Буровая установка

(51) 21 7/02 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ проходки скважины на величину рабочей трубы,повышение устойчивости и обеспечение заданного режима спуско-подъема бурового инструмента. Для этого в буровой установке, содержащей шпиндельный вращатель с гидроцилиндровой системой подачи бурового инструмента, спускоподъемное устройство с талевой системой, мачту и колесное основанием с труборазворотом, над упомянутым вращателем смонтирован с возможностью передачи крутящего момента дополнительный роторный вращатель с фигурной рабочей трубой, установленный с возможностью поворота его в горизонтальной плоскости относительно шпинделя на угол, достаточный для вскрытия устья скважины для производства спускоподъемных операций.(72) Сушко Сергей Михайлович Латыпов Авис Самигуллинович Пшеницын Александр Станиславович Повелицын Владимир Михайлович Бегун Анатолий Данилович(57) Изобретение относится к области горного дела,в частности к буровым установкам. Техническим результатом изобретения является расширение области применения, автоматизация системы поддержания нагрузки на породоразрушающий инструмент на период 21014 Изобретение относится к области горного дела, в частности к буровым установкам. Известна буровая установка (Белоусов Д.И.,Рощупкин В.И. Буровые установки. - М. Недра,1973, рис.14), содержащая подвижный вращатель с гидроцилиндрово-талевой системой подачи и спуско-подъема инструмента, мачту и силовой привод, смонтированная на шасси автомобиля. К основным недостаткам известной буровой установки следует отнести наличие подвижного вращателя,не позволяющего использовать свечи бурильных труб,собранных из нескольких труб- отсутствие труборазворота, позволяющего ускорить процесс спуско-подъема инструмента- сравнительно малая величина хода вращателя, что исключает возможность спуска в скважину обсадные трубы большой длины. Известна буровая установка (Белоусов Д.И.,Рощупкин В.И. Буровые установки. - М. Недра,1973, рис.10), содержащая откидной роторный вращатель, подъемную лебедку с талевой системой,мачту и спуско-подъемное устройство с талевой системой, расположенные на шасси трактора. К основным недостаткам известной буровой установки следует отнести- малый срок службы зубчатой передачи к ротору, так как при каждом откидывании ротора шестерни выводят из зацепления отсутствует автоматическая система поддержания нагрузки на инструмент при свободной подаче его по мере углубки скважины,что требует постоянного внимания бурильщика. Известна буровая установка (Горное и буровое оборудование. - М. Недра, 1983, с.271-272),содержащая шпиндельный вращатель с гидроцилиндровой системой подачи бурового инструмента, спуско-подъемное устройство с талевой системой, мачту и колесное основание с труборазворотом. К недостаткам известной буровой установки следует отнести- сужение области использования буровой установки за счет малого диаметра проходного отверстия шпинделя- отсутствие автоматической системы поддержания нагрузки на инструмент при работе со свободной подачей инструмента- малую устойчивость буровой установки в плоскости, перпендикулярной к продольной оси ее- имеет лебедочное спуско-подъемное устройство, которое имеет ручное управление,затрудняющее поддержание заданного режима спуско-подъема инструмента,а также многослойную укладку каната- имеется возможность обрыва каната при переподъеме инструмента. Задачей изобретения является разработка буровой установки, обладающей более широкой областью использования, имеющей автоматическую систему поддержания нагрузки на инструмент на период проходки на величину рабочей трубы, более высокую устойчивость, обеспечивающую заданный 2 режим спуско-подъема инструмента, исключающей переподъем инструмента и увеличенный срок службы талевого каната. Для этого в буровой установке, содержащей шпиндельный вращатель с гидроцилиндровой системой подачи бурового инструмента, спускоподъемное устройство с талевой системой, мачту и колесное основание с труборазворотом, над упомянутым вращателем смонтирован с возможностью передачи крутящего момента дополнительный роторный вращатель с фигурной рабочей трубой, установленный с возможностью поворота его в горизонтальной плоскости относительно шпинделя на угол, достаточный для вскрытия устья скважины для производства спускоподъемных операций. В частных случаях исполнения буровая установка имеет фиксатор дополнительного ротора в рабочих положениях,выполненный в виде быстроразъемного конического замка, снабженного стяжной шпилькой с винтовыми нарезками противоположного направления по концам- на фигурной рабочей трубе центрирующий элемент,монтируемый в осевом канале труборазворота на период углубки скважины за рейс- подъемное устройство выполненное, по меньшей мере, в виде одной пары короткоходовых гидроцилиндрово-талевых подъемников,через шкивы которых пропущены концы каната талевой системы- основание с одной парой пневмонадувных колес и вертикально установленных боковых поворотных рам, снабженных надувными колесами и домкратами с траковыми опорными элементами. Такая конструкция буровой установки позволяет- расширить диапазон использования ее, так как появляется возможность бурения скважин увеличенного диаметра по породам малой крепости с использованием роторного и шнекового способов бурения- появляется возможность автоматического поддержания нагрузки на породоразрушающий инструмент за счет использования гидроцилиндрового устройства спуско-подъема инструмента в интервале хода на величину фигурной рабочей трубы- увеличивается устойчивость буровой установки и появляется возможность перемещения буровой установки на рабочем блоке без опускания мачты и выноса колонны труб- снижается возможность обвала стенок скважины при спуско-подъемных операциях (в дальнейшем СПО), так как гидроцилиндровая система СПО не позволяет осуществлять резкого изменения скорости перемещения колонны ни при подъеме, ни при спуске- улучшаются условия труда,так как бурильщику не приходится прикладывать больших усилий при СПО и управлять рычагом лебедки при бурении с использованием роторного вращателя- увеличивается срок службы каната талевой 21014 оснастки, так как канат не укладывается многослойно на барабан лебедки. Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 дана схема расположения оборудования на буровой установке на фиг.2 - конструкция дополнительного роторного вращателя на фиг.3-схема гидроцилиндрово-талевого устройства спускоподъема инструмента на фиг.4 - сечение по линии А-А фиг.2 на фиг.5 - сечение по линии Б-Б фиг.2,Буровая установка (фиг.1) состоит из колесного основания 1, на котором имеется шпиндельный вращетель 2,снабженный дополнительным роторным вращателем 3 (в дальнейшем ротор 3),имеющим фигурную рабочую трубу 4 (в дальнейшем квадрат) соединенный с вертлюгом, над которым расположен крюкоблок талевой оснастки 5. Концы каната 6 которой перекинуты через шкивы кронблока талевой оснастки 5, пропущены через шкивы талевых оснасток 7 короткоходовых гидроцилиндрово-талевых подъемников 8 (в дальнейшем гидроподъемники 8 и закреплены на основании 1. Входной вал ротора 3 сочленен со шпинделем вращателя 2 (фиг.2), а квадрат 4 имеет центрирующий элемент 9, устанавливаемый на период процесса углубки скважины до наращивания колонны бурильных труб в осевой канал труборазворота 10. Гидроподъемник 8 содержит один или более того гидроцилиндров 11, на штоках которых закреплены блоки 12 со шкивами 13, а на опорах 14 стационарно установлены шкивы 15. Основание 1 имеет одну пару пневмонадувных колес 16, а также поворотные рамы 17, оснащенные домкратами 18, имеющими опорные блоки 19,состоящие из траковых элементов. Ротор 3 (фиг.4) имеет быстроразъемный конический замок 20 (в дальнейшем замок 20), состоящий из двух секторов 21, соединенных с одной стороны шарнирно, а с другой - посредством шпильки 22, имеющей по концам винтовую нарезку противоположного направления, и соответствующих гаек 23,вмонтированных в сектора 21. Сектора 21 в поперечном сечении (фиг.5) имеют расточки 24,охватывающие реборду 25 крепления зажимного патрона шпиндельного вращателя 2 и реборду 26 с конической верхней частью опоры 27 корпуса ротора 3. В осевом канале опоры 27 расположена шлицевая муфта 28 для соединения шпинделя вращателя 2 с входным валом 29 ротора 3, а выходной вал 30 имеет зажимные плашки 31,перемещаемые в радиальном направлении посредством шпильки 32. Эксплуатация буровой установки осуществляется следующим образом. Остановимся на описании процессов, осуществляемых при бурении с дополнительным ротором при сооружении скважин в геологических разрезах,сложенных породами малой прочности. В процессе углубки скважины подачу бурового инструмента осуществляют посредством гидроподъемников 8,снабженных известными средствами управления гидроцилиндрами (Кирсанов А.Н., Зиненко В.П.,Кардыш В.Г.). Буровые машины и механизмы.М. Недра, 1981, с.141-150). В связи с тем, что в начальный момент углубки скважины блоки 12 находятся в верхнем положении, из нижней полости гидроцилиндров осуществляют выпуск рабочей жидкости, вследствие чего длина части каната 6,охватывающая шкивы 15 укорачивается, а часть каната над крюкоблоком увеличивается, то есть осуществляется подача бурового инструмента по мере углубки породоразрушающего инструмента. При этом крутящий момент передается на выходной вал ротора 3, далее через квадрат 4, установленный с возможностью продольного перемещения в фигурном осевом канале упомянутого вала на колонну бурильных труб (в дальнейшем КБТ) и породоразрушающий инструмент. По мере необходимости наращивания КБТ осуществляют подъем бурового инструмента на величину квадрата 4 с центрирующим элементом 9 до уровня соединительного замка КБТ,посредством труборазворота 10 отвинчивают квадрат 4,поворотом шпильки 22 освобождают замок 20 и поворачивают ротор 3 с квадратом примерно на 90 относительно реборды 25, то есть вскрывают устье скважины для производства СПО. Освобождают вертлюг и осуществляют процесс наращивания или СПО посредством гидроподъемником 8. В связи с тем, что оба конца каната 6 талевой оснастки 5 утягиваются гидроподъемниками 8 в результате перемещения штоками гидроцилиндров 11 блоков 12 с шкивами 13 вверх, достигается удвоенная скорость перемещения вертлюга по сравнению со скоростью,развиваемой одним из гидроподъемников 8. Для ускорения перемещения вертлюга с порожним элеватором рабочую жидкость подают в обе полости гидроцилиндра 11,поэтому гидроцилиндры превращаются в насосы и рабочая жидкость из верхних полостей гидроцилиндров перекачивается в нижние полости,увеличивая подачу рабочих насосов гидропривода. Регулирование рабочих параметров гидроподъемников осуществляется известными способами (см. Кирсанов А.Н, Зиненко В.П.,Кардыш В.Г. Буровые машины и механизмы.М. Недра, 1981, с.325-333). После завершения процесса наращивания или СПО в обратном вышеописанному порядке осуществляют возврат ротора с квадратом к устью скважины и продолжают процесс углубки скважины. В случае необходимости увеличения нагрузки на породоразрушающий инструмент более чем масса квадрата и вертлюга следует использовать систему гидроподачи шпиндельного вращателя 2. Для этого, по мере подъема подвижной части вращателя 2 вместе с ротором 3 вверх относительно квадрата 4, необходимо поджать плашки 31 выходного вала 30 ротора 3 посредством вращения шпильки 32. В дальнейшем периодически, по мере углубки скважины на величину подачи шпиндельного вращателя повторяют вышеописанную операцию. Обычно при углубке скважины на 12-15 м масса КБТ становится достаточной для создания совместно с массой квадрата и вертлюга нагрузки на породоразрушающий инструмент, тем более, что 3 21014 сначала КБТ наращивают утяжеленными бурильными трубами. В дальнейшем процесс подачи бурового инструмента осуществляют путем поддерживания избыточной массы его посредством гидроподъемников 8,автоматически поддерживающих заданную скорость подачи. Ввиду того, что ротор 3 располагается над шпиндельным вращателем, поэтому расстояние от поверхности земли до нижнего уреза его достигает 2,5 м и более при верхнем положении шпинделя,можно осуществлять забурку скважин для установки направления с использованием шнекового бурения с использованием шнеков длиной 2,0-2,5 м. Таким образом предлагаемая буровая установка может быть использована в широком диапазоне способов бурения. При этом,наличие поворотных рам 17 (фиг. 1) с домкратами 18, опорные блоки 19 которых состоят из траковых элементов позволяют осуществлять транспортировку в пределах рабочего блока без укладки мачты и выноса свечей бурильных труб. При транспортировке на дальние расстояния рамы 17 крепятся к боковым стенкам основания, КБТ удаляются, а мачта складывается. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Буровая установка, содержащая шпиндельный вращатель с гидроцилиндровой системой подачи бурового инструмента,спуско-подъемное устройство с талевой системой, мачту и колесное основание с труборазворотом, отличающаяся тем,что упомянутый вращатель имеет дополнительный ротор с фигурной рабочей трубой, установленный с возможностью поворота до 90 над упомянутым вращателем, шпиндель которого соединен с входным валом дополнительного ротора. 2. Буровая установка по п.1, отличающаяся тем,что фиксатор дополнительного ротора в рабочих положениях выполнен в виде быстроразъемного конического замка,снабженного стяжной шпилькой, имеющей противоположные винтовые нарезки по концам. 3. Буровая установка по п.1, отличающаяся тем,что фигурная рабочая труба имеет центрирующий элемент,монтируемый в осевом канале труборазворота на период углубки скважины за рейс. 4. Буровая установка по п.1., отличающаяся тем, что подъемное устройство ее выполнено, по меньшей мере в виде, одной пары короткоходовых гидроцилиндрово-талевых подъемников,через шкивы которых пропущены концы каната талевой системы. 5. Буровая установка но п.1, отличающаяся тем,что основание ее имеет по одной паре пневонадувных колес и поворотных рам,снабженных домкратами с трараковыми опорными элементами.