RU2249665C1

RU2249665C1 - Drilling device

Info

Publication number: RU2249665C1
Application number: RU2003122999/03A
Authority: RU
Inventors: А.П. Предеин (RU); А.П. Предеин; нов В.П. Аверь (RU); В.П. Аверьянов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Курганавторемонт"
Priority date: 2003-07-21
Filing date: 2003-07-21
Publication date: 2005-04-10
Also published as: RU2003122999A

Abstract

FIELD: geology.

SUBSTANCE: device has base, mast, jointly mounted thereon, telescopic element for changing its angular position, carriage with engine and rotator, moveably placed on mast posts, hydraulic cylinder for moving carriage, directed downwards by its rod, and hydraulic system. Hydraulic cylinder is placed between upper and lower mast bars, its shell is rigidly fixed in carriage, and rod is connected to lower bar. Upper bar and/or carriage body are made in form of tank for working liquid of hydraulic system. Hydraulic system pump is placed on rotator, while cinematic link of engine to pump and/or rotator is made in form of wedge-belt transfer link, and connections of leading and following sheaves with their shafts are made threaded with oppositely directed thread. Between rotator and hydraulic cylinders for protection of rod a skirt is placed in form of ribbon, fixed on ends of mast.

EFFECT: lesser dimensions, higher mobility.

4 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию, применяемому в геологоразведке, в частности к малогабаритным установкам для бурения разведочных и инженерно-геологических скважин в труднодоступных болотистых районах, а также в природоохранных зонах и стесненных условиях.The invention relates to equipment used in geological exploration, in particular to small-sized installations for drilling exploration and engineering-geological wells in hard-to-reach marshy areas, as well as in environmental zones and cramped conditions.

Известна буровая установка “УКБ-12/25” (Л.А.Шумов и др. Буровой унифицированный комплекс УКБ-12/25// М. Недра, 1990). Эта установка содержит основание, выполненное в виде рамы транспортной базы. На основании шарнирно установлена стойка, снабженная телескопическим подкосом для фиксации ее рабочего или транспортного положения. Стойка выполнена в виде сварной колонны из швеллеров. Внутренние поверхности полок швеллеров являются направляющими для размещенной на стойке каретки, несущей на себе вращатель и двигатель. На стойке смонтирован механизм перемещения каретки, выполненный в виде ручной лебедки, связанной с последней цепной передачей через пружинный аккумулятор.Known drilling rig "UKB-12/25" (L.A. Shumov and others. Unified drilling complex UKB-12/25 // M. Nedra, 1990). This installation contains a base made in the form of a frame of a transport base. A stand equipped with a telescopic strut for fixing its working or transport position is pivotally mounted on the base. The rack is made in the form of a welded column of channels. The inner surfaces of the channel shelves are guides for the carriage located on the rack, which carries the rotator and engine. A carriage moving mechanism is mounted on the rack, made in the form of a manual winch connected to the last chain transmission through a spring battery.

Описанная установка имеет приемлемые габариты и вес, обеспечивающие бурение скважин в указанных выше условиях, достаточно проста по конструкции и неприхотлива в эксплуатации. Однако применение такой установки в условиях, требующих высокой производительности, не удовлетворяет современным требованиям. Существенным ее недостатком является наличие ручного механизма перемещения каретки, требующего больших физических усилий бурильщика.The described installation has acceptable dimensions and weight, ensuring the drilling of wells in the above conditions, is quite simple in design and unpretentious in operation. However, the use of such an installation in conditions requiring high performance does not meet modern requirements. A significant drawback is the presence of a manual mechanism for moving the carriage, which requires great physical effort of the driller.

Известна установка буровая самоходная гидрофицированная УБС-Г00-(01) (Руководство по эксплуатации УБСГ 01.00.00.000 РЭ, ОАО “Геомаш”, г.Щигры, 2003 г., лист 67). Эта установка содержит мачту, шарнирно закрепленную на основании с возможностью установки ее в рабочем и транспортном положении. Основание смонтировано на гусеничном транспортере в его задней части. Мачта выполнена в виде пустотелой стойки коробчатого сечения и снабжена направляющими для сопряженной с ней каретки, несущей на себе вращатель с гидромотором. В мачте размещен механизм перемещения каретки, выполненный в виде гидроцилиндра, шток которого посредством трехрядной цепной передачи, удваивающей его ход, связан с кареткой. Исполнительные органы гидросистемы приводятся в действие насосом, соединенным с валом отбора мощности двигателя транспортера.Known drilling rig self-propelled hydroficated UBS-G00- (01) (Operation manual UBSG 01.00.00.000 RE, JSC "Geomash", Shchigry, 2003, sheet 67). This installation contains a mast pivotally mounted on the base with the possibility of installing it in the working and transport position. The base is mounted on a tracked conveyor in its rear. The mast is made in the form of a hollow rack of box-section and is equipped with guides for the carriage associated with it, bearing a rotator with a hydraulic motor. In the mast there is a mechanism for moving the carriage, made in the form of a hydraulic cylinder, the rod of which is connected with the carriage by means of a three-row chain transmission doubling its stroke. The hydraulic actuators are driven by a pump connected to the power take-off shaft of the conveyor motor.

Установка обеспечивает высокую производительность бурения за счет механизации основных и вспомогательных операций. Однако повышение производительности и облегчение условий труда на описанной установке оплачены следующими недостатками, связанными, в первую очередь, с механизмом перемещения каретки.The installation provides high drilling performance due to the mechanization of the main and auxiliary operations. However, increasing productivity and facilitating working conditions in the described installation are paid for by the following disadvantages, associated primarily with the carriage movement mechanism.

Во-первых, снижение массы гидроцилиндра, связанное с двукратным уменьшением его хода (950 мм против 1900 мм), многократно меньше увеличения массы механизма перемещения каретки за счет 15 метров втулочно-роликовой цепи и шести звездочек для нее с их осями и подшипниковыми узлами.Firstly, the decrease in the mass of the hydraulic cylinder associated with a twofold decrease in its stroke (950 mm versus 1900 mm) is much less than the increase in the mass of the carriage moving mechanism due to 15 meters of the sleeve-roller chain and six sprockets for it with their axes and bearing units.

Во-вторых, цепной удвоитель хода вдвое снижает максимальное усилие подачи каретки по отношению к усилию на штоке гидроцилиндра. Это, при прочих равных условиях, приводит к необходимости или увеличивать диаметр гидроцилиндра (с соответствующим увеличением поперечных размеров и массы мачты, в которой он размещен), или ограничивать усилие подачи каретки вверх (с соответствующим ограничением возможности извлечения из скважины прихваченной колонны). Таким образом, недостатком аналога, описанного выше, являются сложность и высокая материалоемкость мачты и механизма перемещения каретки, которые ограничивают его использование в труднодоступных районах и природоохранных зонах.Secondly, the chain stroke doubler halves the maximum feed force of the carriage with respect to the force on the hydraulic cylinder rod. This, ceteris paribus, leads to the need either to increase the diameter of the hydraulic cylinder (with a corresponding increase in the transverse dimensions and mass of the mast in which it is placed), or to limit the feed force of the carriage upward (with a corresponding limitation on the possibility of extracting a stuck string from the well). Thus, the disadvantage of the analogue described above is the complexity and high material consumption of the mast and the mechanism for moving the carriage, which limit its use in hard-to-reach areas and environmental zones.

Известна установка разведочного бурения УРБ-1В2, выпускаемая ЗАО Завод имени Воровского, г. Екатеринбург (паспорт В.00.00.000-1 ПС, 1998 г., лист 3, 6). Эта установка наиболее близка к заявляемой по технической сущности и принята в качестве прототипа. Так же, как в УБС-Г00-(01), описанной выше, ее транспортной базой является гусеничный транспортер. Установка содержит основание, шарнирно установленную на нем мачту, выполненную в виде прямоугольной рамы. Мачта за счет поворота вокруг оси шарнира может занимать рабочее и транспортное положение с помощью гидроцилиндра подъема мачты. Стойки мачты являются направляющими, на которых подвижно установлена каретка, несущая на себе вращатель с двигателем, выполненным в виде гидромотора. Для перемещения каретки служит гидроцилиндр подачи, расположенный штоком вниз. Его гильза расположена над верхней поперечиной мачты и жестко соединена с ней нижней частью, а шток соединен с кареткой. Установка содержит также гидросистему для приведения в действие исполнительных органов установки. Бак для рабочей жидкости и насосы гидросистемы размещены в десантном отсеке транспортера. При этом насосы приводятся в действие силовой установкой транспортера и связаны с ней через коробку отбора мощности и раздаточную коробку.A well-known installation of exploratory drilling URB-1V2, manufactured by ZAO Vorovskiy Plant, Yekaterinburg (passport B.00.00.000-1 PS, 1998, sheet 3, 6). This installation is closest to the claimed technical essence and adopted as a prototype. Just as in UBS-G00- (01) described above, its transport base is a tracked conveyor. The installation comprises a base, a mast pivotally mounted on it, made in the form of a rectangular frame. The mast due to rotation around the axis of the hinge can occupy a working and transport position with the help of a hydraulic mast lifting cylinder. Mast racks are guides on which a carriage is mounted movably, supporting a rotator with an engine made in the form of a hydraulic motor. To move the carriage, the feed cylinder is located, with the stem down. Its sleeve is located above the upper mast cross member and is rigidly connected to it by the lower part, and the rod is connected to the carriage. The installation also contains a hydraulic system for actuating the executive bodies of the installation. The tank for the working fluid and the hydraulic pumps are located in the landing compartment of the conveyor. In this case, the pumps are driven by the power plant of the conveyor and connected to it through the power take-off and transfer case.

Установка, принятая в качестве прототипа, имеет, по сравнению с установкой УБС-Г00-(01), значительно более простые по конструкции и менее металлоемкие мачту и механизм перемещения каретки, что удешевляет установку при изготовлении и упрощает ее эксплуатацию.The installation adopted as a prototype has, in comparison with the UBS-G00- (01) installation, a mast that is much simpler in design and less metal-intensive and a carriage moving mechanism, which makes the installation cheaper and easier to operate.

Однако недостатком прототипа является громоздкость его конструкции. Причины этого недостатка заключаются в том, что гильза гидроцилиндра перемещения каретки, будучи расположенной на верхней поперечине мачты, в два раза удлиняет ее металлоконструкцию, а бак для рабочей жидкости гидросистемы и насосы с гидроразводкой, размещены в транспортном отсеке, уменьшая его полезный объем и ограничивая возможность его использования по прямому назначению.However, the disadvantage of the prototype is the bulkiness of its design. The reasons for this drawback are that the sleeve of the hydraulic cylinder for moving the carriage, being located on the upper cross member of the mast, doubles its metal structure, and the tank for the hydraulic fluid and hydraulic pumps are placed in the transport compartment, reducing its useful volume and limiting the possibility of its intended use.

Таким образом, прототип имеет простую, но громоздкую конструкцию, что препятствует использованию ее в малогабаритных буровых установках типа УКБ-12/25.Thus, the prototype has a simple but bulky design, which prevents its use in small-sized drilling rigs such as UKB-12/25.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является разработка простой, но компактной, гидрофицированной малогабаритной буровой установки.The problem solved by the invention is the development of a simple, but compact, hydroficated small-sized drilling rig.

Поставленная задача решается тем, что в буровой установке, содержащей основание, шарнирно установленную на нем мачту в виде прямоугольной рамы, телескопический элемент для изменения ее углового положения, каретку с двигателем и вращателем, подвижно размещенную на стойках мачты, гидроцилиндр перемещения каретки, расположенный штоком вниз, а также гидросистему, в отличие от прототипа, гидроцилиндр размещен между верхней и нижней поперечинами мачты, его гильза жестко закреплена в каретке, а шток соединен с нижней поперечиной, при этом верхняя поперечина и/или корпус каретки выполнены в виде бака для рабочей жидкости гидросистемы.The problem is solved in that in a drilling rig containing a base, a mast pivotally mounted on it in the form of a rectangular frame, a telescopic element for changing its angular position, a carriage with an engine and a rotator, movably placed on the mast posts, a hydraulic cylinder for moving the carriage located with the rod down , as well as the hydraulic system, unlike the prototype, the hydraulic cylinder is placed between the upper and lower mast cross members, its sleeve is rigidly fixed in the carriage, and the rod is connected to the lower cross member, with the top Thread cross member and / or the carriage housing are made in the form of a tank for hydraulic fluid.

Технический эффект изобретения - компактность буровой установки - обеспечивается описанными выше размещением гидроцилиндра, не выступающего при нижнем положении каретки за габарит мачты, и совмещением функций силовых элементов установки - корпуса каретки и верхней поперечины рамы - с функцией емкости для рабочей жидкости гидросистемы.The technical effect of the invention, the compactness of the drilling rig, is ensured by the placement of the hydraulic cylinder, which does not protrude beyond the mast at the lower position of the carriage, and by combining the functions of the power components of the installation — the carriage body and the upper cross member of the frame — with the function of the capacity for the hydraulic fluid.

Насос гидросистемы, так же, как и в установке-прототипе, может быть размещен на транспортной базе и кинематически связан с ее силовой установкой. Однако более целесообразным вариантом конструкции заявляемой установки является размещение насоса гидросистемы на вращателе. Это позволит обеспечить автономность гидросистемы установки от транспортной базы и использовать в этом качестве прицепные сани, буксируемые снегоходом.The hydraulic system pump, as well as in the prototype installation, can be placed on a transport base and kinematically connected with its power plant. However, a more appropriate design option of the inventive installation is the placement of the hydraulic pump on the rotator. This will ensure the autonomy of the installation's hydraulic system from the transport base and use trailed sleds towed by a snowmobile as such.

Кинематическая связь двигателя установки с насосом и/или вращателем может быть выполнена в виде механической передачи. Наиболее оптимальным ее вариантом является ременная передача (клиновым или зубчатым ремнем). Это позволяет снизить требования к точности изготовления и монтажа передачи и ее материалоемкость.The kinematic connection of the installation engine with the pump and / or rotator can be made in the form of a mechanical transmission. Its most optimal option is a belt drive (V-belt or timing belt). This allows you to reduce the requirements for precision manufacturing and installation of the transmission and its material consumption.

Для дополнительного упрощения привода, в отличие от традиционных шлицевых или шпоночных соединений, сопряжения ведущего и ведомого шкивов со своими валами могут быть выполнены резьбовыми, с противоположно направленной нарезкой. Такое сопряжение одновременно и центрирует шкив на валу, и передает крутящий момент.To further simplify the drive, unlike traditional splined or keyed joints, the mating of the drive and driven pulleys with their shafts can be threaded, with an opposite direction of threading. This pairing simultaneously centers the pulley on the shaft and transmits torque.

Для защиты штока между вращателем и гидроцилиндром может быть размещен фартук, выполненный в виде ленты, закрепленной на концах мачты. Это позволяет без увеличения габаритов мачты и усложнения ее конструкции защитить шток гидроцилиндра, расположенного близко к рабочей зоне, от возможных ударов при монтаже и демонтаже бурового инструмента на вращателе и от попадания на шток шлама.To protect the rod between the rotator and the hydraulic cylinder, an apron can be placed in the form of a tape fixed to the ends of the mast. This allows, without increasing the mast dimensions and complexity of its design, to protect the hydraulic cylinder rod located close to the working area from possible shocks during installation and dismantling of the drilling tool on the rotator and from falling into the sludge rod.

Конструкция предлагаемой буровой установки иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид установки при нижнем положении каретки, на фиг.2 - вид А - каретка с гидроцилиндром (вариант с верхней поперечиной в виде гидробака), на фиг.3 - вид А - каретка с гидроцилиндром (вариант с корпусом каретки в виде гидробака), на фиг.4 - вид А - каретка с гидроцилиндром (вариант с корпусом каретки и верхней поперечиной в виде объединенного гидробака), на фиг.5 - разрез Б-Б - вариант соединения двигателя с насосом клиноременной передачей, на фиг.6 - разрез Б-Б - вариант соединения двигателя с вращателем клиноременной передачей, на фиг.7 - разрез Б-Б - вариант соединения двигателя с насосом и вращателем клиноременной передачей, на фиг.8 - общий вид установки при верхнем положении каретки.The design of the proposed drilling rig is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a general view of the installation at the lower position of the carriage, in Fig. 2 - view A - carriage with hydraulic cylinder (version with an upper cross member in the form of a hydraulic tank), Fig. 3 - view A - carriage with a hydraulic cylinder (version with a carriage body in the form of a hydraulic tank), Fig. 4 - view A - carriage with a hydraulic cylinder (option with a carriage body and an upper cross member in the form of a combined hydraulic tank), Fig. 5 - section B-B - connection option engine with a V-belt pump, Fig.6 - section B- - Engine Option compound rotator V-belt transmission 7 - section B-B - engine option connections to the pump and the rotator belt drive, in Figure 8 - a general view of the installation at the top position of the carriage.

Предлагаемая буровая установка состоит из основания 1 (см. фиг.1), шарнирно установленной на нем мачты 2 с телескопическими подкосами 3, имеющими зажимы 4 для фиксации положения мачты. Мачта 2, выполненная в виде прямоугольной рамы, состоит из двух трубчатых стоек 5, соединенных верхней 6 и нижней 7 поперечинами. На стойках 5, выполняющих функцию направляющих, размещена каретка 8 с вращателем 9 и двигателем 10. Механизм перемещения каретки 8 выполнен в виде гидроцилиндра 11, установленного штоком 12 вниз (см. фиг.2). Гильза гидроцилиндра 11 жестко закреплена в каретке 8, а шток соединен с нижней поперечиной 7. Параллельно плоскости стоек 5 между вращателем и гидроцилиндром размещен фартук 13 (см. фиг.1, фиг.2) для защиты штока гидроцилиндра, выполненный в виде ленты. Концы фартука 13 закреплены на верхней 6 и нижней 7 поперечинах мачты 2.The proposed drilling rig consists of a base 1 (see figure 1), a mast 2 pivotally mounted on it with telescopic struts 3 having clamps 4 for fixing the position of the mast. The mast 2, made in the form of a rectangular frame, consists of two tubular posts 5, connected by the upper 6 and lower 7 cross members. On racks 5, performing the function of guides, a carriage 8 with a rotator 9 and an engine 10 is placed. The mechanism for moving the carriage 8 is made in the form of a hydraulic cylinder 11 installed downward by the rod 12 (see Fig. 2). The cylinder liner 11 is rigidly fixed in the carriage 8, and the rod is connected to the lower cross member 7. Parallel to the plane of the struts 5 between the rotator and the hydraulic cylinder there is an apron 13 (see figure 1, figure 2) for protecting the cylinder rod, made in the form of a tape. The ends of the apron 13 are fixed on the upper 6 and lower 7 crossbars of the mast 2.

Для повышения компактности и уменьшения материалоемкости установки в виде гидробака 14 может быть выполнена верхняя поперечина 6 (см. фиг.2), корпус подвижной каретки 8 (см. фиг.3) или обе одновременно (см. фиг.4), соединенные гибким трубопроводом 15. На гидробаке имеются заливное и сливное отверстия, закрытые соответственно пробками 16 и 17. С этой же целью насос гидросистемы установлен на вращателе 9.To increase compactness and reduce material consumption of the installation in the form of a hydraulic tank 14, the upper cross member 6 (see FIG. 2), the housing of the movable carriage 8 (see FIG. 3) or both simultaneously (see FIG. 4) connected by a flexible conduit can be made 15. On the hydraulic tank there are filler and drain holes, respectively closed with plugs 16 and 17. For the same purpose, the hydraulic pump is installed on the rotator 9.

Кинематическая связь двигателя 10 с насосом 18 гидросистемы (см. фиг.5), двигателя с вращателем 9 (см. фиг.6) или двигателя с вращателем и двигателя с насосом одновременно (см. фиг.7) может быть выполнена в виде клиноременных передач 19 и 20, причем соединения шкивов со своими валами выполнены резьбовыми и имеют противоположную нарезку с направлением резьбы на затягивание при передаче крутящего момента.The kinematic connection of the engine 10 with the pump 18 of the hydraulic system (see Fig.5), the engine with the rotator 9 (see Fig.6) or the engine with the rotator and the engine with the pump at the same time (see Fig.7) can be made in the form of V-belt drives 19 and 20, and the connection of the pulleys with their shafts are threaded and have the opposite thread with the direction of the thread to tighten when transmitting torque.

Все эти меры ведут к уменьшению веса и габаритов установки, а кинематическое соединение насоса с двигателем установки позволяет обеспечить ее автономность и возможность использования на прицепе с малогабаритным высокопроходимым транспортным средством.All these measures lead to a decrease in the weight and dimensions of the installation, and the kinematic connection of the pump with the engine of the installation allows for its autonomy and the possibility of using it on a trailer with a small, highly passable vehicle.

Предлагаемая буровая установка работает следующим образом. После запуска двигателя 10 одновременно включается в работу насос 18 гидросистемы. Рукояткой управления гидрораспределителя (не показан) перемещают каретку 8 с вращателем 9 и двигателем 10 в крайнее верхнее положение (см. фиг.8). К выходному валу 21 вращателя присоединяют буровой инструмент 22, опускают буровой инструмент на грунт, включают муфту сцепления (не показана), после чего, управляя гидрораспределителем, направляют каретку с вращателем и буровым инструментом вниз. В конце хода выключают вращение выходного вала, отсоединяют буровой инструмент от вала вращателя и поднимают каретку в верхнее положение. Далее наращивают буровой инструмент и повторяют последовательность операций бурения. При достижении необходимой глубины скважины поднимают буровую колонну, последовательно отсоединяя секции бурового инструмента до полного извлечения всей буровой колонны.The proposed drilling rig operates as follows. After starting the engine 10, the hydraulic pump 18 is simultaneously turned on. The control valve of the control valve (not shown) moves the carriage 8 with the rotator 9 and the engine 10 to its highest position (see Fig. 8). A drilling tool 22 is connected to the output shaft 21 of the rotator, the drilling tool is lowered to the ground, a clutch (not shown) is turned on, after which, controlling the directional control valve, the carriage with the rotator and the drilling tool is directed down. At the end of the stroke, turn off the rotation of the output shaft, disconnect the drilling tool from the shaft of the rotator and raise the carriage to the upper position. Then the drilling tool is increased and the sequence of drilling operations is repeated. Upon reaching the required depth of the well, the drill string is raised, sequentially disconnecting the sections of the drilling tool until the entire drill string is completely removed.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволит повысить компактность и мобильность буровой установки, используя ее в труднодоступных районах и стесненных условиях в автономном варианте независимо от транспортной базы. Следовательно, оно обеспечивает технический эффект и может быть осуществлено с помощью известных в технике средств, т.е. обладает промышленной применимостью.Thus, the proposed technical solution will increase the compactness and mobility of the rig, using it in hard-to-reach areas and cramped conditions in an autonomous version, regardless of the transport base. Therefore, it provides a technical effect and can be carried out using means known in the art, i.e. has industrial applicability.

Claims

1. A drilling rig containing a base, a mast pivotally mounted on it in the form of a rectangular frame, a telescopic element for changing its angular position, a carriage with an engine and a rotator, movably placed on the mast posts, a hydraulic cylinder for moving the carriage located with the rod down, as well as a hydraulic system, characterized in that the hydraulic cylinder is located between the upper and lower mast cross members, its sleeve is rigidly fixed in the carriage, and the rod is connected to the lower cross member, while the upper cross member and / or the carriage body flax in the form of a tank for the hydraulic fluid.

2. The drilling rig according to claim 1, characterized in that the hydraulic system pump is located on the rotator, while the kinematic connection of the engine with the pump and / or rotator is made in the form of a V-belt drive.

3. The drilling rig according to claim 1 or 2, characterized in that the coupling of the leading and driven pulleys of the V-belt drive with its shafts are threaded and have opposite directional cutting.

4. The drilling rig according to claim 1, characterized in that between the rotator and the hydraulic cylinder there is an apron for protecting the rod, made in the form of a tape fixed to the ends of the mast.