УСТАНОВКА ПО МОНТАЖУ БУРОВЫХ ШТАНГ ДЛЯ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2015 года по МПК E21B19/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к буровой установке и, в частности, к установке по монтажу буровых штанг для буровой установки, позволяющей монтировать или отсоединять буровые штанги во время буровых работ при помощи приводного вала головной части.

Уровень техники

В целом, принцип работы буровых установок для прохождения скважин в грунте основан просто на вращении долота или винта либо кроме вращения долота или шаровой фрезы также на их прижимании. При использовании последнего способа, бурение грунта осуществляется за счет вращения долота, установленного на торцевой части буровой штанги, и воздушной аспирации промывочной воды и дробленых пород по трубе буровой штанги, в результате чего порода поднимается на земную поверхность. Данный способ, в основном, используется при монолитном или вертикальном способе устройства фундаментов большого диаметра.

Между тем, во время буровых работ приходится монтировать или отсоединять буровые штанги с установленными на них долотами либо наращиваемые буровые штанги по мере увеличения глубины проходки. При монтаже наращиваемых буровых штанг штанга для бурения грунта соединяется с приводным валом, находящимся в головной части. При монтаже наращиваемых буровых штанг, поскольку подвешивание штанги при помощи отдельного крана и ее выравнивание осуществляются вручную, количество операций, необходимых для монтажа буровых штанг, может увеличиваться.

В традиционной буровой установке для быстрого монтажа буровых штанг, на боковой поверхности кожуха имеется картридж, картридж вращается в направлении нижнего сегмента приводного вала головной части для замены штанг или для накапливания извлеченных штанг.

В традиционной буровой установке для помещения буровых штанг в картридже приходится использовать отдельное оборудование. Кроме этого помещение буровых штанг в картридже занимает значительное время. Кроме этого при бурении глубокой скважины количество требуемых штанг может увеличиваться. Между тем, поскольку количество штанг, помещаемых в картридж, ограничено, использование традиционных буровых установок для проходки глубоких скважин затруднено.

В свете вышесказанного, при бурении относительно глубокой скважины на стройплощадку, где производятся буровые работы, на грузовиках приходится подвозить большое количество буровых штанг. Штанги разгружаются с грузовиков при помощи вспомогательного крана, а затем монтируются на приводном валу головной части, расположенной рядом с кожухом. Это препятствует повышению эффективности монтажа буровых штанг.

Раскрытие изобретения

Для устранения вышеупомянутых недостатков настоящим изобретением предлагается установка по монтажу буровых штанг для буровой установки, позволяющая повысить эффективность буровых работ при проходке грунта за счет уменьшения количества операций, необходимых для монтажа и отсоединения буровых штанг.

Настоящим изобретением также предлагается установка по монтажу буровых штанг для буровой установки, позволяющая повысить точность соединения штанги с приводным валом головной части.

Настоящим изобретением также предлагается установка по монтажу буровых штанг для буровой установки, позволяющая предотвращать выход буровой штанги из головной части даже после прекращения приложения удерживающего усилия зажимным устройством.

По одному из аспектов изобретения предлагается установка по монтажу буровых штанг, включающая в себя кронштейн, установленный на раме основного корпуса буровой установки, с имеющейся у него штангой, элемент основания, поворотно установленный на кронштейне; поворотный элемент, шарнирно соединенный с одной стороной элемента основания, для удержания и вращения торца штанги, монтируемой или отсоединяемой от приводного вала, зажимное устройство, установленное на поворотном элементе, для зажима торца штанги, а также приводное устройство, установленное на элементе основания, для вращения поворотного элемента в направлении, в котором штанга заставляет поворотный элемент находиться стоя или лежа.

Кронштейн также может включать в себя приводное устройство для вращения элемента основания относительно кронштейна под определенным углом.

Приводное устройство может быть установлено снизу элемента основания и может включать в себя поворотный вал, вращательно опирающийся на кронштейн, поворотное звено, радиально отходящее от поворотного вала, а также поворотный цилиндр, установленный между рамой основного корпуса и поворотным звеном и приводящий в действие поворотный вал.

Зажимное устройство может включать в себя неподвижную щеку, установленную на верхней поверхности поворотного элемента, и подвижную щеку, поворотно соединенную при помощи шарнирного вала с неподвижной щекой, образующих удерживающую часть, удерживающую торец штанги, а также приводной цилиндр, установленный между поворотным элементом и подвижной щекой, поворачивающий подвижную щеку относительно неподвижной щеки.

У приводного цилиндра может быть величина хода, при которой подвижная щека поворачивается таким образом, чтобы не допускать выхода штанги, находящейся в удерживающей части, в положении, при котором подвижная щека разомкнута от неподвижной щеки, из удерживающей части, в результате размыкания неподвижной щеки и подвижной щеки.

Как отмечалось выше, в установке по монтажу буровых штанг для буровой установки по настоящему изобретению, поскольку штанга может поворачиваться при монтаже/отсоединении штанги на/от приводного вала головной части в положении, при котором ее торцевой сегмент зажат, количество операций, необходимых для монтажа или отсоединения буровой штанги, можно сократить, тем самым повысив эффективность бурения при проведении буровых работ с использованием буровой установки.

Поскольку буровая штанга может перемещаться в направлении нижнего сегмента приводного вала головной части в положении, при котором штанга, находящаяся на грузовике, зажата зажимным устройством, дополнительный кран не требуется. Кроме этого даже после прекращения приложения зажимного усилия к буровой штанге можно предотвратить выход штанги из зажимного устройства, исключив тем самым вероятность возникновения несчастных случаев на производстве.

Краткое описание чертежей

Цели, признаки и преимущества настоящего изобретения станут более понятны из следующего, более подробного описания совместно с прилагаемыми чертежами, где:

на фиг.1 показан вид сбоку буровой установки с установкой по монтажу буровых штанг по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;

на фиг.2 показан вид в плане, иллюстрирующий инструментальный зажим, установленный на буровой установке;

на фиг.3 показано изображение в разобранном виде, в перспективе установки по монтажу буровых штанг по настоящему изобретению;

на фиг.4 показан вид сбоку буровой установки с установкой по монтажу буровых штанг по другому варианту осуществления настоящего изобретения; и

на фиг.5 показан вид в перспективе, поясняющий принцип работы установки по монтажу буровых штанг по настоящему изобретению.

Осуществление изобретения

Далее варианты осуществления настоящего изобретения будут рассмотрены более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Буровая установка по настоящему изобретению включает в себя установку по монтажу буровых штанг, которая соединена/отсоединена от штанги, используемой для буровых работ, и которая может подавать или удалять буровые штанги с целью изменения длины штанг, типовой вариант осуществления которой изображен на фигурах с 1 по 5.

На фигурах с 1 по 5 буровая установка 10 включает в себя кожух 12, установленный рядом с ней или на ее основном корпусе 11, головную часть 30, установленную с возможностью скольжения рядом с кожухом 12, поднимаемую или опускаемую подъемными средствами 20, а также приводной вал 31, сопряженный с буровой штангой 100. Долото 101 установлено на торце буровой штанги 100, сопряженной с приводным валом 31. Для монтажа или отсоединения буровой штанги у нижнего торца кожуха 12 установлено инструментальное зажимное устройство 40 для зажимания штанги 100. Кроме этого у нижнего сегмента кожуха 12 или на раме 11а основного корпуса 11, рядом с кожухом 12, находится устройство 50 монтажа буровой штанги, зажимающее торец штанги 100 и подающее или удаляющее буровую штангу 100.

Далее вышеупомянутая буровая установка, включающая в себя установку по монтажу буровых штанг по настоящему изобретению, будет рассмотрена более подробно.

Хотя это не показано, непосредственно в самой буровой установке 10 или в основном корпусе 11 буровой установки 10 могут находиться устройство подачи гидравлического масла и распределительные клапаны для нагнетания и подачи гидравлического масла в гидравлические цилиндры и гидравлические двигатели. Устройство подачи гидравлического масла включает в себя бак с гидравлическим маслом, а также двигатель, приводящий в действие гидравлический насос, нагнетающий гидравлическое масло из бака с гидравлическим маслом. В основном корпусе 11 также могут находиться отдельные подвижные средства.

Кроме этого кожух 12 поворачивается цилиндрами 13, расположенными между основным корпусом 11 и кожухом 12.

Головная часть 30 поднимается или опускается вдоль кожуха 12 подъемными средствами 20 и поворачивает, поднимает или опускает буровую штангу 100, соединенную с приводным валом 31, а приводной вал 31 и приводной двигатель 33, вращающий приводной вал 31 вперед или назад, установлены у подъемной рамы 32, поднимаемой или опускаемой вдоль кожуха 12. Гидравлический двигатель может использоваться в качествен приводного двигателя 33 для приведения в действие приводного вала 31.

Подъемные средства 20 включают в себя цепные колеса 21, расположенные у верхнего и нижнего сегментов кожуха 12, цепь 23 фиксируется в цепных колесах 21 и соединена с подъемной рамой 32 головной части 30, а гидравлический двигатель (не показан) находится рядом с кожухом 12 и приводит в действие одно из цепных колес 21. Подъемные средства 20 не ограничены изображенными подъемными средствами и могут быть выполнены в виде цилиндра, лебедки или троса, расположенных рядом с кожухом 12.

Инструментальные зажимные средства 40 расположены у нижнего торца кожуха 12 или на раме 11а и зажимают установленную или отсоединенную буровую штангу. Как показано на фиг.2, инструментальные зажимные средства 40 включают в себя опорную раму 42, в которой имеется первое отверстие 41, через которое проходит штанга 100, а также подвижную раму 44, расположенную таким образом, чтобы она могла поворачиваться относительно первого отверстия 41 опорной рамы 42, со вторым отверстием 43, соответствующим по форме первому отверстию 41.

Щеки 45а и 46а, предназначенные для удержания буровой штанги 100, проходящей через второе отверстие 43, установлены с возможностью скольжения рядом с подвижной рамой 44 с противоположных сторон от второго отверстия 43. Соответствующие щеки 45а и 46а перемещаются вперед и назад первым и вторым гидравлическими цилиндрами 45 и 46, расположенными на подвижной раме 44. Кроме этого подвижная рама поворачивается третьим и четвертым гидравлическими цилиндрами 48 и 49, соединяющими опорную раму 42 с подвижной рамой 44. Другими словами, в положении, при котором буровая штанга 100 зажата в подвижной раме 44 щеками 45а и 46а, подвижная рама 44 поворачивается относительно опорной рамы 42, тем самым поворачивая зажатую буровую штангу 100.

Устройство 50 монтажа буровой штанги, типовой вариант осуществления которого изображен на фигурах 3 и 4, поворачивается в положении, при котором торец буровой штанги 100 зажат, позволяя соединять или рассоединять буровую штангу 100 от приводного вала 31 головной части 30.

Со ссылкой на фигуры 3 и 4 устройство 50 монтажа буровой штанги выполнено таким образом, чтобы элемент 52 основания был поворотно установлен в кронштейне 51, расположенным у нижнего сегмента кожуха 12 или на раме 11а основного корпуса 11.

Кроме этого устройство 50 монтажа буровой штанги включает в себя поворотный элемент 54, соединенный с одной стороной элемента 52 основания шарнирным валом 53 и поворачивающийся в вертикальной или горизонтальной плоскости, зажимное устройство 60, установленное в поворотном элементе 54 и зажимающее один из торцов буровой штанги 100, а также привод, установленный на элементе 52 основания, приводящий во вращение поворотный элемент 54 в направлении, в котором буровая штанга 100 заставляет поворотный элемент находиться стоя или лежа.

Привод может быть гидравлическим цилиндром 55. Одна из сторон гидравлического цилиндра 55, используемого в качестве привода, поворотно опирается на элемент 52 основания, а шток 55а гидравлического цилиндра 55 поворотно сопряжен с одной из сторон поворотного элемента 54 при помощи штифта 55b.

По мере вращения элемента 5 основания относительно кронштейна 51, поворотный вал 52а перемещается к нижнему сегменту элемента 52 основания, а поворотный вал 52а поворотно размещается у кронштейна 51.

Элемент 52 основания, поворотно установленный на кронштейне 51, может поворачиваться отдельным приводным устройством 70. Как показано на фиг.3, приводное устройство 70 включает в себя поворотное звено 71, установленное на поворотном валу 52а, и поворотный цилиндр 72, расположенный между рамой 11а и поворотным звеном 71. Как показано на фиг.4, где поворотный вал 52а показан при вращении, приводное устройство 70 включает в себя гидравлический привод 75, ведущее зубчатое колесо 76, приводимое гидравлическим двигателем 75, а также ведомое зубчатое колесо 77, установленное на поворотном валу 52а.

Зажимное устройство 60 зажимает торец буровой штанги 100. Неподвижная щека 61 расположена на верхней поверхности поворотного элемента 54, а подвижная щека 62, сопряженная с неподвижной щекой 61 при помощи шарнирного вала 61, поворотно установлена на неподвижной щеке 61, зажимая торец буровой штанги 100. Когда неподвижная щека 61 и подвижная щека 62 сопрягаются друг с другом, они образуют цилиндрическую удерживающую часть 63, расположенную вокруг торца буровой штанги 100. Длина неподвижной щеки 61 предпочтительно от 3 до 5 раз больше диаметра круга, образуемого, когда неподвижная щека 61 и подвижная щека 62 сопрягаются друг с другом, не позволяя тем самым буровой штанге 100 смещаться во время вращения за счет удержания торца буровой штанги 100.

Подвижная щека 62 соединяется или рассоединяется от неподвижной щеки 61 при помощи приводного цилиндра 64, используемого в качестве привода, расположенного в поворотном элементе 54. Приводной цилиндр 64 поворотно установлен в поворотном элементе 54, а шток 64а приводного цилиндра сопряжен с одним из торцов подвижной щеки 62, поворотно установленной в поворотном элементе 54 при помощи штыревого соединения. Поэтому когда подвижная щека 62 максимально разомкнута относительно неподвижной щеки 61, величина хода приводного цилиндра 64 предпочтительно меньше длины диаметра буровой штанги 100 таким образом, чтобы не допускать выхода буровой штанги 100 из удерживающей части 63, образуемой неподвижной щекой 61 и подвижной щекой 62. Другими словами, даже если усилие неподвижной щеки 61, удерживающей торец буровой штанги 100, ослабевает за счет отвода подвижной щеки 62, буровая штанга 100 может выходить лишь в продольном направлении неподвижной щеки 61, не выпадая.

Зажимное устройство 60 не ограничено изображенным зажимным устройством, могут использоваться любые виды зажимных устройств при условии, что они смогут удерживать торец буровой штанги 100.

Вышеупомянутая буровая установка и установка для монтажа буровых штанг по настоящему изобретению функционируют следующим образом.

Во время проведения буровых работ с использованием буровой установки по настоящему изобретению головная часть 30 поднимается при помощи подъемных средств таким образом, чтобы кожух 12 находился в вертикальном положении.

В подобном положении, как это показано на фиг.4, гидравлический цилиндр, выступающий в качестве привода 55 устройства 50 по монтажу буровых штанг, приводится во вращение поворотным элементом 54, установленным у торца элемента 52 основания, тем самым заставляя удерживающую часть 63, образуемую неподвижной щекой 61 и подвижной щекой 62 зажимного устройства 60, поворачиваться вперед. В подобном положении приводной цилиндр 64 приводит во вращение подвижную щеку 62 относительно неподвижной щеки 61 таким образом, чтобы она размыкалась. Затем торец буровой штанги 100 вставляется в удерживающую часть 63, образуемую неподвижной щекой 61 и подвижной щекой 62, после чего приводится в действие приводной цилиндр 64 для удержания торца буровой штанги 100.

Затем приводится в действие гидравлический цилиндр, используемый в качестве привода 55, который поворачивает поворотный элемент 54 относительно элемента 52 основания, тем самым удерживая буровую штангу 100 зажатой зажимным устройством в вертикальном положении, как это показано на фиг.5. Как отмечалось выше, если буровая штанга 100 удерживается в вертикальном положении, поворотный цилиндр 72 приводного устройства 70 приводит во вращение элемент 52 основания, тем самым позволяя выравнивать вертикально удерживаемую буровую штангу 100 у нижнего сегмента приводного вала 31 головной части 30. В подобном положении головная часть 30 опускается, тем самым позволяя буровой штанге 100 и приводному валу 31 соединяться друг с другом. После завершения соединения приводного вала 31 с буровой штангой 100 приводной цилиндр 64 заставляет подвижную щеку 62 поворачиваться, тем самым расцепляя буровую штангу 100. Затем головная часть 30 поднимается, отсоединяя буровую штангу 100 от удерживающей части 63 зажимного устройства 60, после чего элемент 52 основания поворачивается приводным устройством 70.

После завершения буровых работ для отсоединения буровой штанги 100, соединенной с приводным валом 31, от приводного вала 31 головная часть 30 поднимается вдоль кожуха 12, позволяя буровой штанге 100 отсоединяться и перемещаться вниз, входя в первое и второе отверстия 41 и 43 зажимных средств 40. Затем приводятся в действие первый и второй гидравлические цилиндры 45 и 46, удерживающие буровую штангу 100 при помощи щек 45а и 46а, в вертикальном положении с использованием цепи (не показана). Третий и четвертый гидравлические цилиндры 48 и 49 приводятся в действие для соединения неподвижной рамы 42 с подвижной рамой 44 и вращения подвижной рамы 44 относительно неподвижной рамы 42, тем самым поворачивая соединенные буровые штанги 100 относительно друг друга. В подобном положении приводной вал 31 реверсивно поворачивается для отсоединения буровой штанги 100, то есть буровой штанги, соединенной с приводным валом 31, и буровой штанги, зажатой инструментальными зажимными средствами 40, друг от друга, тем самым поднимая головную часть 30, а также поднимая отсоединенные буровые штанги.

Затем элемент 52 основания поворачивается, выравнивая зажимное устройство 60 у нижнего сегмента буровой штанги 100, торец буровой штанги 100, опирающийся на приводной вал 31, зажимается зажимным устройством 60, приводной вал 31 реверсивно поворачивается для отсоединения приводного вала 31 и буровой штанги 100 друг от друга. Гидравлический цилиндр 55, выступающий в качестве привода, приводится поворотным элементом 54 во вращение относительно элемента 52 основания для укладывания буровой штанги 100. Затем зажимное усилие, создаваемое неподвижной щекой 61 и подвижной щекой 62 зажимного устройства 60, ослабевает для удаления буровой штанги 100 из удерживающей части 63.

Как отмечалось выше, поскольку буровая установка по настоящему изобретению осуществляет подачу или удаляет буровые штанги при помощи установки по монтажу буровых штанг, это позволяет уменьшить неудобства или трудности, связанные с соединением или отсоединением буровых штанг. Кроме этого можно сократить количество операций по замене буровых штанг. За счет этого можно повысить эффективность бурения.

Несмотря на то, что выше были подробно рассмотрены типовые варианты осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что специалистами в данной области техники могут быть предложены различные варианты и модификации описанной здесь основной идеи изобретения, которые тем не менее не должны выходить за объем и сущность типовых вариантов осуществления настоящего изобретения, определенных в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение относится к установке по монтажу буровых штанг для буровой установки, позволяющей монтировать или отсоединять буровые штанги во время буровых работ при помощи приводного вала головной части. Установка по монтажу буровых штанг содержит кронштейн с имеющейся у него штангой, элемент основания, поворотный элемент, зажимное устройство, приводное устройство. Кронштейн установлен у нижнего сегмента кожуха или в основном корпусе буровой установки либо на раме основного корпуса буровой установки. Элемент основания установлен с возможностью поворота на кронштейне. Поворотный элемент шарнирно соединен с одной стороной элемента основания для удержания и вращения торца штанги. Зажимное устройство установлено на поворотном элементе для зажимания торца буровой штанги. Приводное устройство установлено на элементе основания для вращения поворотного элемента в направлении, в котором штанга заставляет поворотный элемент находиться стоя или лежа. При этом зажимное устройство включает в себя неподвижную щеку и подвижную щеку, которые образуют удерживающую часть для торца штанги. Неподвижная щека установлена на верхней поверхности поворотного элемента. Подвижная щека соединена с возможностью поворота при помощи шарнирного вала с неподвижной щекой. Зажимное устройство включает в себя приводной цилиндр, установленный между поворотным элементом и подвижной щекой и предназначенный для поворота подвижной щеки относительно неподвижной. Изобретение обеспечивает повышение эффективности монтажа буровых штанг. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Установка по монтажу буровых штанг для буровой установки, содержащая:
кронштейн, установленный у нижнего сегмента кожуха или в основном корпусе буровой установки либо на раме основного корпуса, с имеющейся у него штангой;
элемент основания, установленный с возможностью поворота в кронштейне;
поворотный элемент, шарнирно соединенный с одной стороной элемента основания для удержания и вращения торца штанги, устанавливаемой или отсоединяемой от приводного вала;
зажимное устройство, установленное на поворотном элементе, для зажимания торца буровой штанги; а также
привод, установленный на элементе основания, для вращения поворотного элемента в направлении, в котором буровая штанга заставляет поворотный элемент находиться стоя или лежа,
при этом зажимное устройство включает в себя неподвижную щеку, установленную на верхней поверхности поворотного элемента, подвижную щеку, соединенную с возможностью поворота при помощи шарнирного вала с неподвижной щекой, образующих удерживающую часть, которая удерживает торец штанги, а также приводной цилиндр, установленный между поворотным элементом и подвижной щекой и предназначенный для поворота подвижной щеки относительно неподвижной щеки.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что кронштейн дополнительно включает в себя приводное устройство для вращения элемента основания относительно кронштейна под определенным углом.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что приводное устройство установлено снизу элемента основания и включает в себя поворотный вал, опирающийся с возможностью поворота на кронштейн, поворотное звено, радиально отходящее от поворотного вала, а также поворотный цилиндр, установленный между рамой основного корпуса и поворотным звеном и приводящий в действие поворотный вал.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что приводной цилиндр имеет величину хода, при которой подвижная щека поворачивается таким образом, чтобы не допускать выхода штанги, находящейся в удерживающей части, в положении, при котором подвижная щека разомкнута от неподвижной щеки, из удерживающей части, в результате размыкания неподвижной щеки и подвижной щеки.