буровая установка

Формула изобретения

БУРОВАЯ УСТАНОВКА, содержащая ходовую часть, шарнирно закрепленный на ходовой части податчик, связанную с податчиком колонну буровых труб, извлекаемый ударный механизм, буровую коронку и сообщенный с ударным механизмом энергонесущий рукав, отличающаяся тем, что она снабжена закрепленным в верхней части буровой колонны с возможностью перекрытия ее проходного сечения управляемым пакером и раскрепляющим узлом для фиксации ударного механизма внутри буровых труб, при этом управляемый пакер выполнен в виде курпуса с отводным рукавом и расположенного в верхней части корпуса уплотнительного элемента в виде усеченного конуса из эластичного материала, который имеет центральный канал для пропуска энергонесущего рукава и размещен между жесткими пластинами, связанными посредством рычагов с шарнирно прикрепленными к корпусу гидроцилиндрами, а раскрепляющий механизм - в виде связанного с верхней частью корпуса ударного механизма полого корпуса с радиальными отверстиями, размещенного внутри полого корпуса и сообщенного с энергонесущим рукавом полого баллона и размещенных между полым корпусом и баллоном кулачков, рабочие части которых установлены в радиальных отверстиях корпуса с возможностью радиального перемещения и взаимодействия с внутренней поверхностью буровых труб, при этом буровая коронка закреплена на нижней буровой трубе с возможностью ограниченного осевого перемещения и взаимодействия своим верхним торцом с нижней частью корпуса ударного механизма.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике, а именно для бурения геологоразведочных, гидрогеологических и изыскательных скважин.

Известен буровой станок УБСР-25М, состоящий из самоходной ходовой части, податчика с подвижным вращателем, бурового снаряда, выполненного в виде колонны бурильных труб с прикрепленной к ней призабойной кассетой пневмоударных машин.

Основным недостатком данного бурового станка являются большие затраты времени на спуско-подъемные операции, связанные с разборкой бурового снаряда для извлечения керноприемника [1] .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является буровой станок, включающий барабанный привод энергонесущего рукава, соединенного с погружной ударной машиной, буровой снаряд и податчик [2] .

Недостатками изобретения являются ограниченные технологические возможности, определяемые бурением скважин только в устойчивых горных породах, так как в обрушающихся, несцементированных породах, плывунах и техногенных образованиях происходят завалы и прихваты снаряда при спуско-подъемных операциях, а также низкое качество керна, не соответствующее действительности, так как в керн включается материал из обрушающихся стенок скважины во время спуско-подъемных операций, кроме этого требуются дополнительные затраты времени на подъем ударной машины из скважины в связи с разборкой колонны бурильных труб.

Поставлена задача - расширить технологические возможности применения буровой установки и повысить качество опробывания по керну с повышением производительности труда.

Задача решается тем, что в буровой установке, включающей барабанный привод с энергонесущим рукавом, соединенным с погружной ударной машиной, буровой снаряд и податчик, его буровой снаряд выполнен в виде колонны бурильных труб, в верхней части которой установлен управляемый пакер, а в нижней с возможностью передачи крутящего момента и осевого перемещения присоединена коронка, взаимодействующая с ударной машиной с керноприемником и размещенной внутри буровой трубы и закрепленной в ней посредством радиальных кулачков и эластично-упругого проточного баллона со свободно перемещающимися входным и выходным патрубками, первый из которых присоединен к энергонесущему рукаву.

Выполнение бурового снаряда в виде колонны бурильных труб, внутри которой установлена ударная машина с керноприемником, периодически закрепляемая внутри нее посредством радиальных кулачков и эластично-упругого проточного баллона, имеющего свободно перемещающиеся входной и выходной патрубки, позволило через энергонесущий рукав подавать энергоноситель к ударной машине и при одновременной подаче вращения к колонне бурильных труб с коронкой проводить цикличное ударно-вращательное бурение, разрушая породу и заполняя керном керноприемник. Так как ударная машина с керноприемником защищена от обрушающихся пород, это позволяет работать в различных по свойствам породах (в прототипе на ударную машину действуют породы, происходят завалы, прихваты и необходима разборка бурового снаряда при подъеме ударной машины - дополнительные затраты времени, производительность падает), а также исключается попадание в керноприемник дополнительных материалов со стенок скважины с разных интервалов, и поэтому качество полученных проб значительно выше, чем у прототипа. Установка в верхней части колонны бурильных труб управляемого пакера позволила исключить сальникообразование, зашламывание, и тем самым позволила производить бурение с прямой продувкой или промывкой с целью расширения технологических возможностей. Установка коронки с возможностью осевого перемещения и передачи крутящего момента позволяет передавать энергию удара коронке без потерь, то есть эффективнее разрушать крепкие породы и валунно-галечные отложения, что позволяет повысить производительность буровой установки.

На фиг. 1 изображен общий вид буровой установки; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1 (вид управляемого пакера с механизмом привода управления); на фиг. 3 - узел II на фиг. 1 (вид установки коронки на колонне); на фиг. 4 - узел III (вид крепления ударной машины внутри колонны).

Буровая установка содержит буровое здание 1 (фиг. 1), установленное на самоходной ходовой части 2, пульт управления 3, барабан 4 с приводом 5 и энергонесущим рукавом 6, податчик 7 с шарнирно закрепленной на его вращателе 8 мачтой 9, наклоняемой гидроцилиндром 10 с канатом 11, гидроцилиндр наклона 12 податчика 7, колонну бурильных труб 13, соединенную в верхней части с управляемым пакером (фиг. 2), состоящим из корпуса 14, эластичного конического уплотнения 15, надетого на рукав 6 с возможностью свободного осевого перемещения, с разрезными жесткими пластинами 16 и 17, управляемого рычагами 18 от гидроцилиндров 19 и отводного рукава 20, а в нижней части - с коронкой 21, установленной через шлицевую гайку 22 и упорное кольцо 23 (фиг. 3), ударную машину 24 с керноприемником 25, раскрепленную раскрепляющим механизмом в виде радиальных кулачков 26, утопляемых в корпусе 27 упругими кольцами 28, и эластично-упругого проточного баллона 29 со свободно перемещающимися входным и выходным патрубками 30, заключенными в корпусе 27, соединенного с наконечником 31 энергонесущего рукава 6 гайкой 32 (фиг. 4). Гидроцилиндр 33 установлен на податчике 7, соединен с вращателем 8 и обеспечивает создание осевого усилия на колонну бурильных труб 13.

Буровая установка работает следующим образом.

Станок устанавливают в положение бурения, для чего гидроцилиндром наклона 12 (фиг. 1) устанавливают податчик 7 в рабочее положение. Гидроцилиндром 10 через канат 11 поднимают мачту 9. Приводом 5 с барабана 4 сматывают энергонесущий рукав 6, опускают ударную машину 24 с керноприемником 25 в колонну бурильных труб 13 через корпус 14 пакера (см. фиг. 2) и вращатель 8 до упора в коронку 21 (см. фиг. 3). Уплотнение 15, имея возможность свободно перемещаться по энергонесущему рукаву 6, остается в конической части корпуса 14 пакера и задавливается рычагами 18, управляемыми гидроцилиндрами 19, так, что за счет его эластичности через пластины 16 оно обжимает энергонесущий рукав 6, обеспечивая герметизацию внутреннего пространства колонны бурильных труб 13, образуя управляемый пакер, исключающий сальникообразование в скважине и зашламывание, что в конечном итоге позволяет бурить в различных горногеологических условиях. К барабану 4 подводится рабочее тело (энергоноситель), это может быть воздух, газ жидкость и др. , которое, проходя по энергонесущему рукаву 6 через скользящее соединение, образованное наконечником 31 (фиг. 4) и гайкой 32 и служащее для разгрузки рукава 6 от крутящего момента, подводится к ударной машине 24 через эластично-упругий проточный баллон 29, который в исходном положении сдеформирован под действием упругих колец 28 кулачками 26, утопленными в корпусе 27. При подаче энергоносителя в рукав 6 на стенки баллона 29 воздействует давление и передает усилие на кулачки 26, которые, выдвигаясь из корпуса 27, закрепляют ударную машину 24 в колонне бурильных труб 13. Патрубки 30 баллона 29, имея возможность свободного перемещения в корпусе 27, компенсируют изменения линейных размеров баллона 29 и способствуют работе кулачков 26 в самоустанавливающемся режиме. Ударная машина 24 начинает работать и передавать энергию удара коронке 21 через керноприемник 25. Податчик 7 гидроцилиндром 33 создает осевое усилие, а вращатель 8 передает крутящий момент на колонну бурильных труб 13 через шлицевую гайку 22 и коронку 21. Сила отдачи ударной машины воспринимается колонной бурильных труб 13. Упорное кольцо 23 служит для удержания коронки 21 от выпадания из гайки 22. Передача удара коронке 21 происходит без потерь энергии удара, так как колонна бурильных труб 13 соединена с коронкой 21 не жестко, как в прототипе, а через подвижное шлицевое соединение в гайке 22. Одновременно коронка 21 через это же соединение воспринимает крутящий момент от колонны бурильных труб 13 и вращается относительно обрабатываемого забоя скважины, что необходимо для эффективного разрушения породы в различных горногеологических условиях. При заполнении керноприемника 25 подача энергоносителя в рукав 6 прекращается. Приводом управления пакером 19 отводят рычаги 18 от пластин 16 конического уплотнения 15. Кулачки 26 (фиг. 4) утопляются кольцами 28 в корпус 27, деформируя баллон 29. Включают реверс привода 5 и барабан 4, наматывая энергонесущий рукав 6, поднимает ударную машину 24 с керноприемником 25 из колонны бурильных труб 13. Ударная машина 24, дойдя до корпуса 14 пакера, упирается в пластины 17 уплотнения 15, раскрывает колонну бурильных труб 13 и далее поднимается вместе с уплотнением 15 до упора в мачте 9. Последняя наклоняется гидроцилиндром 10 через канат 11, и ударная машина 24 с керноприемником 25 опускается внутрь бурового здания 1 на рабочую площадку для удаления кернового материала из керноприемника 25 или для замены последнего порожним. Затем цикл повторяется.

При бурении скважин в сложных условиях с сальниковым образованием отводной рукав 20 пакера либо перекрывается, либо в него подают очистной агент (промывочную жидкость) для очистки забоя или промывки скважины в целом. Отработанный энергоноситель отводится через затрубное пространство, исключая завалы в скважине и захваты бурового снаряда. Тем самым расширяются технологические возможности работы буровой установки.

Закрепление ударной машины 24 внутри колонны буровых труб 13 посредством кулачков 26 и эластично-упругого проточного баллона 29, срабатываемых при подаче энергоносителя в рукав 6, позволяет закрепить ударную машину 24 в любом месте колонны бурильных труб 13 и осуществить захват керноприемников 25 кернового материала в случае вывала последнего в колонну бурильных труб 13 или работать с различной длиной керноприемника, что существенно важно при бурении различных горных пород. (56) Информационный сборник "Научно-технические достижения и передовой опыт в области геологии и разведки недр". - М. : 1991, N 2, с. 48-55.

Авторское свидетельство СССР N 1070304, кл. Е 21 С 1/00, 1982.