устройство для бурения скважин и установки полимерных гидроигл

Формула изобретения

Устройство для бурения скважин и установки полимерных гидроигл, включающее мачту с ригелем и лебедкой, вибровращательную каретку со сквозным шпинделем, траверсу, расположенную между ригелем и кареткой, и внутреннюю трубу с втулкой, размещенную внутри буровой трубы, имеющей в верхней части боковое отверстие и коронку в нижней части, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности его использования, оно снабжено силовыми гидроцилиндрами, штоки которых связаны с кареткой, шпиндель каретки снабжен гидравлическими патронами, буровая труба соединена с траверсой посредством элеватора в виде трубы, коронка буровой трубы выполнена с внутренней кольцевой проточкой, а втулка внутренней трубы выполнена с отверстиями и разрушающим наконечником и с возможностью взаимодействия с коронкой буровой трубы, при этом боковое отверстие буровой трубы выполнено в нижней части элеватора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для бурения скважин и установки в них полимерных гидроигл и может быть использовано в горнодобывающей промышленности и строительстве при оттаивании мерзлых пород.

Известно устройство для бурения скважин и погружения полимерных гидроигл [1] включающее вибровращательную каретку, на шпиндель которой последовательно навинчены: узел для заправки гидроигл, штанга с переходником и коронкой с каналами для пропуска воды при промывке скважины и ввода гидроиглы в скважину.

Недостатком известного решения являются частые случаи застревания полимерной гидроиглы в торцевом отверстии коронки при извлечении штанги из скважины. Причиной является то, что единственное отверстие для пропуска воды при промывке забоя скважины и для ввода гидроиглы расположено в торце коронки эксцентрично между ее центром и наружной окружностью, а также наличием наклонного канала. Для увеличения усилия проталкивания гидроиглы давлением воды на верхний ее торец устанавливают пробку, которую в дальнейшем снимают. К недостаткам устройства следует отнести и то, что оно выполнено по шпиндельной схеме присоединения бурового снаряда к вращателю, что ограничивает глубину бурения скважины длиной хода подачи бурового агрегата, а операции по наращиванию буровой трубы и штанги являются сложными и требуют значительных затрат времени и ручного труда.

Известно устройство для бурения скважин и установки полимерных гидроигл [2] включающее мачту с ригелем и лебедкой, вибровращательную каретку со сквозным шпинделем, траверсу, установленную между ригелем и кареткой, вертлюг, закрепленный на траверсе и снабженный тормозом, буровую штангу, размещенную внутри обсадной трубы, имеющей в верхней части прорезь; шпиндель каретки нижним концом соединен с обсадной трубой, а верхним с вращающейся частью вертлюга, которая соединена с буровой штангой; невращающаяся часть вертлюга соединена с канатом лебедки. Этот аналог принят за прототип.

К недостаткам устройства следует отнести то, что последнее выполнено по шпиндельной схеме присоединения бурового снаряда к вращателю, что ограничивает глубину бурения скважины длиной хода подачи бурового агрегата, а операции по наращиванию буровой трубы и штанги являются сложными и требуют значительных затрат времени и ручного труда.

Целью изобретения является повышение эффективности его использования.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, включающем мачту с ригелем и лебедкой, вибровращательную каретку со сквозным шпинделем, траверсу, расположенную между ригелем и кареткой, внутреннюю трубу, имеющую втулку и расположенную внутри буровой трубы, у которой боковое отверстие выполнено в верхней части и коронка в нижней части, вертлюг, вращающаяся часть которого снабжена тормозом и соединена с внутренней трубой, а невращающаяся часть соединена с канатом лебедки, согласно изобретению устройство снабжено силовыми гидроцилиндрами, штоки которых связаны с кареткой, шпиндель каретки снабжен гидравлическими патронами, буровая труба соединена с траверсой посредством элеватора в виде отрезка трубы, коронка буровой трубы выполнена с отверстиями и разрушающим наконечником и с возможностью взаимодействия с коронкой буровой трубы, а боковое отверстие буровой трубы выполнено в нижней части элеватора.

Как видно из таблицы соответствия заявляемое техническое решение имеет отличительные признаки от прототипа, и, следовательно, соответствует критерию изобретения "новизна".

При изучении других технических решений в данной области техники совокупность признаков, отличающая заявляемое изобретение от прототипа, не была выявлена и потому она обеспечивает ему соответствие критерию изобретения "существенные отличия".

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство для бурения скважин и установки полимерных гидроигл, общий вид, в процессе бурения скважины; на фиг.2 то же, перед установкой полимерной гидроиглы; на фиг. 3 выносной элемент 1, увеличено.

Устройство для бурения скважин и установки полимерных гидроигл содержит вибровращательную каретку 1 с механизмами вибратора и вращателя, присоединенную пружинами 2 к подрессоренной площадке 3, перемещающейся в направляющих усилием силового гидроцилиндра 4 на длину хода его штока. На шпинделе вибровращательной каретки 1 установлены гидравлические патроны 5, закрепляющие наружную буровую трубу 6. Наружная буровая труба 6 присоединена к элеватору 7, в нижней части которого выполнено боковое отверстие 8 для пропуска гидроиглы 9 (такое выполнение бокового отверстия позволяет значительно повысить эффективность, т.к. теперь отпадает необходимость выполнения бокового отверстия в верхней части каждой трубы при ее замене в случае выхода из строя). Элеватор 7 выполнен в виде отрезка трубы и присоединен к траверсе 19 с блоками 11, которые также перемещаются в направляющих мачты. К буровой трубе 6 присоединена коронка 12 с центральным отверстием 13 для пропуска гидроиглы 9. В коронке 12 выполнена внутренняя кольцевая проточка 14. В наружной буровой трубе 6 размещена внутренняя труба 15, соединенная с вращающейся частью вертлюга 16, которая в свою очередь выполнена с тормозным узлом 17. Траверса 10 и вертлюг 16 расположены и перемещаются между вибровращательной кареткой 1 и ригелем 18. Внутренняя труба 15 снабжена втулкой 19, которая имеет отверстия 20 для подачи воды для промывки забоя скважины и имеет разрушающий наконечник 21. К невращающейся части вертлюга 16 присоединен канат 22, огибающий блоки 23, закрепленные на ригеле 18, и блоки 11, закрепленные на траверсе 10, и соединенный с барабаном 24 канатной лебедки. Коронка 12 выполнена с внутренней резьбой, а втулка 19 - с наружной резьбой, благодаря чему буровая труба 6 с внутренней трубой 16 могут представлять единый буровой снаряд в определенные технологические циклы работы станка.

Устройство работает следующим образом.

В начале рабочего цикла траверса 10 с элеватором 7 и вертлюг 16 занимают на мачте крайнее верхнее положение. В это же время втулка 19 ввинчена в коронку 12, благодаря чему внутренняя труба 15 оказывается неподвижно зафиксирована относительно буровой трубы 6, и они представляют собой единый буровой снаряд. Тормозной узел 17 разомкнут.

Подают воду в канал вращающейся части вертлюга 16, которая по внутренней трубе 15 поступает через отверстия 20 втулки 19 в кольцевую проточку 14 коронки 12 и по каналам (не показаны на черт.) поступает в забой скважины для очистки от разрушенной породы.

Включают механизмы вибратора и вращателя вибровращательной каретки 1, подают давление на поршни цилиндров 5 для захвата буровой трубы 6 и на поршни цилиндров 4 для перемещения каретки вниз. По мере натяжения каната автоматически включается канатная лебедка 24 на опускание бурового агрегата. При соприкосновении коронки 12 с почвой начинается процесс проходки скважины. Разбуренная мелочь водой вымывается в затрубное пространство и по нему выдается на поверхность. При проходке скважины на глубину, равную длине хода штока силового цилиндра 4 гидравлические патроны 5 разжимаются и вибровращательная каретка 1 с подрессоренной рамой 2 перемещается в верхнее положение на высоту, равную длине хода штока силового цилиндра 4. Патроны 5 сжимаются и захватывают буровую трубу 6, процесс бурения возобновляется и повторяется до проходки скважины на заданную глубину.

После бурения скважины на заданную глубину элеватор 7, выполненный в виде отрезка трубы (из которой изготовлена буровая труба 6), входит в полый (сквозной) вал шпинделя-вращателя и боковое отверстие 8, выполненное в нижней части элеватора, располагается под нижним патроном 5. Процесс бурения останавливают. Замыкают тормозной узел 17, чем тормозят вращающуюся часть вертлюга 16 вместе с внутренней трубой 15. Включают вращатель в обратном направлении в результате чего труба 15 вывинчивает втулку 19 из коронки 12, т. е. теперь возможно взаимное перемещение относительно друг друга трубы 6 и трубы 15. Выключают подачу воды. Включают барабан 24 канатной лебедки на подъем вертлюга 16, который увлекает за собой вверх внутреннюю трубу 15 и втулку 19 из полости наружной буровой трубы 6. При положении втулки 19 выше бокового отверстия 8 подъем внутренней трубы 15 останавливают, а положение вертлюга 16 фиксируют.

Во внутреннюю полость наружной трубы 6 вводят предварительно отмеренный отрезок полимерной гидроиглы 9 таким образом, чтобы ее верхний торец разместился под втулкой 19, а нижний вошел в центральное отверстие 13 коронки 12. Цикл ввода полимерной трубы 9 во внутреннюю полость наружной трубы 6 завершен.

Разжимают патроны 5, что ведет к свободному перемещению трубы 6 с коронкой 12. Включают на подъем барабан 24 канатной лебедки, канат которой, огибая блоки 11 траверсы 10 и блоки 23 ригеля 18, принуждает к извлечению из скважины наружной буровой трубы 6, т.к. при сматывании каната 22 на лебедку 24 происходит перемещение вверх траверсы 10 с элеватором 7, которые и обеспечивают подъем трубы 6. При этом полимерная труба 9 надежно удерживается в скважине, т.к. ее возможному извлечению препятствует втулка 19. После подъема наружной буровой трубы 6 в крайнее верхнее положение отключают барабан 24 канатной лебедки. Зажимают патроны 5, фиксирующие наружную буровую трубу 6; замыкают тормозной узел 17, исключающий проворачивание внутренней трубы 15 с втулкой 19. Включают на прямое вращение вращатель вибровращательной каретки 1, в результате чего происходит свинчивание коронки 12 с втулкой 19, т.е. внутренняя труба 15 и труба 6 вновь оказываются надежно зафиксированы друг относительно друга и представляют собой единый буровой снаряд. Вращатель выключают. Погруженную в скважину полимерную гидроиглу 9 соединяют резинотканевым рукавом с насосом и начинается ее "отстой" нагнетание воды в мерзлый массив. Станок перемещается к месту образования новой скважины.

Использование предлагаемого устройства для бурения скважин и установки полимерных гидроигл обеспечивает по сравнению с известными устройствами высокую эффективность его использования, заключающуюся в том, что отсутствует необходимость в межтрубном пространстве для пропуска пульпы (что имело место в прототипе, где пульпа выдавалась на поверхность через боковое отверстие по межтрубному пространству), в результате чего обеспечивается максимальное приближение диаметра полимерной гидроиглы к внутреннему диаметру наружной трубы, что позволяет экономить дефицитные буровые трубы за счет использования более тонких; стало возможным использование обычных буровых труб, т. к. все они теперь выполняются без боковых отверстий в верхней части, чем исключаются затраты на производство (а боковое отверстие выполняют один раз в нижней части элеватора); повышена устойчивость и надежность эксплуатации бурового станка, т.к. малый вес вертлюга позволяет применить облегченную и более высокую мачту; осевое усилие и вращающий момент, прилагаемые к буровому снаряду и к устью скважины минимальны, а силовые цилиндры подачи при подъеме бурового снаряда позволяют преодолевать значительные сопротивления его извлечению; а также возможность использования обычных стальных (не буровых) труб для изготовления внутренней трубы. ТТТ1