Установка для бурения радиальных скважин из вертикальной выработки, буровой станок, механизм вращения и подачи Советский патент 1992 года по МПК E21B7/00 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к установкам для бурения радиальных скважин из вертикальных выработок и к буровым станкам.

Цель изобретения - повышение производительности бурения за, счет автоматизации технологических процессов и исключения холостых ходов, а также уменьшение габаритов станка.

На фиг.1 изображена установка для бурения радиальных скважин из вертикальной выработки; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.З - ложемент и заслонка кассеты; на фиг.4 - схема бурового станка.

Установка для бурения радиальных скважин из вертикальной скважины содержит двухярусную платформу 1 с гидроупорами 2. На верхнем ярусе платформы 1 установлен буровой станок 3 с механизмом свинчивания - развинчивания труб буровой колонны, выполненным в виде приводного гидропатрона 4 и гидрозажима 5, расположенных с противоположных сторон бурового станка 3. Со стороны подвижного гидропатрона 4 установлена кассета 6 для труб с манипулятором 7 для установки их на ось бурового станка, а со стороны гидрозажима 5 - кассета 8 для долота с манипулятором 7 для их подачи на ось бурового станка, идентичным манипулятору 7. Кассеты 6,8 расположены над соответствующими манипуляторами.

На направляющей 9, расположенной с другой стороны бурового станка 3 вдоль касVJ

CJ VI

о ю

сет 6,8, установлен с возможностью перемещения манипулятор 10 для их зарядки трубами и долотами разбираемой буровой колонны. На верхнем ярусе платформы 1 также установлены блок 11 управления и маслостанция 12. Кассеты 6, 8 состоят из рамы 13 с расположенными друг над другом наклонными плоскостями 14 с чередующимся изменением их наклона. На плоскостях 14 кассеты 6 лежат трубы, на плоскостях 14 кассеты 8 - трубы с навинченными а них долотами. Нижняя наклонная плоскость снабжена подпружиненной поворотной заслонкой 15 с рычагом 16, в котором выполнен паз 17. Под заслонками 15 установлены подпружиненные поворотные ложементы 18.

Манипуляторы 7, 7 выполнены в виде механической руки 19с двумя схватами 20, 21, один из которых выполнен в виде на- правляющей для трубы, а другой - в виде зажима, установленного с возможностью перемещения по оси бурового станка. Схваты 20 снабжены роликом 22 для взаимодействия с пазом 17 рычага 16 заслонки 15. Манипулятор 10 выполнен в виде поворотной механической руки 23 с описанными выше подвижным и неподвижным схватами. На верхнем ярусе платформы 1 на оси бурового станка установлен в направляю- щих 24 сальник 25. Система очистки промывочной жидкости состоит из мешалки 26, шламового насоса 27, промывочного насоса 28, емкости 29 для очищенной промывочной жидкости, установленных на нижнем ярусе платформы 1, и гидроциклона 30, закрепленного на рычаге 31, поворотном в горизонтальной плоскости и снабженном приводом его поворота - гидроцилиндром 32, и расположенного на верхнем ярусе платформы 1. Под гидроциклоном 30 на тросах подвешен шламосборник 33.

Буровой станок с механизмом вращения, приводом и механизмом подачи буровой колонны содержит корпус 34, установленный на направляющих 35 с возможностью перемещения по ним с помощью гидроцилиндра 36. В корпусе 34 установлен шпиндель 37 в виде трубы с продольными окнами 38, 39, привод 40 враще- ния шпинделя 37 и механизм подачи в виде размещенных в корпусе двух гидропатронов 41, 42 с основным и дополнительным гидроцилиндрами 43, 44 подачи, управляемыми распределительным блоком 45. Гид- ропатроны 41, 42 выполнены в виде плашек 46, 47, установленных с возможностью перемещения в окнах 38, 39 шпинделя 37 и взаимодействующих с конусными обоймами 48,49. Плашки 46,47 и конусные обоймы

48, 49 подпружинены. Обоймы 48, 49 соединены через упорные подшипники 50, 51 со штоками основнго и дополнительного гидроцилиндров 43, 44 подачи.

Гидрозажим 5 бурового станка 1 закреплен на корпусе 34. Гидропатрон 4 бурового станка 1 имеет шлицевое соединение 52 со шпинделем 37. Осевое перемещение гидропатрона 4 производится с помощью гидроцилиндра 53.

Установка работает следующим образом.

После опускания установки на дно вертикальной скважины включают маслостан- цию 12 и гидроупоры 2 фиксируют установку в скважине. Включают блок 11 управления на автоматический режим работы.

Буровой станок 3 с помощью гидроцилиндра 36 перемещается по направляющим 35 в крайнее заднее положение к сальнику 25. Манипулятор 7 выдвигает руку 19 к ложементу 18, на котором лежит труба, навинченная на долото (не показано), берет ее своими схватами 20, 21 и подает на ось бурового станка. Затем подвижный схват21 перемещает трубу с долотом в шпиндель 37 бурового станка 3, разжимаются схваты 20, 21, подвижный схват 21 возвращается в исходное положение, а рука 19 втягивается. При этом ролик 22, установленный на подвижном схвате 20, заходит в паз 17 рычага 16 заслонки 15, открывает кассету 8 для долот и из нее в ложементы 18 схватывается труба с долотом; другие трубы с долотами удерживаются от перемещения этой же заслонкой 15. Станок 3 возвращается в исходное положение с помощью своего гидроцилиндра 36.

Манипулятор 7 выдвигает свою руку 19 к ложементам 18, где находится труба буровой колонны, берет ее своими схватами 20, 21 и подает на ось бурового станка, а подвижный схват 21 перемещает трубу в шпиндель 37 станка 3. Трубу с долотом зажимает гидрозажим 5, а трубу - гидропатрон 4. Схваты 20, 21 разжимаются, подвижный схват 21 возвращается в исходное положение, а рука 19 втягивается.

При возвращении руки 19 в исходное положение ролик 22, установленный на неподвижном схвате 20, заходит в паз 17 рычага 16 заслонки 15 на кассете 6 для труб, открывает ее и из кассеты 6 в ложемент 18 скатывается труба. Другие трубы удерживаются этой же заслонкой 15.

В это время в станке 3 включается привод 40 вращения шпинделя 37, который через шлицевое соединение 52 передает вращение гидропатрону 4. Гидропатрон 4 вращается вместе с зажатой в нем трубой по

часовой стрелке и перемещается с помощью гидроцилиндра 53 к трубе с долотом, которую держит закрепленный на корпусе 34 гидрозажим 5. В результате этого труба навинчивается на трубу с долотом.

Затем привод 40 вращения шпинделя отключается, гидропатрон 4 и гидрозажим 5 открываются, гидропатрон 4 с помощью гидроцилиндра 53 возвращается в исходное положение.

Буровой станок 3 перемещается к сальнику 25 и наезжает на его вращающуюся часть, при этом труба полностью заходит в шпиндель 37, а труба с долотом частично выдвигается из него. Ее зажимают гидропатрон 4, а трубу с долотом - гидрозажим 5. В ключается привод 40 и вращает по часовой стрелке вращающуюся часть сальника 25, которая навинчивается на трубу при передвижении гидропатрона 4 с помощью гидроцилиндра 53. После навинчивания сальника 25 на трубу выключается привод 40 вращения шпинделя, открываются гидропатрон 4 и гидрозажим 5, и станок 3 возвращается в исходное положение, при этом большая часть трубы с сальником 25 выходит из шпинделя 37.

Включается привод 40 и -распределительный блок 45, который подает давление к дополнительному гидроцилиндру 44 подачи. Он через упорный подшипник 51 перемещает конусную обойму 49 гидропатрона 42 и его плашки 47 зажимают трубу. При дальнейшей работе дополнительного гидроцилиндра 44 плашки 47 перемещаются в продольных окнах 39 шпинделя 37 и происходит подача собранной буровой колонны и идет процесс бурения. Одновременно работает промывочный насос 28, который подает промывочную жидкость через сальник 25 и буровую колонну к забою. Включается также мешалка 26, которая обеспечивает взве- шенное состояние твердых частиц выбуренной породы в промывочной жидкости, предварительно залитой в вертикальную скважину. Включается шламовый насос 27, который закачивает промывочную жидкость с твердыми частицами выбуренной породы и нагнетает ее в гидроциклон 30, где происходит разделение суспензии: шлам (твердые частицы выбуренной породы) поступают в шламосборник 33, а очищенная промывочная жидкость - в емкость 29 и из нее снова в вертикальную скважину.

Когда плашки 47 дойдут до конца окон 39 распределительный блок 45 подает давление в гидроцилиндр 43, одновременно сообщив дополнительный гидроцилиндр 44 со сливом. В результате этого плашки 47 под действием пружин возвращаются в исходное положение, а плашки 46 гидропатрона 41, отжатые пружинами к правому концу окон 38, под действием гидроцилиндра 43 через упорные подшипники 50 и конусную

обойму 48, выдавливаются к трубе буровой колонны и зажимают ее, продолжая ее перемещать до тех пор, пока не дойдут до конца окон 38, после чего давление подается вновь в дополнительный гидроцилиндр

0 44, а гидроцилиндр 43 сообщается со сливом. В результате этого плашки 46 под действием пружин возвращаются в исходное положение, а плашки 47 снова включаются в работу и т.д. Буровая колонна таким обра5 зом, вращаясь, углубляется в породу.

Когда сальник 25 дойдет до торца станка 3, а его вращающаяся часть войдет в полость гидропатрона 4, выключается распределительный блок 45, привод 40 враще0 ния шпинделя, промывочный насос 28, закрываются гидропатрон 5 и гидрозажим 4. Вновь включается привод 40, но против часовой стрелки, и с помощью гидроцилиндра 53 происходит отвинчивание сальника

5 25, который под действием груза (не показан) по направляющей 24 перемещается в крайнее заднее положение. После этого выключается привод 40 и открываются гидропатрон 4 и гидрозажим 5.

0 Одновременно манипулятор 7 подает свою руку 19 к ложементам 18 с трубой, забирает ее схватами 20, 21 и подает на ось станка 3, перемещает схват 21 с трубой и заводит ее в шпиндель 37 станка 3. После

5 этого гидропатрон 4 и гидрозажим 5 закрываются, а схваты 20, 21 открываются. Схват 21 и сама рука 19 возвращаются в исходное положение, заряжая при этом ложементы 18 очередной трубой. В дальнейшем происхо0 дит навинчивание очередной трубы и сальника 25, а потом и бурение в изложенной выше последовательности.

При углублении долота в породу происходит периодическое наращивание буровой

5 колонны с предварительным отвинчиванием сальника 25, который после очередного наращивания снова навинчивается на буровую колонну.

Наращивание буровой колонны с после0 дующим бурением происходит до тех пор, пока не изменится долото.

Когда износится долото, бурение прекращается и изношенное долото заменяется на новое, для чего распределительный

5 блок 45, привод 40 и промывочный насос 28 выключается. Гидропатрон 4 и гидрозажим 5 закрываются, включается привод 40 и отвинчивается с помощью гидроцилиндра 53 сальник 25, который отходит в крайнее заднее положение. После свинчивания сальника 25 привод 40 выключается, а гидропатрон 4 открывается и перемещается в обратную сторону. Одновременно с этим станок 3 перемещается в крайнее заднее положение с помощью гидроцилиндра 36 и тащит за собой буровую колонну, зажатую гидрозажимом 5.

После этого гидрозажим 5 открывается, а станок 3 возвращается в исходное положение. Гидропатрон 4 и гидрозажим 5 зажима- ют двые крайние трубы, после чего включается привод 40 против часовой стрелки и отвинчивается крайняя труба.

Привод40 выключается. Одновременно манипулятор 10 выдвигает свою руку 23 к отвинченной трубе, берет ее своими схватами, гидропатрон 4 открывается и подвижный схват руки 23 извлекает полностью трубу из шпинделя 37 станка 3. После этого рука 23 втягивается, поворачивается вверх и вытягивается над кассетой 6. Схваты разжимаются, труба выпадает из схватов на верхнюю наклонную плоскость 14 кассеты б и, скатываясь с нее, попадает на нижележащую полость, и т.д., пока не коснется по- следней трубы, находящейся в этой кассете. Одновременно с этим рука 23 втягивается, ее подвижный схват возвращается на место и рука 23 опускается в исходное положение. После этого станок 3 вновь перемещается в крайнее заднее положение, вытаскивая буровую колонну из скважины, открывается гидрозажим 5 и станок 3 возвращается в исходное положение, пропуская внутри себя буровую колонну. Затем закрываются гидропатрон 4 и гидрозажим 5, зажимая опять две крайние трубы, включается привод 40 и происходит свинчивание очередной крайней трубы, которая, как и предыдущая, укладывается в кассету 6. Та- ким образом, происходит разборка всей буровой колонны. Когда отвинчена последняя труба, станок 3 с долотом перемещается в крайнее заднее положение, открывается гидрозажим 5, включается распределитель- ный блок 45, труба с навинченным долотом выдвигается из подшипника 37 станка 3 и зажимается гидрозажимом 5. Одновременно манипулятор 10 перемещается по направляющей. 9- в зону кассеты 8 для долот, выдвигает свою руку 23 к трубе с долотом, берет ее схватами, гидрозажим 5 открывается и подвижный схват руки 23 извлекает полностью трубу с долотом из шпинделя 37 станка 3. Рука вытягивается, поворачивает- ся вверх, выдвигается над кассетой 8, схваты открываются и труба с долотом попадает в кассету 8, а рука 23, втянувшись, опускается в исходное положение и манипулятор 10 возвращается в зону кассеты 6 с трубами.

На этом цикл бурения заканчивается и установка готова продолжить бурение радиальной скважины с новым долотом.

Сборка буровой колонны и процесс бурения происходит в вышеуказанной последовательности.

Формула изобретения

1.Установка для бурения радиальных скважин из вертикальной выработки, включающая буровой станок с приводом его перемещения по направляющим, механизм свинчивания - развинчивания труб, манипулятор для их подачи на ось бурового станка и кассету для труб, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности бурения за счет автоматизации технологических процессов, она снабжена кассетой для долот, манипулятором для подачи долот на ось бурового станка и манипулятором для зарядки кассет трубами и долотами, направляющими, установленными вдоль кассет для размещения на них с возможностью перемещения манипулятора для зарядки кассет, а механизм свинчивания развинчивания труб буровой колонны выполнен в виде соосно закрепленных на бут ровом станке с противоположных его сторон приводного гидропатрона и гидрозажима, при этом кассета для труб и манипулятор для их подачи на ось бурового станка установлены со стороны приводного гидропатрона, а со стороны гидрозажима установлены кассета для долот и манипулятор для их подачи на ось бурового станка, причем кассеты размещены над соответствующими манипуляторами.

2.Установка по п.1, о т л и ч а ю щ а я - с я тем, что кассеты для труб и долот выполнены в виде расположенных одна над другой наклонных плоскостей с чередующимся изменением их наклона, причем нижняя наклонная плоскость имеет поворотную заслонку с рычагом, в котором выполнен паз, а манипуляторы для подачи труб и долот на ось бурового станка имеют ролик для взаимодействия с этим пазом.

3.Установка по п.2, отличающая- с я тем, что под заслонками кассет для труб и долот установлены подпружиненные поворотные ложементы.

4.Установка по пп.1 и 2, отличающая с я тем, что манипуляторы для подачи труб и долот на ось бурового станка имеют по два схвата, один из которых выполнен в виде направляющей для труб, а другой - в виде зажима, установленного с возможностью перемещения в направлении, совпадающем с осью бурового станка.

5.Установка поп.1,отличающая- с я тем, что манипулятор для зарядки кассет трубами и долотами выполнен в виде поворотной механической руки со схватами, установленной с возможностью выдвижения в зону над кассетами.

6.Буровой станок, включающий корпус, размещенные в корпусе привод механизма вращения, связанный со шпинделем, гидропатрон, механизм подачи буровой колонны, гидрозажим, отличающийся тем, что,

с целью уменьшения габаритов станка, механизм подачи размещен в корпусе механизма вращения, при этом гидропатрон связан со шпинделем посредством шлице- вого соединения, а гидрозажим закреплен на корпусе механизма вращения.

7.Станок по п.6, отличающийся тем, что механизм вращения и подачи имеет привод перемещения вдоль оси станка.

8. Механизм вращения и подачи, включающий корпус, размещенный в нем привод вращения, связанный со шпинделем, пла- шечные гидропатроны с конусной обоймой, один из которых размещен в корпусе, и гидроцилиндр подачи, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности за счет исключения холостых ходов, он снабжен дополнительным гидроцилиндром, при этом второй гидропатрон и оба гидроцилиндра подачи размещены в корпусе, а каждый гидроцилиндр подачи связан с конусной обоймой соответствующего гидропатрона посредством упорного подшипника, при этом в шпинделе выполнены окна для размещения в последних с возможностью поочередного продольного перемещения плашек гидропатронов.

Использование: бурение радиальных скважин из вертикальных выработок. Сущность изобретения: установка включает буровой станок с приводом его перемещения по направляющим, механизм свинчивания развинчивания труб, манипулятор, кассету для труб, кассету для долот, манипулятор для подачи долот на ось бурового станка и манипулятор для зарядки кассет трубами и долотами. Буровой станок включает корпус, размещенные в корпусе привод механизма вращения, гидропатрон, механизм подачи буровой колонны, который для уменьшения габаритов станка размещен в корпусе механизма вращения. Гидропатрон связан со шпинделем механизма вращения шлице- вым соединения. Механизм вращения и подачи, включающий корпус, размещенные в нем привод вращением, плашечные гидропатроны для исключения холостых ходов, имеет дополнительный гидроцилиндр подачи, при этом второй гидропатрон и оба гидроцилиндра подачи размещены в корпусе. 3 с. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил. (Л

Фиг.1

иг.2

№ 38 W 4J 37 33 MW М / I I

V 50

ФиъЛ

7J

53

42

51 М Я

W