БУРОВОЙ СТАНОК Российский патент 1995 года по МПК E21B3/02 

Изобретение относится к геологоразведочному бурению и касается наземного бурового оборудования, в частности буровых станков.

Известен буровой станок, содержащий подвижный вращатель с гидроприводом, устройство для захвата колонны труб и передачи крутящего момента. Вращатель этого станка представляет трехвальный четырехскоростной редуктор, смонтированный в литом корпусе с гидродвигателем.

Недостатки известного станка сложность конструкции вращателя, сочетающего редуктор и двигатель, и необходимость для регулирования частоты вращения специального редуктора и регулятора. Кроме того, наличие редуктора снижает КПД системы вращения бурового става и ее надежность. Изменение частоты вращения бурового става в процессе сооружения скважины требует полной остановки вращения.

Наиболее близким из известных является буровой станок, содержащий подвижный вращатель с проходным отверстием для бурильных труб, верхний захват с зажимом для крепления бурильных труб и обоймой, нижний захват для удержания бурильных труб, направляющую с верхней и нижней траверсами, гидроцилиндры подачи и каретку, перемещаемую по направляющим и жестко связанную с подвижным вращателем и гидроцилиндрами.

Недостатки известного станка повышенная металлоемкость, обусловленная наличием трансмиссий, низкий КПД привода вращения и сложность регулирования частоты вращения бурового става, требующая полной остановки вращения, а также невозможность использования кинетической энергии массы ротора двигателя.

Цель изобретения создание бурового станка с безредукторным вращателем и автоматической регулировкой режима бурения, позволяющего повысить КПД и надежность станка, а также эффективность процесса бурения скважин.

Поставленная цель достигается тем, что в буровом станке, содержащем подвижный вращатель с проходным отверстием для бурильных труб, верхний захват с зажимом для крепления бурильных труб и обоймой, нижний захват для удержания бурильных труб, направляющую с верхней и нижней траверсами, гидроцилиндры подачи и каретку, перемещаемую по направляющим и жестко связанную с подвижным вращателем и гидроцилиндрами, подвижный вращатель выполнен в виде регулируемого электродвигателя с полым ротором, образующим отверстие для бурильных труб и жестко связанным с обоймой верхнего захвата. Электродвигатель размещен соосно между верхним и нижним захватами. Электродвигатель снабжен проставкой, жестко соединенной с его статором, корпусом верхнего захвата, а также с цилиндрами подачи и кареткой.

Отсутствие редуктора в приводе вращения и использование регулируемого электродвигателя в качестве вращателя позволяет снизить тем самым металлоемкость, повысить КПД системы привода вращения бурового става и существенно повысить эффективность работы. Регулируемый электродвигатель позволяет плавно регулировать частоту вращения бурового става при неизменном крутящем моменте, что необходимо при бурении скважины, или резко увеличивать его (трехкратно) за счет возможности перегрузки двигателя. Это свойство позволяет избегать аварийных ситуаций при сооружении скважин и автоматически изменять режимы бурения в зависимости от условий проходимых пород без отрыва снаряда от забоя. Использованием кинетической энергии массы ротора электродвигателя позволяет надежно проводить бурение на высоких частотах вращения, не опасаясь прихватов бурового снаряда.

На фиг.1 изображен буровой станок, общий вид; на фиг.2 то же, вид сбоку; на фиг.3 буровой станок со смещенной рамой относительно станины с нижним положением вращателя; на фиг.4 узел I на фиг.2; на фиг.5 сечение А-А на фиг.1; на фиг. 6 крепление двигателя к каретке, вид снизу; на фиг.7 сечение Б-Б на фиг.5; на фиг.8 сечение В-В на фиг.6.

Буровой станок содержит раму 1, установленную с возможностью продольного перемещения на станине 2 для освобождения устья скважины. На раме шарнирно закреплена нижняя траверса 3, жестко соединенная с верхней траверсой 4 посредством направляющих 5. Полость 6 соединяет шарнирную верхнюю траверсу 4 с рамой 1 и служит для изменения угла бурения.

Буровой станок включает подвижный вращатель 7 с проходным отверстием 8 для бурильных труб 9. Верхний захват 10, выполненный в данном случае в виде гидропатрона, имеет зажим (не показан) для крепления труб и обойму 11 и служит для передачи вращения и крутящего момента бурильной трубе. Нижний захват для удержания труб выполнен в виде трубодержателя 12 и установлен на нижней траверсе 3.

Механизм подачи станка выполнен в виде гидроцилиндров 13 подачи, размещенных между верхней и нижней траверсами 3 и 4 и жестко связанных с кареткой 14, перемещаемой по направляющим 5 вместе с жестко соединенным с ней подвижным вращателем 7. Подвижный вращатель 7 выполнен в виде регулировочного электродвигателя с полым ротором 15, образующим отверстие 8 для прохода труб 9. Ротор 15 жестко соединен с обоймой 11 верхнего захвата 10. Между верхним захватом 10 и электродвигателем установлена проставка 16, жестко соединенная с гидроцилиндрами 13 подачи и кареткой 14, а также со статором электродвигателя и корпусом верхнего захвата 10. Электродвигатель размещен между верхним 10 и нижним 12 захватами соосно им и соединен с кареткой 14 не только в верхней части через проставку 16, но и в нижней части.

Буровой станок работает следующим образом. С помощью подкоса 6 устанавливается требуемый угол бурения. Внутрь обоймы 11 верхнего захвата 10 и ротора 15 вставляется бурильная труба 9. Затем труба 9 зажимается в зажиме верхнего захвата 10, передающего трубе 9 вращение, и начинается бурение. После пробуривания скважины на глубину, равную величине хода подачи, бурильная труба 9 зажимается в трубодержателе 12, а верхний захват 10 раскрепляется. Затем вращатель 7 вместе с кареткой 14 и гидроцилиндрам 13 подачи перемещается вверх, труба 9 зажимается в верхнем захвате 10, трубодержатель 12 раскрепляется, и цикл повторяется.

Выполнение подвижного вращателя в виде регулируемого двигателя позволит сократить габариты и повысить КПД за счет ликвидации редуктора. Возможность автоматического плавного регулирования частоты вращения бурового става позволяет без отрыва снаряда от забоя изменять режимы бурения в зависимости от условий проходимых пород.

Использование кинетической энергии массы ротора вращателя позволяет при относительно невысоком номинальном крутящем моменте силы на валу вращателя эффективно и надежно проводить бурение на высоких частотах вращения, не опасаясь прихватов бурового снаряда.

Отказ от механической трансмиссии и автоматическое регулирование режима бурения ведут к существенному сокращению энергозатрат при бурении и повышению надежности работы станка.

Использование: в геологоразведовочном бурении. Сущность изобретения: буровой станок содержит подвижный вращатель, выполненный в виде регулируемого электродвигателя с полым ротором, образующим отверстие для прохода бурильных труб. Полый ротор жестко связан с обоймой верхнего захвата. Электродвигатель соосно размещен между верхним и нижним захватами и жестко соединен с кареткой, которая жестко соединена с гидроцилиндрами подачи и корпусом верхнего захвата. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. БУРОВОЙ СТАНОК, содержащий подвижный вращатель с проходным отверстием для бурильных труб, верхний захват с зажимом для крепления бурильных труб и обоймой, нижний захват для удержания труб, направляющую с верхней и нижней траверсами, гидроцилиндры подачи, каретку, перемещаемую по направляющим и жестко связанную с подвижным вращателем и гидроцилиндрами, отличающийся тем, что подвижный вращатель выполнен в виде регулируемого электродвигателя с полым ротором, образующим отверстие для бурильной трубы и жестко связанным с обоймой верхнего захвата, причем электродвигатель размещен между верхним и нижним захватами соосно с ними. 2. Станок по п.1, отличающийся тем, что электродвигатель снабжен проставкой, жестко соединенной с его статором корпусом верхнего захвата, а также с цилиндром подачи и кареткой.