RU20530U1 - Импульсный гидроударник и установка для бурения с использованием импульсного гидроударника - Google Patents

Description

ГИДРОШРШ1К И УСТДНОВК&

дш РЕНШ С мааользовАщщ зшудьсного

Х@хнйчвокоб решение огаосихоя к конвгрукгивному выподнеш1ю оредсгв производства подводного ударного бурения, включая установку овай« обоад&ых груб и других оболочек а гакже к охационарныы опорным основаниям, выношенным в форме грубчатой опоры, при производстве бурения скважин на акваториях

Известные усхройсхва /4,12/ для погружения свай, колонн, груб и других оболочек в грунг традиционно включают сваю (оболочку) с закрепленным: ее нижней часги породоразрушакщим наконечником Забивка оваи осущеохвяяегоя ударами забивного снаряда по наголовку сваи (наковальне)«

Б ряде модификаций гаких усгройсхв /2,4/ забивной снаряд выполнен в виде монолитного груза (ударной массы) с направляюи ей шгангой, Сг ольаящей внухри колонны При эхом нижний конец сваи можег быгь выполнен либо с заостренным концом /2,3/, либо с огкрыгым концом /1,3/

Вояьшинс ву модификаций /2,V традиционного консгрукгивного выполнения забивных устройсхв со схемой забивки

MUKt E 21 в I/OQ, E Oa Ь 7/00

свай ударами по ее нагояовнику приоущи сдедущие недосхатКй /4/5

- большое число хрудоеыщх вспомогагедьшх операций и непроизБОдицельные затраты времени на lax зыноднение;

- ввдосхаточная энергия удара и возможность д@$орыа ции сваи и ее нежелательного раскачивания и/ияи наклона при увеличении высоты, скорости и« одедовагельно, энергии сбрасывания забивного внаряда.

Известны также гидроударные йяеханизмы /8-11/ дан догружения в донные грунты акваторий свай и других обояочек Однако их конструкщзя, в основном не обеспечивает симметричного имдуаьса воздействия гидрореактивной силы

Кроме тогО| большинству известных устроИств -аналогов прису|це противоречие между созданием достаточной энергии для забивания оболочки (особенно в твердых породах) и необходимостью исключения ее возможной деформации то противоречие может быть| в определенной мере разрешацо при воздействии ударом по Н4жне11 части колоннм /6/ или специальным устройством кольцевого забивного снаряда /3«4,7/. Эти устройства однако, яваяютоя весьма специфическими и не учитывают особенностей ударного бурения в различных условиях

L CTAHOftKHj

Известны также дя бурения с использованием забивных снарядов различной конструкции /5-9|1а/# Недостаточная стабилизация положения одор и недостаточная энергия ударов являются основными ограничительными факторами этих установок

чхо ваиболбб опхи14адьно11ву крихериш ояожносгь сгоимовгь эффбкхивность (Ффе достижение максимадько гозгаожной эфф@кгигнос и при минимально допуоги|у|ой сгоимосги и npocfoxe) производства, г sou чиояв бурения аа акваториях, {вожезг удовлетворись усгаковка, которая без значительных дополнительных захрах и технических преобразований можех 6bifb последовагельно иадальзована сначала в режиме монгажа, а после его завершения - в рабочем режиме При эхом установка должна иметь максимальный КПД ударного бурения с помощью использо вания адекватного забойного снаряда

Известная установка /3/, пршягая за протохип, предназначена для бурения скважины на акватории и оодержиг плавсредство о установленными на нем вышкой и лебедкой с подъемным просом, а закже смонтированные в режиме монхажа стационарное опорное основание, размещенную над поверхностью аква орзи и закрепленную на верхнем конусе основания рабочую платформу с буровыми механизмами и кольцевой забивной снаряд (КЗС), размещенный на опоре с возможностью посз удагельного перемеа ения по ней Дри эгом опорное обнование в усгановке /3/ выполнено в виде трубчатой опоры с башмаком в ее нижней часги, хрубчагая опора сосгоих из соединенных муффами отдельных секций K3G подвешен на концах перекинутой через два блока вышки плавсредсоа хросовой nefли, которая снабжена уравнозешивающей дугой Тросовая пехля посредохвом дуги соединена с подъемным fpocoM лебедки

Однако K3U в эшой уз1ановке /3/, выполненный в виде монолитного груза, в ряде случаев, создает недостаточную силу удара, что снижает эффективную производительность усй fauoBKu, Как показываех практика /I/ бурения на аквахориях з QкmЁ&QG ъ заОивного (щаряда Онхь повышена при спользоганш иипудъоного гидрореакгивнэго движигеяЯ| создающего иипуяьоы сиш дяя погружения оболочки доохагочной . Известный гвдроударник /1/| принятый за протохипэ выподнен в виде расдодоженного коакоиадьно охнооихеяьно аогружае ой ободочки шпудьсного гидрореакхивного движи хедя и ВЕдючаех Kaieepy выоокого давления о поршнем, канад аодачи сжагого воздуха и водомерное ооддо Однако, гидроударник /I/ предназначен ддя забивания в грунг эдеменхов Qxporo опредаденного диаметра и не можег бдужихь универоадьныи забивным снарядом ддя ободочек раздичного диа 1егра Устранение указанных недосхахков можег быгь досхигнухо спщиадьным консхрукхивным выподнением и адекватный посхроением средогв производсхва бурения на аквахориях о учетом коипдексного критерия одожноохь схоимоогь - эффективность. Сущность преддагаеыого технического решения закда)- чаегся в создании такой буровой установки ддя акватории, которая при миаи1яадьных датериадьных, финансовых и вре менных затратах позводида бы с по1у|ощью одного универсадького устройства - сп- циадизированного забивного снаряда реадизовать стабидизадию и устойчивость, а также постоянное натяжение опоры из |ipy6 При этоу ддя погружения в грунт ободочек разного диаыетра ишодьвуехся один и тот же универсадьннй гидроударник 4

Ооновцой технический рззудьхах - достижение синергии эффекгигцосхи при иопояьзованш универсадьного иыпудьсного гидроударника, выполненного в гиде КЗО в спедиаяьной консхрукции буровой установки на акваториях Дредяоженное хех ническое решение позводяег пошсихь производигедьновхь процеова бурения за ечег повышения а аидихуды импу ль оного воз действия при гидрореактигном ударе При этом повышае$ся надежность работы буровой установки, увеличивается глубина и скорость (проиеводитедьнооть) бурения« Кроме того, предлагаемая конструкция установки с использованием предлагае- мого импульсного гидроударыика отвечает требованиям универсальности, поскольку может быть эффективно использована последовательно в режимах монтажа и бурения для оболочек (свай, колонн и т«пО различного диаметра.

1ехнический результат предлагаемого конструктивного выполнения импульсного гидроударника достигается следующим образом.

Импульсный гидроударник выполнен в виде расположенного коаксиально относительно погружаемой оболочки импульсного гидрореактивного движителя и включает камеру высокого давления с поршнем, канал подачи сжатого воздуха и водометное сопло

Отличительной особенностью гидроударника является то, что он представляет E3G о внутренним цилиндрическим отверстием переменного диаметра, которое образовано закрепленным к корпусу цилиндрическим вкладышем, внутренний диаметр которого соответствует диаметру погружаемой оболочки.

цосхью его замены при изменении диаметра аогружабыой ободочки на вкладнш о заданным внухрвнниив диаметром,

Кроме ого, Г 11дроударш4к охдичаехся гем, он допоянигельно снабжен замковый устройством дая закрепяения на по погружаемой ободочке, выподненныва, например, в виде зажимного патрона

Технический реаудьхаг конструктивного выпоянения ус тановки дня бурения достигается следующий образом

Установка для бурения скважин на акваториях содержит плавсредство с установленными на нем вышкой и лебедкой о

под ьемнь1м тросом, а также смонтированные в режиме монтажа стационарное опорное основание, размещенную над поверхностью акватории и закрепленную на верхнем конце основания рабочую платформу с буровыми механизмами и K3G, размещенный на опоре с возможностью поступательного перемещения по ней. Причем опорное основание выполнено в вид@ трубчатой опоры с башмаком в ее нижней части, трубчатая опора состоит из соединенных муфтами отдельных секций, КВС подвешен на концах перекинутой через два блока вышки плавсредства тросовой , снабженной уравновешивающей дугой и соединенной посредством этой дуги с подъемным тросом лебедки.

Отличие установки заключается в том, что в качестве K3G использован предложенный (и описанный выше) гидроударник,

В частных случаях выполнения импульсный гидроударник установлен на соединительных муфтах трубчатой составной многосекционной опоры или на специально смонтированных кольцевых выступах погружаемой в грунт односекционной опоры

идлюсхрирузх конса;рукдию импульсного гидроудар- вика; на $иг« приведена коисхрукгигная установки для бурения в режиме монгажа опорного основания (аналогично /3/ показан варшнг плавсредсгва с 1Ьобразным проемом)

Ма предс авденн: ишуяъсвый водоуехный движзгеяь I, водомерное оопдо d, цилиндр 3 камеры высокого давяб ния, поршень 4, полость 5 подрывной камеры, подрывной кдапан 6 основную поаость 7| дриеввную каперу 8, канал 9 подачи ожаюго воздуха, погружаемый элемент lu, кольцевой выохуи (упор) II, цилиндрический вкладыш 1 и зажимной паз;pQU Х3«

Увхановка для бурения Сфиг«2) содержит плавсредство 14, вышку 13, лебедку 16, подъешый грос 17, опорное основание 13I КЗС 19« выполненный в виде иипульсного гидроударника (ооохвехогвуе позиции I на фиг), секции 20 основаниЯ| муфхы 21, башмак 22, блоки 23 вышка, гросовую пеглю 24 и уравновешиващую дугу

Импульсный водометный движитель I работает по следующей схеые2 сжатый газ через канал 9 непрерывно подается в камеру 7, плотно закрытую поршнем 4 во время ее заполнения. Водометное сопло 2 заполнено водой При достижении в каме- ре 5 расчетного давления происходит ее вскрытие, н вырвавшийся гаЗ| расширяясь, выбрасывает воду из водомета 2, создавая гидрореактивный импульс

Импульсный гидрореактивный движитель I размещен коаксиально относительно погружаемого элемента (оболочки) 1и, В корпус цилиндра 9 камеры высокого давления вмонтирован подрывной клапан 6 и канал 13 подачи сжатого воздуха в призыц; ю камеру 8 и Б основиую подоохь кзЁвзры высокого дав яения« аод|&1вной кдапак 6 обеспечивавг одновхоронний проход сжатого газа в подость 3 подрывной камеры Доршень 4 разобщаем основную подосгь камеры высокого давдвния и подосхь водомеха d. Погружаемый эдеменг 10 имвег кодьцевой упор (высгуп) II Дидиндрический вкяадыш ха обесп« чиваех рабоху импудьсного гидроударника с ободочками (хрубами) различного диаметра Дикд рабохы гидроударника повхоряехся по мере до схижения в основном поаосхи 7 камеры расчегного давления (выбираехся в предедах )|9 макоимадьного значения, обес« печиваемого копиреооором), при кохором происходих срабагывание подрывного кдапана 6 Таким образомt действием много крахного придожения импудвса гидрореакхивной оиды ободочка погружаехся в донный грунх«

Установка ддя бурения о исподьзованием импудьсного гидроударника рабохаех (в основном, анадогично /3/ сдедующ&ы образом,

В режиме монхажа в Ц-образном проеме пяавсредохва 14 монхируехся опорное основание 18 поодедовахедьным наращиванием охдальнмх секций 20 и скреплением их муфхами 21 Наращивание опоры 18 производится до упора башмака 22 в грунх на дне акватории. Монтаж опоры 18 производится дебедкой 16, оснащенной подъемным тросом 17, Затем производится схабидизация основания 18 с помощью КЗС 19 При эхом K3Q 19, подвешенный на концах хросовой 24, перекинутой через бдоки 2 и закрепденной посредсхвом дуги 23 к подъемному тросу 17, сдужит для забивания в грунт секций 20 опоры 18 гидрореакхивными импульсными ударами по соединитедьной 21 (иди кольцевому упору (выошупу) lit фиг«Х) flo достижевии доохахочцой гпубиш похружвния опоры 1ё в грунг с по- нощью лебедки 16 и подъемного гроса 17 ца опоре 18 иоагиру6ХСЯ рабочая пяагформа, и на ней усханавдиваютвя буровые иеханизш В рабочей режиме бурения усхойчивоогь основания 18 обеспечиваемся вертикальной силой нагяжения, создаваемой КЗО 19, подвешенный на концах гросовой пегяи 24.

Таким образом, в предлагаемой установке повышаехся устойчивость опорного основания и производительносхь процесса бурения Расчеты, подхвержденнме эксперименхами, показывают: труба диаметром 100 мм погружается в заиленный песок на Ю м за ударов импульсного гидроударника (Q, м за один удар) После глубин IU-II м до глубин 13-16 м внедрение уменьшается до 0«1 м за удар и практически прекра1даехся (и, м за один удар) Такой процесс погружения может быхь осуществлен при давлении вскрытия камеры импульсного гидроударника 200 кГ/см и суммарной движущийся массе 430 кг /1/« Таким образом« движитель предложенной конструкции может обеспечить импульс ридрореакхивной силы амплитудой в десятки тонн и дшхельносхью 10-30 млс (у прохохипа /3/ сила удара составляет I,5t3,0 что на порядок меньше, чем в предложенном техническом решении)

иОТОЧШШ до УРОВНЮ Т1Ш1ИШ

1« прототип аналоги:

1 СССР 2 542158, МШ &-OIVI/40, опубл, 05, Ш 1й I, с 253 (прохохип гидроударника) 2. Пат, РФ 1й 2I09I05, МОК Е 02 D 7/10, опубл. Ш Нз 11| о аЗб (аналог гидроудараика)«

3,Св-во на Ой РФ 1й IU765, й1ИК S 21 В 7/12, Jsl 02 В 17/00, одубл ,99: БИ fe 8, с. (nposofan установки для бурения),

4,iaees А.Г« Расдоао b«M«t Хворосхогвкий 0«С Бурение разведочных окгажин на шельфе, - Недра, 1988 1980 (аналоги уогановки для бурения: о, ),

11« Дополнительные исгочники по уровню техники:

5,Св-во на т РФ Ё 6017, МйЕ Е 21 В 1/00, опублл 16.02,98: ЙШШ, 1988| 1Ё 2, с, 34 (к 1,2).

6,Св-во на ПМ РФ Ш 17783, МЯК Е 02 D 7/02, Е 21 В 4/06, опубл, 27,04,2001 ЖИМ JE 12, о, 543 (К 1,2),

7,А#с, СССР 112 1011783, МКй Е 02 О 7/08, опубл,: Вй, 1983, й 14, О, 123| A,Q, СССР te II7300I, МКЙ JS 02 D 7/00, 21 В I9/iO, опубд,5 Бй, 1985, Ё 30, С, 1X6,

8,Has, cm Ш 482I8I2, МШ & 21 В 1/06 (ЙШ 173-17), оиубл, ЙСМ, ВЫЙ. 87, Ш 4, 19УО, с, 38,

9,Даг. РФ Ш 2012758, ШШ 21 В 4/06, опубл,: Бй, 1994, 1Й 9, а,102,

10,А.о, СССР Ш I28337I, MfliC Е 21 В 49/02, Е 21 В 7/12, опубл,: йен, 1мп, 87, №9, 1987, с, 14.

11,Заявка Нпонии Ш 61-54916, МКЙ К 21 С 3/20, опубл.: ЙСМ, вып, 87, te 19, 1987, с. 53,

12,Дронкин А,П,, Хворооховский С,С, Прогнозирование направлений развития разведочного бурения на шельфе, - М,: 000 «йедра-Бизнесцентр«| 1999, - ЗООо, (с, 179-182),

10

Claims (5)

1. Импульсный гидроударник, выполненный в виде расположенного коаксиально относительно погружаемой оболочки импульсного гидрореактивного движителя и включающий камеру высокого давления с поршнем, канал подачи сжатого воздуха и водометное сопло, отличающийся тем, что он представляет кольцевой забивной снаряд с внутренним цилиндрическим отверстием переменного диаметра, которое образовано закрепленным к корпусу цилиндрическим вкладышем, внутренний диаметр которого соответствует диаметру погружаемой оболочки.

2. Гидроударник по п.1, отличающийся тем, что цилиндрический вкладыш с возможностью его замены при измерении диаметра погружаемой оболочки на вкладыши с заданным внутренним диаметром.

3. Гидроударник по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен замковым устройством для закрепления на погружаемой оболочке, выполненным, например, в виде зажимного патрона.

4. Установка для бурения скважин на акваториях, содержащая плавсредство с установленными на нем вышкой и лебедкой с подъемным тросом, а также смонтированные в режиме монтажа стиационарное опорное основание, размещенную над поверхностью акватории и закрепленную на верхнем конце основания рабочую платформу с буровыми механизмами и кольцевой забивной снаряд, размещенный на опоре с возможностью поступательного перемещения по ней, причем опорное основание выполнено в виде трубчатой опоры с башмаком в ее нижней части, трубчатая опора состоит из соединенных муфтами отдельных секций, кольцевой забивной снаряд подвешен на концах перекинутой через два блока вышки плавсредства тросовой петли, снабженной уравновешивающей дугой и соединенной посредством этой дуги с подъемным тросом лебедки, отличающаяся тем, что в качестве кольцевого забивного снаряда использован импульсный гидроударник по п.1.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что импульсный гидроударник установлен на соединительных муфтах трубчатой составной многосекционной опоры или на специально смонтированных кольцевых выступах погружаемой в грунт односекционной опоры.