Устройство для бурения скважин
Устройство для бурения скважин (УБС) относится к буровой технике используемой преимущественно для бурения взрывных скважин на карьерах строительных материалов. УБС содержит транспортную базу (ТБ)1 с навесным оборудованием, включающим несущую раму (НР) 2, буровую мачту (БМ) 5 с подвижным вращателем, привод, гидроцилиндр (ГЦ) подачи, передний 3 и задние 4 гидродомкраты (ГД) и, установленные на наклонных направляющих (НН) 6, размещенных вдоль ТБ 1 и жестко связанных с HP 2, контргрузы (К) 7, выполненные с возможностью перемещения посредством гибкой связи (ГС) 12 в виде двух ветвей талевой системы (ТС), подвижные блоки (ПБ) 16 которых размещены на штоке (Ш) 15 ГЦ управления 13 параллельно продольной плоскости УБС, а неподвижные (НБ) 17, соответственно, в задней части НН 6. При этом каждая из ветвей ТС выполнена в виде мультипликаторного полиспаста(МП) и связана с отдельным ГЦ управления 13, причем корпуса ГЦ управления 13 размещены перпендикулярно поверхности земли, жестко связаны с HP 2 и ориентированы своими Ш 15 вверх. Кроме этого ГЦ управления 13 с ПБ 16 размещены в задней части НН 6, в плоскости НБ 17 ТС. Выполнение ГС К в виде двух ветвей ТС, каждая из которых представляет МП и размещение отдельных ГЦ управления вышеуказанным образом позволяет упростить конструкцию вообще ГС, быстро, и независимо от других основных технологических ГЦ и ГД, переводить К в рабочее или транспортное положение, существенно снизить затраты времени на операции по сборке - разборке бурового става на каждой скважине и повысить производительность буровых работ. 1 з.п. ф-лы. Ил.3.
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, жестко закрепленных вдоль транспортной базы по ее бокам, контргрузы, выполненные с возможностью перемещения посредством гибкой связи, связанной с гидроцилиндром управления (Авторское свидетельство СССР 
1125354, Кл. Е21В 19/08, 1984).
Недостатком известного устройства является то, что в качестве гидроцилиндра управления используется гидроцилиндр подачи устройства, предназначенный для основного технологического процесса бурения. В связи с этим, при работе непосредственно на блоке появляется необходимость опускания корпуса гидроцилиндра подачи в транспортное положение при небольших переездах (передвижках) устройства от скважины к скважине (иногда до 1,5 м). 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 наличие только одного гидроцилиндра подачи, размещенного в верхней части буровой мачты, для управления двумя контргрузами предопределяет усложнение конструкции гибкой связи.
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, подвижные блоки которой размещены на штоке гидроцилиндра управления параллельно продольной плоскости устройства, а неподвижные, соответственно, в задней части наклонных направляющих(Патент РФ 2300619, Кл. Е21В 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, 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.
Полезная модель направлена на упрощение конструкции устройства для бурения скважин и повышение производительности устройства при работе на блоке.
Указанная цель достигается тем, что в устройстве для бурения скважин, содержащем 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, каждая из ветвей талевой системы выполнена в виде мультипликаторного полиспаста и связана с отдельным гидроцилиндром управления, при этом корпуса гидроцилиндров управления размещены перпендикулярно поверхности земли, жестко связаны с несущей рамой и ориентированы своими штоками вверх. Причем, гидроцилиндры управления с подвижными блоками размещены в задней части наклонных направляющих, в плоскости неподвижных блоков талевой системы.
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 передний 3 и задние 4 (обычно их два) гидродомкраты, буровую мачту 5 и, установленные на наклонных направляющих 6, размещенных вдоль транспортной базы 1 (закрепленные по обеим сторонам) и жестко связанных с несущей рамой, контргрузы 7. На буровой мачте 5 закреплен подвижный вращатель 8, корпус которого соединен со штоком 9 гидроцилиндра подачи, имеющего подвижный относительно буровой мачты 5 корпус 10. Кроме того, на верхней траверсе буровой мачты 5 установлены механические фиксаторы 11, взаимодействующие с соответствующими углублениями (не показаны) в корпусе 10 гидроцилиндра подачи в его верхнем, относительно буровой мачты 5 (рабочем), положении. Контргрузы 7, посредством гибкой связи 12, например троса, соединены с отдельными гидроцилиндрами управления 13, корпуса 14 которых размещены перпендикулярно поверхности земли, жестко связаны с несущей рамой 2 и ориентированы своими штоками 15 вверх. Сама же гибкая связь 12 контргрузов 7, выполнена в виде двух ветвей талевой системы, представляющих из себя мультипликаторные полиспасты, подвижные блоки 16 которых, с целью снижения нагрузок, размещены на штоках 15 отдельных гидроцилиндров управления 13 параллельно продольной плоскости устройства, а неподвижные 17, соответственно, в задней части наклонных направляющих 6. При этом отдельные гидроцилиндры управления 13 также размещены в задней части наклонных направляющих 6, в плоскости неподвижных блоков 17 гибкой связи 12, что уменьшает потребную длину гибкой связи 12 и исключает необходимость установки огибающих блоков. Для складирования и наращивания бурового става на мачте 5 закреплен поворотный кассетный приемник 18 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 следующим образом.
Переезд (передвижка) устройства от скважины к скважине на блоке осуществляется при поднятых опорах гидродомкратов 3 (пунктиром на фиг.1 показано рабочее положение контргрузов 7) 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 18. При этом 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. Во время переезда уравновешивающие контргрузы 7 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 4 и переднего гидродомкрата 3. После чего в поршневую полость отдельных гидроцилиндров 13 подается рабочая жидкость, штоки 15 выдвигаются вверх и посредством ветвей талевой системы гибкой связи 12 перемещают контргрузы 7. Контргрузы 7 перемещаются вверх по наклонным направляющим 6 и при крайнем верхнем положении штоков 15 отдельных гидроцилиндров управления 13 занимают рабочее положение (пунктиром на фиг.2 показано транспортное положение контргрузов 7 устройства) в задней части наклонных направляющих 6(вблизи буровой мачты 5). При этом выполнение гибкой связи 12 в виде двух ветвей талевой системы, представляющих из себя мультипликаторные полиспасты с отдельными гидроцилиндрами управления 13, расположенными в задней части наклонных направляющих 6 вышеуказанным образом, позволяет не только облегчить работу гидропривода, но и при относительно малом ходе штока 15 существенно увеличить величину хода контргрузов 7 и повысить скорость их перемещения из транспортного положения в рабочее.
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 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, 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 резьб 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 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 буровой мачте 5 поворотном кассетном приемнике 18 барабанного типа. После этого осуществляется независимое перемещение контргрузов 7 под действием собственного веса по наклонным направляющим 6 в переднее (транспортное) положение. При этом штоки 15 отдельных гидроцилиндров управления 13 втягиваются (при любой схеме подключения) достаточно быстро, вследствие перпендикулярного размещения корпусов 14 отдельных гидроцилиндров управления 13 относительно поверхности земли. Затем поднимаются опоры переднего 3 и задних 4 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 10 гидроцилиндра подачи, который удерживает своим штоком 9 в нижнем положении подвижный вращатель 8 без бурильной трубы. Причем втянутые штоки 15 отдельных гидроцилиндров управления 13, 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 в верхнее (рабочее) 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 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.
1. 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 которых размещены на штоке гидроцилиндра управления параллельно продольной плоскости устройства, а неподвижные соответственно в задней части наклонных направляющих, отличающееся тем, что каждая из ветвей талевой системы выполнена в виде мультипликаторного полиспаста и связана с отдельным гидроцилиндром управления, при этом корпуса гидроцилиндров управления размещены перпендикулярно поверхности земли, жестко связаны с несущей рамой и ориентированы своими штоками вверх.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гидроцилиндры управления с подвижными блоками размещены в задней части наклонных направляющих, в плоскости неподвижных блоков талевой системы.
