УСТАНОВКА НАКЛОННОГО БУРЕНИЯ ДЛЯ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2002 года по МПК E21B7/04 E02F5/18 

Изобретение относится к области бестраншейной прокладки трубопроводов, в частности к прокладке трубопроводов под дорогами, реками и другим препятствиям методом наклонного бурения.

Известна установка для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин, включающая раму с механизмом наклона, якорную систему и механизм продольного перемещения каретки с вращателем (патент США 4953638, Е 21 В 7/06, 27.06.88).

Эта установка обеспечивает бурение наклонно направленных и горизонтальных скважин путем размывания породы струей промывочной жидкости, истекающей из насадки под некоторым углом к оси колонны бурильных труб. Размывающая головка, снабженная площадкой, установленной параллельно направлению струи, при изменении положения в окружном направлении относительно оси бурения обеспечивает изменение направления ствола скважины. Прокладывание трубопровода обеспечивается затаскиванием его в образованную скважину обратным движением каретки. Данная установка ограничена в эксплутационных возможностях, т.к. предназначена для прокладывания трубопроводов в мягких грунтах путем размыва и не нуждается в обеспечении поперечной устойчивости из-за отсутствия больших крутящихся моментов, прикладываемых к колонке бурильных труб при бурении наклонно направленных скважин в скальных грунтах, а также ограничены диапазоны диаметров и протяженность пробуриваемых скважин из-за затруднительности обеспечивания прокладки ствола по расчетной траектории ввиду размываемости геометрических размеров по диаметру.

Известна установка наклонного бурения для бестраншейной прокладки трубопроводов, включающая основную и дополнительную рамы с якорной системой, шарнирно соединенные между собой, и механизм наклона. На дополнительной раме расположены силовой привод и траверса с тягами, соединяющими силовой привод с ползунами траверсы (а. с. СССР 1041647, Е 02 F 5/18, 23.12.81).

Недостаток этой установки заключается в ограниченных эксплутационных возможностях, которые обусловлены тем, что основная рама связана с дополнительной шарнирно в осевом направлении, а не в поперечном, из-за чего угол наклона рам одинаков и ограничен до 8-10^o к горизонту, якорная система близко расположена к устью скважины, где расположены амбар сбора, отстоя и хранения выходящий из скважины промывочной жидкости, отсутствует вращатель и тормозная система для восприятия реактивного момента забойного двигателя-отклонителя. Отсутствие вращателя не позволяет производить расширку диаметра пилотной скважины с одновременным затаскиванием в ствол трубопровода, что ограничивает диаметры прокладываемых трубопроводов.

Близость якорной системы к устью скважины ограничивает усилие тяги при протаскивании трубопровода через пробуренную скважину.

Известен буровой станок, включающий узлы осевой подачи в виде винтовой пары и вращения с импульсаторами, выполненными в виде неуровновешанных сателлитов планетарного редуктора, перераспределением приводной мощности между ними через дифференциальный механизм (а. с. 1004596, Е 21 В 3/02, 25.03.83).

Недостатком данного устройства является то, что винт, жестко закрепленный по концам к раме в винтовой паре в процессе возвратно-поступательного движения, воспринимает нагрузки растяжения и сжатия, что приводит к смещению оси винта относительно оси вращающейся гайки в сжимающейся части винта, следовательно, или к ограничению тягового усилия, или к частой смене их в процессе эксплуатации.

В качестве прототипа принято устройство наклонного бурения для бестраншейной прокладки трубопроводов под препятствиями, включающее основную раму с механизмом наклона, дополнительную раму с жестко закрепленной якорной системой, шарниры, связывающие их, центратор с упорным выступом на основной раме, укрепленный на подвижной траверсе шарнирами с возможностью поворота в вертикальной плоскости, и системы полиспастов с их лебедками (а. с. СССР 1265265, Е 02 F 5/18, 23.10.86).

Данное устройство позволяет прокладывать трубопроводы подачей их посредством полистпастной системы в размываемую полость перед ним, получаемую путем закачивания промывочной жидкости через технологические трубопроводы, расположенные в прокладываемом трубопроводе. Процесс прокладывания трубопроводов производится с большими технологическими перерывами, необходимыми для разборки и обратной сборки технологических тубопроводов, опусканием с последующим поднятием основной рамы для принятия очередной трубы и сварки с предварительной подгонкой стыков наращиваемой трубы, что в целом приводит к экономически неоправданным затратам времени. Кроме того, расположение якорной системы в непосредственной близости от устья размываемой полости при очевидности прикладывания чрезмерно больших усилий для внедрения трубопровода в нее приводит к увеличению ее геометрических размеров с выносом закрылков якоря от осевой линии, следовательно, к неоправданным затратам материалов на изготовление с последующим утяжелением устройства в целом.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение эксплутационных возможностей и повышение надежности установки.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в расширении диапазона углов наклона бурильных установок при значительном сокращении материальных средств на ее изготовление и повышение поперечной устойчивости установки.

Сущность изобретения заключается в том, что установка наклонного бурения для бестраншейной прокладки трубопроводов, включающая основную раму с якорной системой и механизм наклона, шарнирно соединенную с основной дополнительную раму, на которой расположен силовой привод, траверсу с ползунами и тяги, соединяющие силовой привод с ползунами траверсы, и вращатель внутри траверсы, а вал вращателя является водилом редуктора, механизм наклона установки снабжен дополнительными подкосами, а якорная система - реактивными тягами, соединенными с дополнительной рамой.

Предлагаемая установка наклонного бурения отличается от известных тем, что с целью повышения надежности и уменьшения общей ее массы, следовательно, улучшения монтажеспособности, она выполнена совмещением осей бурения и дополнительной рамы и снабжена вращателем с тормозным устройством, силовыми и дополнительными подкосами и якорной системой, состоящей из двух частей, одна из которых устанавливается заранее. Дополнительная рама с якорной системой связана с реактивными тягами, погашающими опрокидывающие усилия, возникающие при расширении ствола пробуренной скважины для прокладывания трубопроводов диаметрами в 1220 и 1440 мм.

Дополнительная рама с вращателем и ключами при тяговых усилиях установки до 100 тн устанавливается на раме транспортного средства, используемого в качестве основной, а более - на отдельной, снабженной седельным устройством и колесами для перемещения с объекта на объект на серийных седельных тягачах.

Указанная компановка установок на транспортных средствах кратно сокращает затраты времени на демонтаж, перевозку и монтаж установок при перемещении с объекта на объект строящихся трубопроводов, следовательно, кратно увеличивается производительность установки за единицу календарного времени.

На фиг.1 изображена бурильная установка, вид сбоку в транспортном положении; на фиг.2 - вид сбоку в рабочем положении, на фиг.3 - разрез по линии А-Б-С на фиг.2; на фиг.4 приведена кинематическая схема бурильной установки.

Устройство состоит из дополнительной рамы 1 с механизмом наклона 2 и основной рамы 3. Основная рама выложена на опорах 4 и 5. Опора 5 установлена на основании 6. Дополнительная рама 1 относительно основной рамы 3 фиксируется дополнительными подкосами 7, реактивными тягами 8 и шарниром 9. На опоре 4, являющейся площадкой для укладки быстроизнашивающихся и рабочих инструментов, установлена кран-балка 10 и вертикальный шламовый насос 11. На основной раме 3 расположен механизм подачи 12 бурильных труб 27. На дополнительной раме 1 и опоре 4 установлены сходни 13 и перильное ограждение 14. В дополнительной раме расположен вращатель, состоящий из вала 15, сальникового устройства 16, приемника 17 промывочной жидкости и лубрикатора 18. Вал 15 и коронная шестерня планетарного редуктора 19 снабжены тормозной системой 20. На корпусе планетарного редуктора 19, являющегося траверсой продольной тяги, установлены гайки 21 тяговых винтов 22 и ролики 23. На концах тяговых винтов 22 расположены опоры 24, тензодатчики 25 и звездочки 26 привода. На дополнительной раме 1 со стороны шарнира 9 установлены спаренные гидравлические самоустанавливающиеся ключи 28. Опоры тяговых винтов выполнены с возможностью продольного перемещения на длину, превышающую удлинения их под максимальной нагрузкой, что обеспечивает четкую работу чувствительных элементов тензодатчиков растягиваемых концов винтов и исключает сжимающие нагрузки.

Установка работает следующим образом. На ось дополнительной рамы механизмом 12 подают первую бурильную трубу 27 и при помощи ключей 28 и вращателя наворачивают ее на вал 15 вращателя. На первой трубе собирают долото на забойном двигателе. Через приемник 17 насосами во внутреннюю полость собранной компановки подают промывную жидкость. Осевую нагрузку на долото обеспечивают включением привода тяговых винтов 22 и ее величину контролируют по показаниям тензодатчиков 25 и поддерживают на заданном уровне. Пробуривают скважину на длину бурильной трубы. Для наращивания очередной бурильной трубы вал вращателя отворачивают от первой трубы включением реверса, вращатель отводят на другой конец дополнительной рамы и подают на ось бурения последующие бурильные трубы. Траекторию ствола контролируют введением инклинометра во внутреннюю полость бурильной компановки через лубрикатор 18. При необходимости корректировки траектории скважины в пространстве с помощью тормозной системы 20 и приводом вращателя отклонитель устанавливают в необходимом окружном направлении.

Реактивный момент на дополнительную раму передается через ролики 23 и нейтрализуется опорой 5, закрепленной на основании 6 с помощью реактивных тяг 8 и весом всей установки.

Заданный угол наклона дополнительной рамы относительно основной фиксируется дополнительными подкосами 7, причем задние являются грузонесущими, воспринимающими нагрузку на бурильную установку в целом и передающими на основание 6. Перед началом работ шарнир 9 разгружается от восприятия общей нагрузки путем регулирования натяжения дополнительных подкосов 7, механизм на прилагаемых фигурах не показан. Опора 4 является рабочим местом помощника оператора бурильной установки и местом хранения необходимого рабочего инструмента и быстроизнашивающегося комплекта низа бурильной компановки и имеет ограждение 14. На ней устанавливается кран-балка 10 грузоподъемностью до двух тонн и вертикальный шламовый насос 11 для откачки смеси промывочной жидкости и выбуренной породы и подачи ее на очистку на серийное оборудование.

С помощью предлагаемой конструктивной схемы бурильных установок появляется возможность создания мобильных агрегатов с широким диапазоном технических характеристик, способных не только прокладывать трубопроводы бестраншейным способом, но и бурить специальные скважины с горизонтальным забоями на пластах, близко расположенных к поверхности, для добычи или осушения.

Назначение: бурение направляющей скважины для дальнейшего расширения с последующим протаскиванием плети трубопроводов при бестраншейном способе прокладки последнего и бурение добывных скважин из продуктивных пластов, близко расположенных к поверхности, горизонтальными забоями. Сущность изобретения: бурильная установка состоит из дополнительной и основной рам, связанных между собой шарнирно, механизма наклона первой относительно второй, подкосов для фиксирования угла наклона, реактивных тяг, связывающих якорную систему с дополнительной рамой для нейтрализации реактивного момента, передаваемого на дополнительную раму, и дополнительными подкосами, задние из которых являются грузонесущими, воспринимающими общую нагрузку на установку в целом. Обеспечивается расширение области применения, ускорение сроков монтажа и демонтажа на объектах и надежность в работе. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Установка наклонного бурения для бестраншейной прокладки трубопроводов, включающая основную раму с якорной системой, шарнирно соединенную с основной дополнительную раму, расположенный на дополнительной раме силовой привод, траверсу с ползунами и тяги, соединяющие силовой привод с ползунами траверсы, отличающаяся тем, что установка снабжена реактивными тягами, связывающими якорную систему с дополнительной рамой для нейтрализации реактивного момента, передаваемого на дополнительную раму, и для фиксирования заданного угла наклона дополнительной рамы относительно основной, дополнительными подкосами, задние из которых являются грузонесущими, воспринимающими общую нагрузку на установку в целом. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена вращателем, расположенным на дополнительной раме.