БУРОВАЯ ЭЛЕКТРОМАШИНА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2023 года по МПК E21B7/02 E21B15/00 E21B19/08 

Изобретение относится к бурению грунта или горных пород при добыче нефти, газа, воды, растворимых или плавких веществ или полезных ископаемых в виде шлама из буровых скважина именно к буровым станкам, и может быть использовано в инженерной геологии и строительстве.

Известно устройство, которое позволяет присоединять или отсоединять секции труб от колонны труб во время операции бурения, которое представляет собой узел буровой установки, содержащий верхний приводной механизм, поворотный приводной механизм и устройство циркуляции жидкости. Вращение и осевое перемещение колонны труб обеспечивается попеременно верхним приводом и приводом вращения (Патент № CA2459839. Опубл. 2004-09-05).

Однако конструкция известного устройства не имеет в комплектации электромеханический привод, предназначенный для использования от источников питания.

Известна система и способ проведения буровых и колонновых работ, содержащая: буровую установку с мачтой, поддерживающей инжектор, забойную компоновку, включающую в себя ударный инструмент, амортизатор и роторный двигатель для вращения ударного инструмента, причем каждый из ударного инструмента, амортизатора и роторного двигателя подвешен в скважине на гибкой насосно-компрессорной трубе, проходящей через блок привода при бурении скважины. При этом приводной блок перемещается вдоль мачты при подъеме и опускании колонны труб с резьбой (Патент № EP2569504. Опубл. 2019-11-06).

Однако известное изобретение не имеет в комплектации электромеханического привода, не имеет возможности наклона мачты и складывания на платформе в горизонтальное положение.

Буровая машина для круговых швов, состоит из водила, поворотного телескопического механизма и бурильного механизма, кроме того она снабжена источником питания. Поворотный телескопический механизм содержит последовательно соединенные телескопическую стрелу, поворотный стол А, телескопическую стрелу В, поворотный стол В, реверсивный рычаг и поворотный стол С. Поворотно-телескопический механизм управляется дистанционно. Универсальная буровая машина имеет возможность наклонного и вертикального бурения под различными углами, достигает целевого положения переключением движения гусениц. (Патент № CN209942828. Опубл. 2020-01-14).

Однако конструктив буровой машины, является сложным за счет многосочлененных элементов и не имеет в комплектации электромеханического привода, предназначенного для его использования от источников питания. Кроме того, в известном техническом решении отсутствует возможность компактного складывания телескопических, реверсивной стрел и столов, на которых упомянутые стрелы закреплены, сверлильного механизма.

Буровая установка, содержащая основание, шарнирно установленную на нем мачту в виде прямоугольной рамы, телескопический элемент для изменения ее углового положения, каретку с двигателем и вращателем, подвижно размещенную на стойках мачты, гидроцилиндр перемещения каретки, расположенный штоком вниз, а также гидросистему, отличающаяся тем, что гидроцилиндр размещен между верхней и нижней поперечинами мачты, его гильза жестко закреплена в каретке, а шток соединен с нижней поперечиной, при этом верхняя поперечина и/или корпус каретки выполнены в виде бака для рабочей жидкости гидросистемы (Патент № RU 2249665. Опубл. 10.04.2005).

Однако известная буровая установка оснащена лишь гидросистемой и не имеет электромеханического привода, её конструкция не позволяет использование мачты под любым наклоном к горизонтальной поверхности, не предназначена для складывания на транспортной основе.

Известна передвижная буровая установка, содержащая раму с ходовыми колесами и элементами крепления к грунту, установленные на раме поворотную в вертикальной продольной плоскости полую стойку с направляющими и телескопический подкос, связывающий раму и верхний конец полой стойки и выполненный с фиксатором положения последней относительно рамы, каретку, закрепленную на направляющих полой стойки с возможностью перемещения вдоль нее, смонтированные на каретке двигатель и вращатель со съемными приспособлениями для бурового инструмента, механизм перемещения каретки, в которой направляющие установлены на боковых относительно двигателя и вращателя сторонах полой стойки, каретка выполнена с разъемным фланцем, охватывающим направляющие, причем одна из разъемных частей фланца жестко связана с кареткой, а другая часть соединена с упомянутой с помощью винтов и штифтов, механизм перемещения каретки выполнен ручным с цепной передачей, при этом вал ведущей звездочки последней жестко связан с рукояткой и закреплен на верхнем конце направляющей стойки, телескопический подкос связан жестко с рамой и шарнирно с указанным концом направляющей стойки, а вращатель соединен с двигателем с помощью фланца, кинематически связан с ним с помощью центробежной муфты сцепления и разъемно соединен с кареткой (Патент №RU2095508. Опубл. 10.11.1997).

Однако рама в известной передвижной буровой установки , не предназначена для расположения источников питания, кроме того, в ней отсутствует возможность автоматического управления, монтажа на каретке силовой и управляющей частей, использование матчи под любым пространственным углом, складывания на раме.

Известен буровой станок, принятый за близкий аналог, который включает транспортную базу, мачту с направляющими и упорами в верхней связи для штоков силовых цилиндров подачи, закрепленных на подвижном вращателе, буровой став, подъемную лебедку, канат и канатные блоки. Упоры в верхней связи выполнены подвижными с возможностью их вывода из зоны действия штоков силовых цилиндров подачи и жестко соединены с осями, которые шарнирно связаны с тягой и штоком цилиндра, размещенного на мачте. Шток относительно оси подпружинен (Патент № RU 2188295. Опубл. 27.08.2002).

Однако известный буровой станок обеспечивает снижение времени на вспомогательные операции за счет выполнения подвижных упоров, но он не предназначен для использования в его конструкции электромеханических приводов, кроме того в нем отсутствует возможность использования мачты под углом в пространстве и нет возможности складывания на транспортную базу.

Задачей настоящего изобретения является расширение арсенала технических средств, предназначенных для бурения, имеющих удобную в использовании конструкцию.

Технический результат проявляется в использовании электромеханических приводов, благодаря источникам питания, монтажа на каретке силовой и управляющей частей, упрощения управления за счет блока управления и возможности наклона мачты под любым углом.

Поставленный технический результат достигается тем, что в буровой электромашине, согласно первому варианту, содержащей транспортную базу, силовые механизмы, каретку, матчу, шпинделем с бурового става, транспортная база выполнена в виде буксируемых саней, или кузова грузовой машины, в которых установлены тяговые источники питания, соединенные с силовыми механизмами, последние выполнены в виде электромотора вращателя шпинделя бурового става, электромотора подачи каретки, редуктор вращателя шпинделя бурового става, редуктор подъемного механизма подачи каретки, закрепленные на каретке, которая установлена на мачте с возможностью продольного перемещения, при этом мачта оснащена усилителем и упором, кабель несущей цепью, лебедкой подачи каретки, тросом лебедки, кроме того на каретке установлены радиатор охлаждения электромоторов и радиатор охлаждения блока управления электромоторами, соединенным с пультом управления.

Целесообразно, для расширения диапазона использования, что тяговые источники питания, выполнять в виде, по меньшей мере, одного блока батарей.

Целесообразно для удобства использования пульт управления разместить на откидной опоре.

В буровой электромашине, согласно второму варианту, содержащей транспортную базу, силовые механизмы, каретку, матчу, шпинделем с бурового става, транспортная база выполнена в виде буксируемых саней, или кузова грузовой машины, в которых установлены тяговые источники питания, соединенные с силовыми механизмами, последние выполнены в виде электромотора вращателя шпинделя бурового става, электромотора подачи каретки, редуктор вращателя шпинделя бурового става, редуктор подъемного механизма подачи каретки, закрепленные на каретке, которая установлена на мачте с возможностью продольного перемещения, при этом мачта оснащена усилителем и упором, кабель несущей цепью, лебедкой подачи каретки, тросом лебедки, кроме того на каретке установлены радиатор охлаждения электромоторов и радиатор охлаждения блока управления электромоторами, соединенным с пультом управления, при этом транспортная база оснащена шарниром опрокидывания мачты.

Настоящее изобретение поясняют подробным описанием и схемами, на которых:

Фиг. 1 - изображает аксонометрию буровой машины;

Фиг. 2, 3 - характеризуют в плоскостном исполнении главный вид и вид слева, то же, что и на фиг.1;

Фиг. 4 - показывает вид А в увеличенном масштабе, то же, что и на фиг. 2;

Фиг. 5 - показывает вид Б в увеличенном масштабе, то же, что и на фиг. 2.

Буровая электромашина (согласно первому варианту) (далее БЭМ) содержит транспортную базу 1 (Фиг. 1-3). Транспортная база 1 может быть выполнена или в виде буксируемых саней, или кузова грузовой машины, или т.п. Транспортная база 1 оснащена тяговым источником питания 2, который может быть выполнен в виде блока батарей от 1 до N – количества, а зависимости от их размерного ряда. Тяговые источники питания, соединенные с силовыми механизмами электромашины. На транспортной базе 1 закреплена мачта 3, оснащенная усилителем 4, выполненным в виде углового швеллера. С усилителем 4 в виде швеллера и транспортной базой 1 под углом соединен упор 5 мачты 3. На мачте 3 , с возможностью продольного перемещения установлена каретка 6. Кроме того каретка 6 соединена с кабелем несущей цепи 7, лебедкой 8 подачи каретки 6 и тросом лебедки.

Кроме того, на каретке 6 закреплены радиатор 9 охлаждения электромоторов и радиатор 10 охлаждения блока управления 11, электромоторами, электромотор 12 подачи каретки 6 и редуктор 13 подачи каретки (Фиг. 3, 4). Блок управления 11 с помощью откидной опоры 14 связан с пультом управления 15.

Вдоль мачты 3 расположен трос 16 лебедки 8 подачи каретки 6. Блок управления 11 силовыми проводами 17 связан с электромотором 12 подачи каретки 6. Электромотор 18 выходного вала вращателя силовыми проводами 19 соединен с редуктором 20 выходного вала 21 вращателя (шпинделя) предназначенный для установки бурового остова.

Для осуществления изобретения, согласно второго варианта, на транспортной базе 1 выполняют шарнир 22опрокидывания мачты 3.

БЭМ (2 варианта) используют следующим образом.

Буровая БЭМ имеет полностью электромеханический привод (Фиг. 1-5). Буровую БЭМ монтируют на любую транспортную базу 1. В рассматриваемом случае представлены буксируемые сани, имеющие достаточную грузоподъемность и объем для размещения источника питания 2, который выполняют в виде блока двенадцати (12) тяговых батарей.   Тяговые батареи размещают и закрепляют во внутреннем пространстве буксируемых саней 1. На фигурах 1-5 показывают каретку 6 в нижнем положении относительно поверхности, предназначенной для бурения. Весь силовой агрегат БЭМ монтируют на одной каретке 6. На фигурах не показано бурение под углом. БЭМ не имеет ограничений по наклону угла бурения относительно вертикальной оси. Каретка 6 перемещается по мачте 3, которую удерживает в вертикальном положении усилитель 4 и упор 5. С помощью лебедки 8, посредством электричества, передающегося по силовым проводам 16 от источника питания 2, с помощью пульта 15 управления, блока управления 11 приводят в действие электромотор 12 подачи каретки 6. Последняя перемещается вниз для бурения скважины и вверх по окончанию бурения. Питание на силовой агрегат осуществляется через кабеле-несущую цепь 7. БЭМ имеет два электромотора 12 и 17: электромотор 12 работает на подачу каретки 6, электромотор 17 выходного вала на вращение вала 21 шпинделя. При этом редуктор 13 подачи каретки 6 и редуктор 20 выходного вала 21 вращателя (шпинделя) преобразуют частоту вращения и крутящие моменты по величине.

Управление БЭМ осуществляется с выносного пульта управления 15, который располагается на откидной опоре 17. Для управления движением каретки и соответственно силовых механизмов, используют силовые провода 16 и 18. Радиатор 9 электромоторов 12 и 17, радиатор 10 блока управления 11осуществляет их охлаждение в процессе бурения.

Следует отметить, что управление БЭМ может осуществляться как по силовым проводам 16 и 18 , так и с помощью беспроводных сетей, в зависимости от модификации или от требований заказчика.

В варианте 2 БЭМ для транспортировки мачта 3 укладывается (складывается) горизонтально за счет шарнира 21 опрокидывания мачты 3. 

Предлагаемое изобретение позволяет расширить арсенала технических средств, предназначенных для бурения, имеющих удобную в использовании конструкцию, предназначенную для различного рельефа местности.

Кроме того, предлагаемая БЭМ работает от источников питания, имеющих различное количество. Монтажа на каретке силовой и управляющей частей, упрощает использование и управление электромашиной за счет блока управления. Возможность наклона мачты под любым углом и складывания мачты позволяет осуществлять бурение с различным рельефом местности и упростить транспортировку БЭМ.

Группа изобретений относится к области бурения грунта или горных пород при добыче нефти, газа, воды, растворимых или плавких веществ или полезных ископаемых в виде шлама из буровых скважина, а именно к буровым станкам, и может быть использовано в инженерной геологии и строительстве. Буровая электромашина содержит транспортную базу, силовые механизмы, каретку, матчу, шпиндель бурового става. Транспортная база выполнена в виде буксируемых саней или кузова грузовой машины, в которых установлены тяговые источники питания, соединенные с силовыми механизмами, выполненными в виде электромотора вращателя шпинделя бурового става, электромотора подачи каретки, редуктора вращателя шпинделя бурового става и редуктора подъемного механизма подачи каретки, закрепленных на каретке, которая установлена на мачте с возможностью продольного перемещения. Мачта оснащена усилителем и упором, кабельнесущей цепью, лебедкой подачи каретки, тросом лебедки. На каретке установлены радиатор охлаждения электромоторов и радиатор охлаждения блока управления электромоторами, соединенного с пультом управления. Обеспечивается расширение арсенала технических средств, предназначенных для бурения, имеющих удобную в использовании конструкцию. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Буровая электромашина, содержащая транспортную базу, силовые механизмы, каретку, матчу, шпиндель бурового става, отличающаяся тем, что транспортная база выполнена в виде буксируемых саней или кузова грузовой машины, в которых установлены тяговые источники питания, соединенные с силовыми механизмами, последние выполнены в виде электромотора вращателя шпинделя бурового става, электромотора подачи каретки, редуктора вращателя шпинделя бурового става, редуктора подъемного механизма подачи каретки, закрепленных на каретке, которая установлена на мачте с возможностью продольного перемещения, при этом мачта оснащена усилителем и упором, кабельнесущей цепью, лебедкой подачи каретки, тросом лебедки, кроме того, на каретке установлены радиатор охлаждения электромоторов и радиатор охлаждения блока управления электромоторами, соединенного с пультом управления.

2. Электромашина по п.1, отличающаяся тем, что тяговые источники питания выполнены в виде по меньшей мере одного блока батарей.

3. Электромашина по п.1, отличающаяся тем, что пульт управления размещен на откидной опоре.

4. Буровая электромашина, содержащая транспортную базу, силовые механизмы, каретку, матчу, шпиндель бурового става, отличающаяся тем, что транспортная база выполнена в виде буксируемых саней или кузова грузовой машины, в которых установлены тяговые источники питания, соединенные с силовыми механизмами, последние выполнены в виде электромотора вращателя шпинделя бурового става, электромотора подачи каретки, редуктора вращателя шпинделя бурового става, редуктора подъемного механизма подачи каретки, закрепленных на каретке, которая установлена на мачте с возможностью продольного перемещения, при этом мачта оснащена усилителем и упором, кабельнесущей цепью, лебедкой подачи каретки, тросом лебедки, кроме того, на каретке установлены радиатор охлаждения электромоторов и радиатор охлаждения блока управления электромоторами, соединенного с пультом управления, при этом транспортная база оснащена шарниром опрокидывания мачты.