RU2035580C1

RU2035580C1 - Drilling rig

Info

Publication number: RU2035580C1
Application number: RU92015808A
Authority: RU
Inventors: Ю.П. Лобанов; Ю.И. Кругляков; А.А. Шурыгин
Original assignee: Специальное конструкторское бюро по геологоразведочной технике "Геотехника"
Priority date: 1992-12-30
Filing date: 1992-12-30
Publication date: 1995-05-20

Abstract

FIELD: exploratory drilling. SUBSTANCE: drilling rig has movable rotary head made in form of regulated electric motor with hollow rotary table forming opening to pass drill pipes. Hollow rotary table is rigidly connected with cage of upper grapple. Electric motor is coaxially located between upper and lower grapples and rigidly connected with carriage which in its turn is connected with hydraulic cylinders of feed and body of upper grapple. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к геологоразведочному бурению и касается наземного бурового оборудования, в частности буровых станков. The invention relates to exploration drilling and relates to surface drilling equipment, in particular drilling rigs.

Известен буровой станок, содержащий подвижный вращатель с гидроприводом, устройство для захвата колонны труб и передачи крутящего момента. Вращатель этого станка представляет трехвальный четырехскоростной редуктор, смонтированный в литом корпусе с гидродвигателем. Known drill rig containing a movable rotator with hydraulic drive, a device for capturing a pipe string and transmitting torque. The rotator of this machine is a three-shaft four-speed gearbox mounted in a molded case with a hydraulic motor.

Недостатки известного станка сложность конструкции вращателя, сочетающего редуктор и двигатель, и необходимость для регулирования частоты вращения специального редуктора и регулятора. Кроме того, наличие редуктора снижает КПД системы вращения бурового става и ее надежность. Изменение частоты вращения бурового става в процессе сооружения скважины требует полной остановки вращения. The disadvantages of the known machine is the complexity of the design of the rotator, combining the gearbox and the motor, and the need to control the speed of the special gearbox and regulator. In addition, the presence of a gearbox reduces the efficiency of the rotation system of the drill string and its reliability. Changing the rotational speed of the drill string during the construction of the well requires a complete rotation stop.

Наиболее близким из известных является буровой станок, содержащий подвижный вращатель с проходным отверстием для бурильных труб, верхний захват с зажимом для крепления бурильных труб и обоймой, нижний захват для удержания бурильных труб, направляющую с верхней и нижней траверсами, гидроцилиндры подачи и каретку, перемещаемую по направляющим и жестко связанную с подвижным вращателем и гидроцилиндрами. The closest known is a drilling rig containing a movable rotator with a through hole for drill pipes, an upper grip with a clip for attaching drill pipes and a clip, a lower grip for holding drill pipes, a guide with upper and lower traverses, feed hydraulic cylinders and a carriage moved along directing and rigidly connected with a movable rotator and hydraulic cylinders.

Недостатки известного станка повышенная металлоемкость, обусловленная наличием трансмиссий, низкий КПД привода вращения и сложность регулирования частоты вращения бурового става, требующая полной остановки вращения, а также невозможность использования кинетической энергии массы ротора двигателя. The disadvantages of the known machine are the increased metal consumption due to the presence of transmissions, low efficiency of the rotation drive and the difficulty of adjusting the rotational speed of the drill stand, requiring a complete rotation stop, and the inability to use the kinetic energy of the mass of the rotor of the engine.

Цель изобретения создание бурового станка с безредукторным вращателем и автоматической регулировкой режима бурения, позволяющего повысить КПД и надежность станка, а также эффективность процесса бурения скважин. The purpose of the invention is the creation of a drilling rig with a gearless rotator and automatic adjustment of the drilling mode, which allows to increase the efficiency and reliability of the machine, as well as the efficiency of the drilling process.

Поставленная цель достигается тем, что в буровом станке, содержащем подвижный вращатель с проходным отверстием для бурильных труб, верхний захват с зажимом для крепления бурильных труб и обоймой, нижний захват для удержания бурильных труб, направляющую с верхней и нижней траверсами, гидроцилиндры подачи и каретку, перемещаемую по направляющим и жестко связанную с подвижным вращателем и гидроцилиндрами, подвижный вращатель выполнен в виде регулируемого электродвигателя с полым ротором, образующим отверстие для бурильных труб и жестко связанным с обоймой верхнего захвата. Электродвигатель размещен соосно между верхним и нижним захватами. Электродвигатель снабжен проставкой, жестко соединенной с его статором, корпусом верхнего захвата, а также с цилиндрами подачи и кареткой. This goal is achieved by the fact that in a drilling rig containing a movable rotator with a through hole for drill pipes, an upper grip with a clip for attaching drill pipes and a holder, a lower grip for holding drill pipes, a guide with upper and lower traverses, feed hydraulic cylinders and a carriage, moved along the guides and rigidly connected with the movable rotator and hydraulic cylinders, the movable rotator is made in the form of an adjustable electric motor with a hollow rotor forming an opening for drill pipes and rigidly with knitted with a clip of the upper grip. The electric motor is placed coaxially between the upper and lower grips. The electric motor is equipped with a spacer rigidly connected to its stator, the upper grip housing, as well as with the supply cylinders and the carriage.

Отсутствие редуктора в приводе вращения и использование регулируемого электродвигателя в качестве вращателя позволяет снизить тем самым металлоемкость, повысить КПД системы привода вращения бурового става и существенно повысить эффективность работы. Регулируемый электродвигатель позволяет плавно регулировать частоту вращения бурового става при неизменном крутящем моменте, что необходимо при бурении скважины, или резко увеличивать его (трехкратно) за счет возможности перегрузки двигателя. Это свойство позволяет избегать аварийных ситуаций при сооружении скважин и автоматически изменять режимы бурения в зависимости от условий проходимых пород без отрыва снаряда от забоя. Использованием кинетической энергии массы ротора электродвигателя позволяет надежно проводить бурение на высоких частотах вращения, не опасаясь прихватов бурового снаряда. The absence of a gearbox in the rotation drive and the use of an adjustable electric motor as a rotator can thereby reduce the metal consumption, increase the efficiency of the rotation drive system of the drill stand and significantly increase work efficiency. An adjustable electric motor allows you to smoothly adjust the rotational speed of the drill string at a constant torque, which is necessary when drilling a well, or dramatically increase it (three times) due to the possibility of engine overload. This property allows you to avoid accidents during the construction of wells and automatically change drilling modes depending on the conditions of passed rocks without breaking the shell from the bottom. Using the kinetic energy of the mass of the rotor of the electric motor allows reliable drilling at high speeds, without fear of sticking the drill.

На фиг.1 изображен буровой станок, общий вид; на фиг.2 то же, вид сбоку; на фиг.3 буровой станок со смещенной рамой относительно станины с нижним положением вращателя; на фиг.4 узел I на фиг.2; на фиг.5 сечение А-А на фиг.1; на фиг. 6 крепление двигателя к каретке, вид снизу; на фиг.7 сечение Б-Б на фиг.5; на фиг.8 сечение В-В на фиг.6. Figure 1 shows the drilling rig, a General view; figure 2 is the same side view; figure 3 drilling rig with an offset frame relative to the frame with the lower position of the rotator; in Fig.4 node I in Fig.2; figure 5 section aa in figure 1; in FIG. 6 engine mount to the carriage, bottom view; Fig.7 section BB in Fig.5; on Fig.8 section bb in Fig.6.

Буровой станок содержит раму 1, установленную с возможностью продольного перемещения на станине 2 для освобождения устья скважины. На раме шарнирно закреплена нижняя траверса 3, жестко соединенная с верхней траверсой 4 посредством направляющих 5. Полость 6 соединяет шарнирную верхнюю траверсу 4 с рамой 1 и служит для изменения угла бурения. The drilling rig contains a frame 1 mounted with the possibility of longitudinal movement on the frame 2 to release the wellhead. The lower beam 3 is pivotally fixed on the frame, rigidly connected to the upper beam 4 by means of the guides 5. The cavity 6 connects the articulated upper beam 4 with the frame 1 and serves to change the drilling angle.

Буровой станок включает подвижный вращатель 7 с проходным отверстием 8 для бурильных труб 9. Верхний захват 10, выполненный в данном случае в виде гидропатрона, имеет зажим (не показан) для крепления труб и обойму 11 и служит для передачи вращения и крутящего момента бурильной трубе. Нижний захват для удержания труб выполнен в виде трубодержателя 12 и установлен на нижней траверсе 3. The drilling rig includes a movable rotator 7 with a through hole 8 for drill pipes 9. The upper grip 10, made in this case in the form of a hydraulic cartridge, has a clip (not shown) for fastening pipes and a holder 11 and serves to transmit rotation and torque to the drill pipe. The lower grip for holding the pipes is made in the form of a pipe holder 12 and mounted on the lower traverse 3.

Механизм подачи станка выполнен в виде гидроцилиндров 13 подачи, размещенных между верхней и нижней траверсами 3 и 4 и жестко связанных с кареткой 14, перемещаемой по направляющим 5 вместе с жестко соединенным с ней подвижным вращателем 7. Подвижный вращатель 7 выполнен в виде регулировочного электродвигателя с полым ротором 15, образующим отверстие 8 для прохода труб 9. Ротор 15 жестко соединен с обоймой 11 верхнего захвата 10. Между верхним захватом 10 и электродвигателем установлена проставка 16, жестко соединенная с гидроцилиндрами 13 подачи и кареткой 14, а также со статором электродвигателя и корпусом верхнего захвата 10. Электродвигатель размещен между верхним 10 и нижним 12 захватами соосно им и соединен с кареткой 14 не только в верхней части через проставку 16, но и в нижней части. The feed mechanism of the machine is made in the form of feed cylinders 13, located between the upper and lower traverses 3 and 4 and rigidly connected to the carriage 14, which is moved along the guides 5 together with the movable rotator 7 rigidly connected to it. The movable rotator 7 is made in the form of an adjusting electric motor with a hollow the rotor 15, forming an opening 8 for the passage of pipes 9. The rotor 15 is rigidly connected to the holder 11 of the upper grab 10. Between the upper grab 10 and the electric motor there is a spacer 16, rigidly connected to the hydraulic cylinders 13 feed and car 14, as well as with the stator of the electric motor and the upper gripper body 10. The electric motor is located between the upper 10 and lower 12 grippers coaxially with it and connected to the carriage 14 not only in the upper part through the spacer 16, but also in the lower part.

Буровой станок работает следующим образом. С помощью подкоса 6 устанавливается требуемый угол бурения. Внутрь обоймы 11 верхнего захвата 10 и ротора 15 вставляется бурильная труба 9. Затем труба 9 зажимается в зажиме верхнего захвата 10, передающего трубе 9 вращение, и начинается бурение. После пробуривания скважины на глубину, равную величине хода подачи, бурильная труба 9 зажимается в трубодержателе 12, а верхний захват 10 раскрепляется. Затем вращатель 7 вместе с кареткой 14 и гидроцилиндрам 13 подачи перемещается вверх, труба 9 зажимается в верхнем захвате 10, трубодержатель 12 раскрепляется, и цикл повторяется. Drilling machine operates as follows. Using the strut 6, the required drilling angle is set. A drill pipe 9 is inserted inside the yoke 11 of the upper grip 10 and the rotor 15. Then, the pipe 9 is clamped in the clamp of the upper grip 10, transmitting rotation to the pipe 9, and drilling begins. After drilling the well to a depth equal to the size of the feed stroke, the drill pipe 9 is clamped in the pipe holder 12, and the upper grip 10 is unfastened. Then, the rotator 7 together with the carriage 14 and the supply hydraulic cylinders 13 moves up, the pipe 9 is clamped in the upper gripper 10, the pipe holder 12 is unfastened, and the cycle repeats.

Выполнение подвижного вращателя в виде регулируемого двигателя позволит сократить габариты и повысить КПД за счет ликвидации редуктора. Возможность автоматического плавного регулирования частоты вращения бурового става позволяет без отрыва снаряда от забоя изменять режимы бурения в зависимости от условий проходимых пород. The implementation of the movable rotator in the form of an adjustable motor will reduce the size and increase efficiency by eliminating the gearbox. The possibility of automatic smooth adjustment of the rotational speed of the drill string allows you to change the drilling regimes without tearing the shell from the bottom, depending on the conditions of the rocks passed.

Использование кинетической энергии массы ротора вращателя позволяет при относительно невысоком номинальном крутящем моменте силы на валу вращателя эффективно и надежно проводить бурение на высоких частотах вращения, не опасаясь прихватов бурового снаряда. Using the kinetic energy of the mass of the rotor rotor allows for relatively low nominal torque torque forces on the shaft of the rotator to effectively and reliably drill at high speeds without fear of sticking the drill.

Отказ от механической трансмиссии и автоматическое регулирование режима бурения ведут к существенному сокращению энергозатрат при бурении и повышению надежности работы станка. The refusal of a mechanical transmission and automatic regulation of the drilling mode lead to a significant reduction in energy consumption during drilling and increase the reliability of the machine.

Claims

1. DRILLING MACHINE, comprising a movable rotator with a through hole for drill pipes, an upper grip with a clip for attaching drill pipes and a holder, a lower grip for holding pipes, a guide with upper and lower traverses, feed hydraulic cylinders, a carriage that moves along the guides and is rigidly connected with a movable rotator and hydraulic cylinders, characterized in that the movable rotator is made in the form of an adjustable electric motor with a hollow rotor forming a hole for the drill pipe and rigidly connected with the clip of the upper capture, and the electric motor is placed between the upper and lower captures coaxially with them.

2. The machine according to claim 1, characterized in that the electric motor is equipped with a spacer rigidly connected to its stator by a housing of the upper grip, as well as with a feed cylinder and a carriage.