СПОСОБ ПОДАЧИ БУРА ГИДРОМАНИПУЛЯТОРОМ ПРИ БУРЕНИИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СКВАЖИН Российский патент 1998 года по МПК E21B7/02 E21C5/00 

Изобретение относится к горному делу, строительству, МО, МПС, МЧС, топливно-энергетическому комплексу и другим отраслям промышленности, где могут быть использованы мобильные самоходные установки для бурения неглубоких вертикальных скважин.

Известен ряд отечественных и зарубежных аналогов изобретения, предусматривающих подачу бура (в процессе проходки скважин) при помощи устанавливаемых на шасси транспортных средств гидравлических манипуляторов многоцелевого назначения с многозвенными стрелами, снабженными шарнирными узлами подвески на их конце рабочего инструмента.

Из отечественных к ним можно отнести, например, способ, реализуемый манипулятором МКС-4032 Балашихинского завода кранов-манипуляторов, оснащенным гидробуром (Строительные и дорожные машины. 1995, N 10, с. 31, рис. 3).

Из зарубежных идентичный способ подачи бура при помощи гидроманипуляторов такого же примерно класса австрийской фирмы PALFINGER, снабженных земляным буром РЕ-500 шнекового типа (рекламные проспекты Palfinger Hebetechnik GmbH, Moosmuhstrasse 1, A-5203 Kostendorf/Salzburg, tel. ++43/6216/7660, Fax ++43/6216/7662, Austria, изд. 05/92 и 1995).

Согласно указанному известному способу перед началом бурения скважины стрелу гидроманипулятора выставляют в рабочее положение путем поднятия ее в горизонт либо под углом к нему, с ориентацией бура по вертикали, а рабочую подачу последнего при проходке скважины осуществляют перемещением точки его подвеса из верхнего положения вниз посредством соответствующего поворота стрелы в вертикальной плоскости.

При этом в результате перемещения указанной точки по криволинейной траектории (окружности с радиусом, равным длине вращаемого звена) происходит уход бура от вертикали по мере углубления скважины. Данный уход (заваливание) бура корректируют при бурении скважины соответствующим линейным перемещением точки его крепления путем необходимого выдвижения телескопической секции стрелы. При выполнении работы манипулятор обслуживают два человека. Один из них находится в кабине управления, а другой неподалеку от места бурения и осуществляет визуальный контроль за вертикальностью положения инструмента.

В случае сверхдопустимого отклонения бура от вертикали он уведомляет об этом своего напарника и тот производит соответствующую корректировку положения рабочего инструмента вышеуказанным способом.

Таким способом можно бурить неглубокие скважины в труднодоступных (загроможденных различными предметами, например, строительными материалами) местах на достаточно большом удалении от места расположения манипулятора.

Однако он сложен в реализации и требует высокой профессиональной подготовки обслуживающего установку персонала.

Указанный недостаток обусловлен использованием ручного режима корректировки положения инструмента в процессе проходки скважины посредством совмещения двух независимых движений стрелы (вращательного и линейного) как при рабочем ходе, так и в процессе извлечения бура из скважины.

Из числа известных аналогов предлагаемого технического решения ближайшим (прототипом) может служить способ подачи бура, реализованный пат. N 4130168 США, кл. E 21 C 5/00, 1978.

Согласно указанному известному способу перед началом бурения бур выставляют в рабочее положение путем поднятия стрелы манипулятора вверх с ориентацией инструмента по вертикали таким образом, чтобы линия, проходящая через центра вращения стрелы и точку подвеса бура, располагалась под углом к горизонту, а рабочую подачу последнего при проходке скважины осуществляют перемещением точки подвеса его из верхнего положения вниз по крайней мере на удвоенную величину того же угла посредством соответствующего поворота стрелы в вертикальной плоскости.

При этом необходимая для исключения отклонения траектории движения бура от вертикали корректировка перемещения точки подвеса последнего осуществляется в процессе проходки скважины автоматически путем соответствующего перемещения конца телескопического органа в направлении продольной оси стрелы манипулятора. В результате, при повороте стрелы ее выдвижной концевой элемент с подвешенным на нем буром перемещается по вертикальной прямой линии.

Однако при всех очевидных достоинствах этого известного способа реализация его связана с большими техническими трудностями и материальными затратами. Указанное обстоятельство обусловлено тем, что для обеспечения необходимой траектории движения подаваемого в забой инструмента требуются манипуляторы с очень сложной кинематикой, оснащенные соответствующими органами автоматического управления рабочим процессом.

При бурении сравнительно неглубоких, порядка 5 м и менее, вертикальных скважин такое усложнение явно неоправдано и с экономической точки зрения.

Задачей изобретения является упрощение способа подачи бура гидроманипулятором при бурении неглубоких вертикальных скважин.

В соответствии с изобретением поставленная задача достигается тем, что согласно предлагаемому способу максимальную величину угла подъема стрелы манипулятора при выставке бура в рабочее положение определяют из условия гарантированного обеспечения при проходке скважин допускаемого в практике бурения отклонения их от вертикали.

На фиг. 1 изображен общий вид установленного на шасси транспортного средства гидравлического манипулятора многоцелевого назначения, реализующего предлагаемый способ подачи бура, в исходном положении; на фиг. 2 положение рабочих органов гидроманипуляторов и бура в конце рейса; на фиг. 3 схема, уточняющая характер движения стрелы гидроманипулятора и бура при проходке скважины.

Предлагаемый способ подачи бура 1 установленным на шасси 2 транспортного средства 3 гидроманипулятором 4 многоцелевого назначения при бурении вертикальных скважин 5 заключается в предварительной выставке бура перед началом бурения в рабочее положение, последующем перемещении его к забою и извлечении из скважины по окончании ее проходки.

В рабочее положение бур выставляют посредством поднятия стрелы 6 гидроманипулятора вверх с ориентацией рабочего инструмента по вертикали 7 таким образом, чтобы линия ОС, проходящая через центр 0 вращения стрелы и точку C подвеса бура, располагалась под углом β к горизонту.

Рабочую подачу бура при проходке скважины осуществляют перемещением точки C его подвеса из верхнего положения ее вниз на удвоенную величину того же угла b путем соответствующего поворота стрелы в вертикальной плоскости.

При этом точка C подвеса бура перемещается по криволинейной траектории 8 (окружности радиуса R, численно равного длине отрезка ОС, соединяющего центр О вращения стрелы и точку C подвеса бура). В конце участка траектории СЕ вследствие ее криволинейности бур уходит (отклоняется) от вертикали на расстояние A (отрезок БЕ), заваливаясь на угол g₁
После прохождения точкой подвеса бура горизонтального положения ОЕ она опускается ниже его на угол β При этом прямая линия, соединяющая центр вращения стрелы манипулятора и точку подвеса бура, занимает положение ОД. К этому моменту бур вследствие того же самого обстоятельства вновь приводится к вертикали (γ = 0^°)
Максимально возможную величину угла поворота стрелы определяют по формуле

где
L расстояние от точки подвеса бура до его нижнего среза, м;
γ_д допускаемый нормативными документами угол отклонения скважины от вертикали, рад (в практике бурения неглубоких скважин, например, под сваи, его принимают равным 0,0174-0,0262 рад);
R радиус поворота точки подвеса бура, м.

При этом проходимую за один рейс глубину скважины h (ЖМ СД) определяют по формуле
h = 2•R•sinβ
При построении подъемной секции 9, выносной 10 и телескопической 11 стрелы 6 в одну линию с выдвижением последней секции на полную длину телескопа достигается максимальное удаление буримой скважины от места расположения гидравлического манипулятора. При необходимости бурения скважин на различных расстояниях от манипулятора это может быть реализовано соответствующим преобразованием геометрического облика поворотного звена манипулятора (стрелы 6).

В одних случаях трансформация указанного рабочего звена может свестись к простому изменению длины выдвижения телескопической секции 11 стрелы 6, а в других к расположению подъемной 9 и выносной 10 секций стрелы 6 под соответствующим углом друг к другу.

В принципе может быть использована и комбинация обоих этих технических решений. Рабочая подача бура может осуществляться поворотом в вертикальной плоскости как всей многозвенной стрелы 6 манипулятора относительно шарнира 12 поворотной стойки 13, так и части ее (выносной и телескопической секций) относительно шарнира 14, соединяющего выносную секцию стрелы с подъемной. При этом сущность предлагаемого способа не меняется.

При отсутствии фронта бурильных работ бур легко снимается с телескопической стрелы и на его место устанавливается другой рабочий инструмент, после чего манипулятор может быть использован для выполнения других задач.

В настоящее время АОЗТ "НК Уралтерминалмаш" проведены поисково-расчетные и проектные проработки, утверждена комплексная программа, предусматривающая выпуск конструкторской документации и изготовление в 1997 году легкосъемного навесного бурильного агрегата шнекового типа для оснащения им серийно выпускаемого гидроманипулятора многоцелевого назначения "Синегорец-75".

Выполненные организацией работы подтверждают возможность получения при осуществлении изобретения вышеупомянутого технического результата, заключающегося в упрощении способа подачи бура гидроманипулятором при бурении неглубоких, вертикальных скважин.

Изобретение относится к горному делу, строительству, топливо-энергетическому комплексу и другим отраслям промышленности, где могут быть использованы мобильные самоходные установки для бурения неглубоких вертикальных скважин. Предлагаемый способ заключается в предварительной выставке бура при помощи гидроманипулятора в рабочее положение, последующей подаче его к забою и извлечению из скважины после ее проходки, при выставке бура стрелу гидроманипулятора поднимают ввех под углом β к горизонту с ориентацией бура по вертикали, рабочую подачу бура при проходке скважины осуществляют посредством поворота стрелы вниз на удвоенную величину того же угла, при этом максимальную величину угла определяют по формуле

где L - расстояние от точки подвеса бура до его нижнего среза, м; γ_д - допускамый нормативными документами угол отклонения скважины от вертикали, рад; R - радиус поворота точки подвеса бура, м. 3 ил.

Способ подачи бура гидроманипулятором при бурении вертикальных скважин, согласно которому перед началом бурения бур выставляют в рабочее положение посредством поднятия стрелы гидроманипулятора вверх с ориентацией бура по вертикали таким образом, чтобы линия, проходящая через центр вращения стрелы и точку подвеса бура, располагалась под углом β к горизонту, а рабочую подачу бура при проходке скважины осуществляют перемещением точки его подвеса из верхнего положения вниз на удвоенную величину того же угла путем соответствующего поворота стрелы в вертикальной плоскости, отличающийся тем, что максимальную величину угла подъема стрелы к горизонту определяют по формуле

где L расстояние от точки подвеса бура до его нижнего среза, м;
γ_д допускаемый нормативными документами угол отклонения скважин от вертикали, рад;
R радиус поворота точки подвеса бура, м.