Буровая установка с телескопической мачтой Российский патент 2023 года по МПК E21B7/02 E21B15/00 E21B19/08 

Заявляемое техническое решение относится к буровой технике и предназначено для применения в установках по бурению скважин на воду и инженерных скважин различного назначения.

Известно оборудование для возведения буронабивных свай, включающее телескопическую мачту с направляющими роликами для перемещения ее секций, кронштейн, шарнирно соединяющий телескопическую мачту и базовую машину, гидравлический привод для бурения скважины, привод лебедки и канат, перемотанный через обводные блоки для перемещения подвижных секций, вертлюг, отличающееся тем, что телескопическая мачта состоит из одной неподвижной и двух подвижных секций, а направляющие ролики для перемещения секций мачты размещены внутри и снаружи мачты, на верхней подвижной секции расположен держатель, на котором закреплена верхняя каретка, на которой располагается гидравлический привод, оборудование также содержит нижнюю каретку для перемещения гидравлического привода бурения скважины по неподвижной секции мачты, цепной привод, расположенный на нижней каретке и перемещающий ее за счет цепи, полый шнек, соединенный с гидравлическим приводом посредством вертлюга, подающего бетон для возведения сваи, люнет, расположенный на нижней секции, для предотвращения перекосов полого шнека, нажимной механизм, расположенный на двух каретках, для перемещения гидравлического привода, выполненный в виде нажимной и ответной частей, фиксирующие механизмы для крепления верхней каретки на держателе или на нижней каретке (RU 2717550 С1, Е21В 7/02, 24.03.2020).

Недостатком указанного технического решения является сложность нажимного механизма, расположенного на двух каретках, и передача от него на телескопическую мачту изгибающего момента. В результате увеличиваются габариты и масса конструкции.

Известна буровая установка с телескопической мачтой KR 704-1Е, производитель «KLEMM», https://www.ecanet.com/uploads/files/Resources/KR-704-1E.pdf, опубликовано 13.07.2021, содержащая неподвижную и подвижную секции мачты, расположенные последовательно и имеющие в поперечном сечении замкнутый контур. Это обеспечивает большую сопротивляемость ее конструкции реактивному крутящему моменту от вращателя. Перемещение подвижной секции мачты относительно неподвижной осуществляется механизмом подачи от гидроцилиндра, а перемещение вращателя по подвижной секции обеспечивает цепной механизм подачи с приводом от гидромотора. Указанное техническое решение принято за прототип.

Недостатком конструкции такой телескопической мачты является необходимость использования двух раздельных приводов для перемещения подвижной секции и вращателя. Кроме того, при воздействии осевой нагрузки на вращатель телескопическая мачта воспринимает большой изгибающий момент. В результате для обеспечения прочности конструкция в целом имеет большую массу.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является буровая установка, включающая подвижный вращатель с приводом его перемещения и мачту с приводным валом вращателя, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности работы установки за счет увеличения хода вращателя, она снабжена дополнительной подвижной мачтой с дополнительным приводным валом, установленной с возможностью осевого перемещения вдоль основной мачты, причем подвижный вращатель размещен на дополнительной "подвижной мачте и кинематически связан с дополнительным приводным валом, связанным с основным приводным валом посредством редуктора, жестко закрепленного на дополнительной подвижной мачте с возможностью осевого перемещения вдоль основного приводного вала (SU 1229304 A1, Е21В 19/00, 07.05.1986).

Недостатком указанного технического решения является воздействие большого изгибающего момента на траверсу, соединенную со штоком гидроцилиндра механизма подачи и низкая сопротивляемость секций мачты воздействию реактивного крутящего момента, передаваемого вращателем. Вследствие этого масса конструкции возрастает для обеспечения ее необходимой прочности. Кроме того, многократное циклическое воздействие больших упомянутых нагрузок снижает ресурс и надежность работы буровой установки.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы установки и уменьшение ее массы.

Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что буровая установка, содержащая основание с закрепленной на оси мачтой, состоящей из неподвижной секции и перемещаемой относительно нее подвижной секции, снабженной кареткой с вращателем и механизмом подачи, выполненным в виде полиспаста с приводом от гидроцилиндра подачи, при этом полиспаст снабжен установленными на подвижной секции роликами и сопрягаемыми с ними верхними и нижними ветвями, расположенными симметрично относительно оси подвижной секции, согласно изобретению секции мачты имеют в поперечном сечении замкнутый контур и снабжены каретками, обеспечивающими параллельное перемещение подвижной секции по неподвижной, гидроцилиндр подачи размещен в полости подвижной секции и закреплен нижней частью на кронштейне, выполненном в нижней части неподвижной секции, а его шток соединен с верхней частью подвижной секции, при этом верхние ветви полиспаста закреплены одним концом на верхней части неподвижной секции или на указанном кронштейне, а другим концом - на вращателе в одной плоскости с осью вращения его вала или на каретке без совмещения с осью вращения вала вращателя, причем нижние ветви полиспаста закреплены одним концом на верхней части неподвижной секции, а другим - на каретке вращателя.

Ветви полиспаста выполнены в виде каната или цепи.

Изобретение поясняется чертежами:

На фиг. 1 изображен общий вид буровой установки со смещенными в крайнее верхнее положение подвижной секцией и вращателем;

На фиг. 2 изображен общий вид буровой установки со смещенными в крайнее нижнее положение подвижной секцией и вращателем;

На фиг. 3 изображен вид спереди на вращатель и каретку.

На фиг. 4 изображен вариант закрепления ветвей полиспаста на каретке, обеспечивающей смещение вращателя от оси бурения.

На фиг. 5 изображено поперечное сечение подвижной и неподвижной секций мачты.

Буровая установка содержит основание 21 (Фиг.1) с закрепленной на оси 2 мачтой, состоящей из неподвижной 3 и подвижной 13 секций. Последние снабжены направляющими 4 и 8, а также каретками 6 и 17, обеспечивающими параллельное перемещение подвижной секции по неподвижной.

Полиспаст механизма подачи состоит из роликов 9 и 16, закрепленных на подвижной секции 13, а также из верхних и нижних ветвей. Концы 7 верхних ветвей закреплены на неподвижной секции 3 или кронштейне 19, а их концы 10 на вращателе 11 (Фиг. 3) или каретке 12 (Фиг. 4). Концы 5 нижних ветвей закреплены на верхней части неподвижной секции 3, а их концы 14 также на каретке 12. Гидроцилиндр 18 подачи механизма подачи в нижней части закреплен на кронштейне 19, а его шток соединен с верхней частью подвижной секции 13. Кронштейн 19 также снабжен двумя аутригерами 20.

На основании 21 закреплен также гидроцилиндр 1 для подъема и опускания мачты.

В качестве привода вращателя 11 и гидроцилиндра 18 используется гидросистема буровой установки.

Буровая установка работает следующим образом. Гидроцилиндром 1 устанавливают мачту в рабочее положение и опускают на грунт опоры аутригеров 20. Вращатель 11 соединяют с буровым инструментом и включают его вращение.

Для создания осевой нагрузки на забой скважины осуществляют подачу рабочей жидкости в штоковую полость гидроцилиндра 18 подачи. В результате его шток опускается вместе с подвижной секцией 13 и роликами 16. Последние, взаимодействуя с нижней ветвью, опускают ее свободный конец 14 вместе с кареткой 12 и вращателем 11 (Фиг. 2). При этом гидроцилиндр 18 развивает небольшое усилие (кольцевая площадь поршня) и небольшой изгибающий момент от вращателя 11, не требующий большой прочности мачты.

Для подъема бурового инструмента осуществляют подачу рабочей жидкости в поршневую полость гидроцилиндра 18. В результате его шток поднимается вместе с подвижной секцией 13 и роликами 9. Последние, взаимодействия с верхней ветвью, поднимают ее свободный конец 10 вместе с вращателем 11 (Фиг. 1). При этом гидроцилиндр 18 подачи перемещает вращатель 11 с максимальным усилием без нагружения мачты изгибающим моментом. Последнее достигается размещением гидроцилиндра 18 подачи в полости подвижной секции (Фиг.5) и закреплением ее ветвей на приблизительно одинаковом расстоянии от ее оси, а также совмещением конца ветви 10 с осью вала вращателя (Фиг. 1).

В модификации буровой установки с лебедкой требуется смещение вращателя 11 для прохода каната лебедки. В этом случае конец ветви 10 закрепляется на каретке 12 (Фиг. 4) и устанавливаются дополнительные ролики для каната лебедки (условно не показаны). При этом конец 10 верхних ветвей не совмещается с осью вала вращателя 11. В результате при его подъеме на мачту передается изгибающий момент. Для обеспечения ее прочности величину давления в поршневой полости гидроцилиндра 18 снижают.

Буровая установка имеет следующие преимущества:

Размещение гидроцилиндра 18 подачи в полости подвижной 13 секции и закрепление на ней ветвей полиспаста на приблизительно равных расстояниях от ее оси, а также совмещение концов 10 верхней ветви полиспаста с осью вала вращателя, исключают возникновение изгибающего момента и его воздействие на мачту при максимальных осевых нагрузках механизма подачи при подъеме бурового става из скважины.

В результате минимизируется масса буровой установки и повышается надежность ее работы.

Изобретение относится к буровой технике и предназначено для применения в установках по бурению скважин на воду и инженерных скважин различного назначения. Буровая установка содержит основание с закрепленной на оси мачтой, состоящей из неподвижной секции и перемещаемой относительно нее подвижной секции, снабженной кареткой с вращателем и механизмом подачи, выполненным в виде полиспаста с приводом от гидроцилиндра подачи. Полиспаст снабжен установленными на подвижной секции роликами и сопрягаемыми с ними верхними и нижними ветвями, расположенными симметрично относительно оси подвижной секции. Секции мачты имеют в поперечном сечении замкнутый контур и снабжены каретками, обеспечивающими параллельное перемещение подвижной секции по неподвижной. Гидроцилиндр подачи размещен в полости подвижной секции и закреплен нижней частью на кронштейне, выполненном в нижней части неподвижной секции, а его шток соединен с верхней частью подвижной секции. Верхние ветви полиспаста закреплены одним концом на верхней части неподвижной секции или на указанном кронштейне, а другим концом - на вращателе в одной плоскости с осью вращения его вала или на каретке без совмещения с осью вращения вала вращателя. Нижние ветви полиспаста закреплены одним концом на верхней части неподвижной секции, а другим - на каретке вращателя. Обеспечивается повышение надежности работы установки и уменьшение ее массы. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Буровая установка, содержащая основание с закрепленной на оси мачтой, состоящей из неподвижной секции и перемещаемой относительно нее подвижной секции, снабженной кареткой с вращателем и механизмом подачи, выполненным в виде полиспаста с приводом от гидроцилиндра подачи, при этом полиспаст снабжен установленными на подвижной секции роликами и сопрягаемыми с ними верхними и нижними ветвями, расположенными симметрично относительно оси подвижной секции, отличающаяся тем, что секции мачты имеют в поперечном сечении замкнутый контур и снабжены каретками, обеспечивающими параллельное перемещение подвижной секции по неподвижной, гидроцилиндр подачи размещен в полости подвижной секции и закреплен нижней частью на кронштейне, выполненном в нижней части неподвижной секции, а его шток соединен с верхней частью подвижной секции, при этом верхние ветви полиспаста закреплены одним концом на верхней части неподвижной секции или на указанном кронштейне, а другим концом - на вращателе в одной плоскости с осью вращения его вала или на каретке без совмещения с осью вращения вала вращателя, причем нижние ветви полиспаста закреплены одним концом на верхней части неподвижной секции, а другим - на каретке вращателя.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что ветви полиспастного механизма выполнены в виде каната или цепи.