БУРОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1996 года по МПК E21C1/00 E21B7/02 

Изобретение относится к горной промышленности и касается устройств для бурения скважин, обеспечивающих полный веер бурения в вертикальном положении.

Известна буровая установка, преимущественно для поискового бурения, содержащая раму с направляющими стойками и телескопическими подкосами, причем по направляющим стойкам перемещается подвижный вращатель, связанный с механизмом подачи [1] С помощью этой установки можно бурить только вертикальные и наклонные скважины, при этом величина наклона оси вращателя ограничивается конструктивными размерами расположенных на подкосе элементов механизма подачи (лебедка, компенсирующая рама и пр.) и конструктивными особенностями раздвижного подкоса. Кроме того, в данной установке рама, направляющие подкосы и механизм подачи в рабочем положении взаимосвязаны и не допускают перестановок этих элементов, без чего невозможно расширить диапазон углов наклона вращателя.

Наиболее близкой из известных к установке по изобретению является буровая установка, содержащая горизонтальную раму с расположенными по краям ее продольной стороны первым и вторым шарнирными узлами, направляющую, шарнирно соединенную с рамой, съемный подкос переменной длины, имеющий возможность шарнирного соединения одним концом с рамой, а другим с направляющей, подвижный вращатель, установленный на направляющей и связанный с механизмом подачи, первый кронштейн, установленный на участке рамы между ее поперечной осью и вторым шарнирным узлом [2]
Известная установка не может обеспечить полного веера бурения скважин в диапазоне от 0 до 180^о, т. к. минимальный угол наклона скважины от горизонтали ограничивается длиной наружной трубы раздвижного подкоса. Кроме того, при переходе от нисходящих к восходящим скважинам в известной установке требуется снимать раму с фундамента и устанавливать на ее место подкосы, что достаточно сложно и трудоемко и утяжеляет конструкцию. Обычно рама, воспринимающая значительные нагрузки, массивна и тяжела, а подкосы, как правило, много легче рамы. Использование подкосов в качестве рамы потребует значительного увеличения их габаритов, массы, дополнительных связей, что усложняет конструкцию. Помимо этого потребуется введение дополнительных опор для крепления установки на месте бурения.

Задача изобретения состоит в расширении технологических возможностей установки путем обеспечения бурения полного веера скважин в диапазоне 0-360^о при упрощении конструкции, снижении трудозатрат на монтажные операции и повышении удобства обслуживания.

Поставленная задача решается тем, что буровая установка, содержащая горизонтальную раму с расположенными по краям ее продольной стороны первым и вторым шарнирными узлами, направляющую, шарнирно соединенную с рамой, съемный подкос переменной длины, имеющий возможность шарнирного соединения одним концом с рамой, а другим с направляющей, подвижный вращатель, установленный на направляющей и связанный с механизмом подачи, первый кpонштейн, установленный на участке рамы между ее поперечной осью и вторым шарнирным узлом, снабжена дополнительными первым и вторым шарнирными узлами, дополнительным съемным подкосом и дополнительным первым кронштейном, установленными на раме симметрично идентичным им основным узлам, съемному подкосу и первому кронштейну относительно продольной оси симметрии рамы, а также основным и дополнительным вторыми кронштейнами, установленными на раме симметрично первым кронштейнам относительно поперечной оси симметрии рамы, при этом направляющая выполнена в виде двух параллельных стоек, связанных между собой на обоих концах двумя траверсами, каждая из которых имеет возможность соединения как с первыми или вторыми шарнирными узлами, так и со съемными подкосами, а кронштейны выполнены с возможностью шарнирного соединения со съемными подкосами.

Решению задачи способствует также то, что вращатель соединен с кареткой с возможностью перестановки вдоль продольной оси на 180^о для проведения бурения в противоположном направлении.

Введение в буровую установку дополнительных шарнирных узлов, подкоса и кронштейнов и траверс, их симметричное и идентичное выполнение позволяет обуривать полный веер скважин от 0 до 360^о при максимальной простоте конструкции. При этом рама остается в неизменном, жестко закрепленном на месте бурения положении. Это снижает затраты труда и время на монтажные операции, уменьшает массу конструкции, расширяет область применения оборудования и сокращает стоимость работ.

На фиг. 1 изображена буровая установка в общем виде для бурения нисходящих скважин с наклоном от 0 до 90^о; на фиг. 2 то же, для бурения восстающих скважин от 0 до 90^о; на фиг. 3 то же, вид спереди; на фиг. 4 то же, в положении бурения горизонтальных скважин; на фиг. 5 то же, что на фиг. 4, но в противоположном направлении; на фиг. 6 вид по стрелке В на фиг. 4; на фиг. 7 разрез по Е-Е фиг. 5.

Буровая установка содержит горизонтальную раму 1 в виде четырехугольника в плане, на которой установлена направляющая в виде двух параллельных стоек 2. По краям продольной стороны рамы 1 закреплено по паре шарнирных узлов 3 и 4, при этом первые основной и дополнительный шарнирные узлы 3 установлены симметрично вторым основному и дополнительному шарнирным узлам 4 относительно поперечной оси симметрии 5 рамы 1. Рядом с каждым из шарнирных узлов 3, 4 на участке рамы 1 между шарнирным узлом и поперечной осью 5 и симметрично относительно этой оси 5 закреплены по паре кронштейнов 6 и 7. Первые основной и дополнительный кронштейны 6 установлены рядом с парой шарнирных узлов 4, а вторые основной и дополнительный кронштейны 7, симметричные первым, установлены рядом с шарнирными узлами 3. Буровая установка снабжена подвижным вращателем 8, соединенным через оси 9 с кареткой 10, скользящей по стойкам 2 направляющей. Перемещение каретки 10 осуществляется механизмом подачи 11 гидравлического или механического типа. Установка снабжена двумя, основным и дополнительным, съемными подкосами 12 переменной длины, выполненными трубчатыми и состоящими, например, из нескольких секций, связанных резьбовым соединением "труба в трубу". Основные и дополнительные подкосы 12, а также шарнирные узлы 3, 4 и кронштейны 6, 7 в каждой паре установлены симметрично друг другу относительно продольной оси симметрии 13 рамы 1. Съемные подкосы 12 одним своим концом связаны с рамой 1 через кронштейны 6, 7, а другим через хомуты с зажимами со стойками 2 направляющей. Стойки 2 направляющей связаны между собой на обоих концах траверсами 14, 15, каждая из которых имеет возможность шарнирного соединения как с первыми шарнирными узлами 3 или вторыми шарнирными узлами 4, так и со съемными подкосами 12. Шарнирное соединение траверсы 14, 15 с шарнирными узлами 3, 4 осуществляется при введении цапфы 16 траверсы в расточку корпусов шарнирных узлов 3, 4. Все шарнирные узлы идентичны друг другу, так же как и идентичны кронштейны, съемные подкосы и траверсы. Шарнирные узлы 3, 4 устанавливаются на бобышках 17, приваренных к раме 1, и закрепляются болтами. Одна из траверс, обращенная к скважине, имеет бобышку 18, на которой установлен трубодержатель 19. Для облегчения установки вращателя 8 в наклонное положение предусмотрен съемный домкрат 20, механический или гидравлический, который одним концом соединяется с тем из кронштейнов 6, 7, который не соединен в данном случае с подкосом 12. Другой конец домкрата соединен со стойкой 2 или стойками 2 направляющей через съемный хомут 21. Для облегчения перевозок рама снабжена четырьмя поворотными вокруг вертикальной оси колесами 22, которые на месте бурения снимаются и убираются внутрь рамы 1. Упорные винты 23 служат для вывешивания рамы при остановке или снятии колес 22. В установке предусмотрены распорные винты 24, имеющие подпятники, ввернутые в торцы стоек 2 направляющей и служащие для раскрепления установки. Установка также может закрепляться на месте бурения с помощью анкерных болтов 25. Все элементы установлены на раме симметрично относительно продольной оси 13 и поперечной оси 5. Расстояние между осями расточек отверстий шарнирных узлов 3, 4 при их установке на раму 1 равно расстоянию между осями цапф 16 траверс 14, 15. Расстояния между осями кронштейнов 6, 7 и осями смежных шарнирных узлов 3, 4 также равны. Концевые части подкосов 12 и домкрата 20 полностью унифицированы, что позволяет просто их менять местами в зависимости от требуемого направления бурения. Проушины под оси 9 на каретке 10 и вращателя 8 выполнены симметричными относительно поперечной оси симметрии проушин, перпендикулярной оси 9 для обеспечения перестановки вращателя 8 вдоль продольной оси относительно каретки 10 на 180^о и проведения бурения в обратном направлении. Механизм подачи 11 при этом должен обеспечить равные усилия подачи вперед и назад, что достигается в случае гидравлической подачи равенством штоковой и поршневой полостей. Штоки цилиндра механизма подачи 11 с жестко закрепленным на них поршнем неподвижно связаны с траверсами 14, 15, а подвижным элементом является гильза каретки 10.

Буровая установка работает следующим образом. На месте бурения установка с помощью винтов 23 поднимается над основанием, затем колеса 22 поворачиваются на 90^о внутрь рамы 1 или снимаются, а винты 23 вывертываются. Рама 1 всей плоскостью своих лап опирается на подготовленное основание и жестко закрепляется, например, с помощью анкерных болтов 25. Раскрепление установки, если позволяют условия, может производиться с помощью распорных винтов 24, вворачиваемых в торцы стоек 2 направляющей.

При бурении горизонтальных скважин цапфы 16 траверс 14, 15 вставляются в расточки корпусов шарнирных узлов 3, 4, которые крепятся к бобышкам рамы 1. Трубодержатель 19 устанавливается на траверсе 14 или 15, обращенной к устью скважины. С одной установки рамы 1 можно бурить две горизонтальные скважины в противоположных направлениях. Для измерения направления бурения необходимо вращатель 8 переставить относительно каретки 10 на 180^о. При этом необходимо вынуть две оси 9, освободить вращатель 8, установить в требуемое положение и закрепить осями 9. Для освобождения устья скважины при проведении работ с обсадными трубами или других работ на скважине вращатель откидывается. Для этого извлекается только одна из осей 9, а относительно другой вращатель поворачивается в сторону, освобождая скважину.

Для бурения наклонных скважин в зависимости от требуемого направления бурения при неизменной установке вращателя 8 на каретке 10 можно обуривать веер скважин от 0 до 180^о. Согласно фиг. 1 при имеющемся положении вращателя можно бурить веер нисходящих скважин от 0 до 90^о в нижнем левом квадранте. Для этого после закрепления рамы 1 через вторые кронштейны 7, соседние с шарнирными узлами 3, в которых установлены стойки направляющей 2, устанавливают съемные домкраты 20 с хомутами 21. Стойки 2 направляющей с вращателем 8 с помощью домкратов 20 поворачиваются относительно левой опоры шарнирные узлы 3 на небольшой угол. Далее, на цапфу 16 траверсы 15, находящейся с другой стороны направляющих, надеваются хомуты с подкосами 12. Хвостовики подкосов 12 устанавливаются в первые кронштейны 6. Затем стойки 2 направляющей и вращатель 8 поворачиваются на требуемый угол бурения, два подкоса 12 жестко закрепляются в хомуте предусмотренными зажимами, а домкраты 20 и хомуты 21 снимаются с рамы. Установка готова к работе.

Для бурения восстанавливающих скважин от 0 до 90^о в левом верхнем квадранте вертикальной плоскости при неизменной установке вращателя 8 шарнирные узлы 3 с левой стороны освобождают от соединения со стойками 2 направляющей, а стойки 2 вращателем 8 поворачивают относительно правой опоры вторых шарнирных узлов 4. При этом домкраты 20 устанавливают с левой стороны относительно вторых шарнирных узлов 4 на кронштейнах 6, а подкосы 12 на кронштейнах 7. На цапфы 16 траверсы 14 надевают хомуты подкосов 12. Далее поворачивают стойки 2 направляющей и вращатель 8 на требуемый угол и готовят установку к работе аналогично вышеописанному варианту. Для повышения удобства работы и сокращения габаритов установки секции подкосов 12, расположенные выше хомута, могут быть вывернуты и убраны. Таким образом, в положениях на фиг. 1 и 2 вращателя обеспечивается бурение полного веера скважин от 0 до 180^о в вертикальной плоскости.

Для бурения веера скважин от 0 до 180^о в противоположном направлении вращатель 2 поворачивается на каретке на 180^о относительно поперечной оси проушины, трубодержатель 19 переносится на противоположную траверсу 15 и затем производятся описанные выше манипуляции по установке вращателя под заданным углом.

Таким образом обеспечивается обуривание полного веера скважин в диапазоне 0-360^о при неизменном положении жестко закрепленной на месте бурения рамы установки. Это изобретение до минимума сокращает время на монтаж установки на месте бурения, установку вращателя под заданным углом, упрощает и облегчает труд буровой бригады и повышает безопасность работ.

Использование: изобретение относится к горной промышленности и касается устройств для бурения скважин, обеспечивающих полный веер бурения в вертикальной плоскости. Сущность изобретения: буровая установка содержит горизонтальную раму, на одном конце которой установлены пары шарнирных узлов и кронштейнов, а на другом конце симметрично относительно поперечной оси симметрии - дополнительные пары шарнирных узлов и кронштейнов, причем основные и дополнительные кронштейны установлены с внутренней стороны относительно поперечной оси. На обоих концах направляющих закреплено по одной одинаковой траверсе, одна из которых, например, шарнирно соединена с одними из шарнирных узлов, а другая - со съемным подкосом или с другими из шарнирных узлов. Подкосы выполнены переменной длины, съемными и имеют возможность шарнирного соединения с одним из кронштейнов рамы. 1 з. п. ф-лы, 7 ил.

1. БУРОВАЯ УСТАНОВКА, содержащая горизонтальную раму с расположенными по краям ее продольной стороны первым и вторым шарнирными узлами, направляющую, шарнирно соединенную с рамой, съемный подкос переменной длины, имеющий возможность шарнирного соединения одним концом с рамой, а другим с направляющей, подвижный вращатель, установленный на направляющей и связанный с механизмом подачи, первый кронштейн, установленный на участке рамы между ее поперечной осью и вторым шарнирным узлом, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительными первым и вторым шарнирными узлами, дополнительным съемным подкосом и дополнительным первым кронштейном, установленным на раме симметрично идентичным им основным шарнирным узлам, съемному подкосу и первому кронштейну относительно продольной оси рамы, а также основным и дополнительным вторыми кронштейнами, установленными на раме симметрично первым кронштейнам относительно поперечной оси рамы, при этом направляющая выполнена в виде двух параллельных стоек, связанных между собой на обоих концах двумя траверсами, каждая из которых имеет возможность соединения как с первыми или вторыми шарнирными узлами, так и со съемными подкосами, а кронштейны выполнены с возможностью шарнирного соединения со съемными подкосами. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вращатель соединен с кареткой с возможностью перестановки вдоль продольной оси на 180^o для проведения бурения в противоположном направлении.