наклонных направляющих 6 средней и задней частей направляющих 6 устанавливаются пальцы 16, связывающие наклонные направляющие 6 с ограничительными упорами 15, которые разгружают штоки 19 гидроцилиндров 13 и обеспечивают прочность «подвешенных» наклонных направляющих 6 не только при бурении скважин, но и при маневровых передвижениях устройства, например наезд на новый ряд скважин. Затем от нижнего конца бурильной трубы с долотом отводится ключ, она опускается на забой при помощи штока 9 гидроцилиндра подачи, во внутреннюю полость бурильных труб подается очистной агент (сжатый воздух) и подключается вал отбора мощности транспортной базы 1. Необходимое осевое усилие на забой создается при помощи гидроцилиндра подачи путем подключения надпоршневого пространства корпуса 10 от работающей гидросистемы транспортной базы 1.
Для наращивания бурового става по мере углубки скважины подвижный вращатель 8,при достижении нижнего положения, отсоединяется от бурильной трубы и поднимается в верхнее положение.
Затем в зазор между рабочим (выходным) валом подвижного вращателя 8 и верхним концом бурового става заводится очередная труба, которая с помощью имеющихся на обоих концах резьбы соединяется с рабочим валом подвижного вращателя 8 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 буровым долотом, остающейся во вращателе 8. Для исключения ручного труда на вспомогательных операциях свинчивание и развинчивание бурильных труб (при зафиксированном нижнем конце трубы при помощи ключа) производится самим подвижным вращателем 8, а буровые трубы устанавливаются в закрепленном на мачте 5 поворотном кассетном приемнике 23 барабанного типа.
Переезд (передвижка) устройства от скважины к скважине по ряду (как правило прямолинейно) на блоке осуществляется при поднятых опорах гидродомкратов 3 и 4 с находящимся в верхнем положении корпусе 10 гидроцилиндра подачи, т.е. сразу же после подъема из скважины последней бурильной трубы с шарошечным долотом без установки ее в кассетный приемник 22 (Фиг. 3; Фиг. 4). Шток 9 гидроцилиндра подачи удерживает в верхнем положении подвижный вращатель 8 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. При этом, до начала трогания с места устройства и перекатывания по поверхности забоя наклонных направляющих 6 с контргрузами 7 осуществляется вначале извлечение пальцев 16 из кронштейнов 17 и ограничительных упоров 15, а затем опускание штоков 19 гидроцилиндров 13, до взаимодействия с поверхностью забоя съемных элементов 22 опорных узлов 21 наклонных направляющих 6 с размещением соединительных пальцев 20 штоков 19 гидроцилиндров 13 в средней части продолговатых отверстий 18 кронштейнов 17 задних частей наклонных направляющих 6 при полном выдвижении штоков 19 гидроцилиндров 13. Такое размещение соединительных пальцев 20 штоков 19 гидроцилиндров 13 в продолговатых отверстиях 18 позволит при перемещении съемным элементам 22 опорных узлов 21 копировать возможные неровности поверхности забоя на блоке после планировки и снижать тем самым нагрузки на ходовую часть устройства для бурения скважин. Причем, съемные элементы 22 опорных узлов 21 наклонных направляющих 6 для взаимодействия с твердой поверхностью забоя могут быть выполнены в виде катков (Фиг. 5), а для взаимодействия с мягкой поверхностью забоя в виде опорных лыж (Фиг. 6). Кроме того, контргрузы 7, находящиеся в нижнем положении, упираются в резиновые демпферы 14 в задних частях наклонных направляющих 6, что также способствует снижению возмущений на ходовую часть устройства со стороны возможных неровностей на поверхности забоя.
Для переезда устройства на новый блок вначале осуществляется извлечение пальцев 16 из кронштейнов 17 и ограничительных упоров 15, а затем подъем штоков 19 гидроцилиндров 13 на угол, обеспечивающий перемещение контргрузов 7 под собственным весом в переднюю часть наклонных направляющих 6 с последующим их закреплением вышеуказанным образом. Затем поднимаются упоры передних 3 и задних гидродомкратов 4 и устройство готово к переезду(Фиг. 7; Фиг. 8). При этом же положении контргрузов перебазирование устройства по дорогам, осуществляемое своим ходом или на трейлере, производится для уменьшения дорожного габарита, при необходимости, с опущенным в нижнее (транспортное) положение корпусом 10 гидроцилиндра подачи, который удерживает своим штоком 9 в нижнем положении подвижный вращатель 8 без бурильной трубы. После перебазирования на новый блок для перевода гидроцилиндра подачи в верхнее положение в поршневую полость подается рабочая жидкость и при достижении корпусом 10 гидроцилиндра подачи верхнего положения фиксаторы 11 автоматически входят в соответствующие углубления на корпусе 10 и тем самым жестко закрепляют его относительно буровой мачты 5 для работы на новом блоке.
Выполнение на наклонных направляющих опорных узлов со съемными элементами, а на кронштейнах задних частей направляющих продолговатых отверстий и размещение в них соединительных пальцев штоков гидроцилиндров наклонных направляющих вышеуказанным способом, позволяет повысить эффективность устройства для бурения скважин при работе на блоке взрывных скважин с различной твердостью поверхности забоев.