RU2436923C1

RU2436923C1 - Drilling machine

Info

Publication number: RU2436923C1
Application number: RU2010113463/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Павлович Чухряев (RU); Николай Павлович Чухряев; Денис Сергеевич Макеев (RU); Денис Сергеевич Макеев
Priority date: 2010-04-06
Filing date: 2010-04-06
Publication date: 2011-12-20
Also published as: RU2010113463A

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: drilling machine includes transport base, mast with guides and upper tie, and movable rotator with guides, which is installed with possibility of axial movement along the mast guides, at that, rotator guides are arranged parallel to longitudinal axis of the mast, drilling column, hoisting winch, rope and movable and stationary rope sheaves, cross beam with clamps for fixation relative to the mast guides, which is arranged below upper tie of mast between movable and stationary rope sheaves, power feed hydraulic cylinders the stocks of which interact with cross beam, and housings are rigidly connected to guides of rotator. Clamps on cross beam are made in the form of the levers acting in the plane of perpendicular longitudinal axis of mast and connected to each other by means of locking hydraulic cylinder of double action, which is arranged in the same plane.

EFFECT: possibility of creating the additional pressure of drilling column during drilling process.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к буровым станкам, и может быть использовано для бурения шпуров и скважин различного назначения.The invention relates to the mining industry, namely to drilling machines, and can be used for drilling holes and wells for various purposes.

Известен вращательно-подающий механизм бурового станка, включающий мачту с верхней связью и направляющие, верхнюю и нижнюю поперечины с гидрозажимами для фиксации относительно направляющих мачты, траверсу с подвижным вращателем и силовые гидроцилиндры подачи, жестко связанные с верхней и нижней поперечинами (Авторское свидетельство СССР №1040105, кл. Е21В 3/02, 1983). Данное техническое решение позволяет осуществлять принудительное давление вращателя с буровым ставом на забой при помощи силовых гидроцилиндров подачи, перемещающихся вместе с поперечинами, обеспечивающими при помощи гидрозажимов возможность фиксирования последних относительно направляющих мачты в определенные моменты.Known rotary-feeding mechanism of the drilling rig, including the mast with the upper connection and guides, the upper and lower crossbars with hydraulic clamps for fixing relative to the guides of the mast, the traverse with a movable rotator and power supply cylinders rigidly connected to the upper and lower crossbars (USSR Author's Certificate No. 1040105 , CL E21B 3/02, 1983). This technical solution allows for the forced pressure of the rotator with the drill stand to the bottom using power supply cylinders that move together with the cross members, which provide with the help of hydraulic clamps the possibility of fixing the latter relative to the guide masts at certain times.

Недостаток данного технического решения заключается в сложности конструкции и низкой скорости бурения мягких пород из-за сдерживания вращателя с буровым ставом, так как штоки силовых гидроцилиндров подачи имеют постоянную жесткую кинематическую связь через поперечины с направляющими мачты станка и не обеспечивают свободной подачи. При этом отсутствие специального привода (например, канатного) для выполнения маневровых операций с вращателем во время спускоподъемных операций также увеличивает непроизводительные затраты.The disadvantage of this technical solution lies in the complexity of the design and low speed of drilling soft rocks due to containment of the rotator with the drill stand, since the rods of the power feed hydraulic cylinders have a constant rigid kinematic connection through the cross-beams with the guides of the mast of the machine and do not provide free feed. Moreover, the absence of a special drive (for example, cable) to perform shunting operations with the rotator during tripping operations also increases overhead.

Наиболее близким является буровой станок, включающий транспортную базу, мачту с направляющими и верхней связью и установленный с возможностью осевого перемещения по направляющим мачты, подвижный вращатель с направляющими, размещенными параллельно продольной оси мачты, буровой став, подъемную лебедку, канат и канатные, подвижный и неподвижный блоки, поперечину с зажимами для фиксации относительно направляющих мачты, размещенную ниже верхней связи мачты между подвижным и неподвижным канатными блоками, силовые гидроцилиндры подачи, штоки которых взаимодействуют с поперечиной, а корпуса жестко связаны с направляющими вращателя (патент РФ №2302504, Е21В 3/00, 2007). Данное техническое решение позволяет повысить производительность бурения вертикальных скважин в грунтах с крепкими прослоями породы за счет обеспечения принудительного давления на забой в нужный момент при помощи силовых гидроцилиндров подачи и снижения времени вспомогательных операций по наращиванию очередных звеньев бурового става вследствие наличия быстрого переподъема вращателя при помощи канатно-блочной системы. Это же техническое решение обеспечивает достаточную производительность при бурении мягких грунтов и пород за счет высокой скорости свободной подачи бурового става на забой.The closest is a drilling rig, which includes a transport base, a mast with rails and top link and installed with the possibility of axial movement along the mast rails, a movable rotator with rails arranged parallel to the longitudinal axis of the mast, a drill stand, a hoisting winch, a rope and a rope, movable and fixed blocks, a crosspiece with clamps for fixing relative to the mast guides, located below the upper mast connection between the movable and fixed rope blocks, power supply hydraulic cylinders, and which interact with the cross member, and the housing are rigidly connected with the guide rotator (RF patent №2302504, E 21 B 3/00, 2007). This technical solution allows to increase the productivity of drilling vertical wells in soils with strong rock interlayers by providing forced pressure to the bottom at the right time with the help of power supply hydraulic cylinders and reducing the time of auxiliary operations to build up the next links of the drill stand due to the rapid over-lifting of the rotator using the rope block system. The same technical solution provides sufficient productivity when drilling soft soils and rocks due to the high speed of free feed of the drill stand to the face.

Недостаток этого решения заключается в низкой производительности буровых станков, особенно с высокими мачтами, при бурении наклонных скважин в перемежающихся по крепости породах, так как в этот период может иметь место фактор ожидания свободного перемещения поперечины с упорами для силовых гидроплунжеров подачи, не имеющих постоянной кинематической связи с упорами поперечины, вследствие меньшей массы поперечины с зажимами свободно перемещающейся по мачте, вслед за более тяжелым вращателем с силовыми гидроплунжерами подачи, для создания дополнительного осевого давления бурового става на забой. При этом наличие зажимов поперечины на каждой направляющей мачты в виде гидропатронов предопределяет их индивидуальный гидропривод, регулировки свободного хода зажимных плашек внутри каждого гидропатрона и т.п., что, в свою очередь, при бурении наклонных скважин может приводить к перекосам поперечины. Причем зажимы(гидропатроны), как правило, имеют захватные части(плашки) в виде секторов для монтажа на трубчатые направляющие мачт, а следовательно, применимы не на всех типах мачт буровых станков, например на мачтах с плоскими направляющими.The disadvantage of this solution is the low productivity of drilling rigs, especially with high masts, when drilling deviated wells in rocks interspersed in the fortress, since during this period there may be a waiting factor for the free movement of the cross member with stops for power feed hydraulic plungers that do not have constant kinematic connection with stops of the cross member, due to the smaller mass of the cross member with clamps freely moving along the mast, following a heavier rotator with power feed hydraulic plungers, to create the additional axial pressure of the drill stand. At the same time, the presence of clamps of the cross member on each guide mast in the form of hydropartridges determines their individual hydraulic drive, adjusts the free travel of the clamping dies inside each hydraulic cartridge, etc., which, in turn, during drilling of deviated wells can lead to distortions of the cross member. Moreover, the clamps (hydropartridges), as a rule, have gripping parts (dies) in the form of sectors for mounting on tubular guide masts, and therefore, are not applicable on all types of masts of drilling rigs, for example, on masts with flat guides.

Заявляемое техническое решение направлено на упрощение конструкции и повышение производительности буровых станков с высокими мачтами при бурении наклонных скважин в перемежающихся по крепости породах путем обеспечения возможности оперативно создавать дополнительное давление бурового става на забой при встрече последнего с крепкими прослоями породы в процессе бурения.The claimed technical solution is aimed at simplifying the design and increasing the productivity of drilling rigs with high masts when drilling deviated wells in alternating formations of the fortress by providing the ability to quickly create additional pressure of the drill stand to the bottom when the latter meets strong layers of rock during drilling.

Это достигается тем, что в буровом станке, включающем транспортную базу, мачту с направляющими и верхней связью и установленный с возможностью осевого перемещения по направляющим мачты подвижный вращатель с направляющими, размещенными параллельно продольной оси мачты, буровой став, подъемную лебедку, канат и канатные, подвижный и неподвижный блоки, поперечину с зажимами для фиксации относительно направляющих мачты, размещенную ниже верхней связи мачты между подвижным и неподвижным канатными блоками, силовые гидроцилиндры подачи, штоки которых взаимодействуют с поперечиной, а корпуса жестко связаны с направляющими вращателя, зажимы на поперечине выполнены в виде рычагов, действующих в плоскости перпендикулярной продольной оси мачты и связанных между собой посредством замыкающего гидроцилиндра двустороннего действия, размещенного в той же плоскости. При этом силовые гидроцилиндры подачи выполнены в виде гидроцилиндров двустороннего действия, штоки которых жестко связаны с поперечиной, а захватные части рычагов зажимов поперечины конгруэнтны охватываемым поверхностям направляющих мачты.This is achieved by the fact that in the drilling rig, which includes the transport base, the mast with guides and top link and installed with the possibility of axial movement along the mast guides, a movable rotator with guides placed parallel to the longitudinal axis of the mast, drill stand, lifting winch, rope and cable, movable and fixed blocks, a cross member with clamps for fixing relative to the mast guides, located below the upper mast connection between the movable and fixed cable blocks, power supply hydraulic cylinders, stock which react with the cross member, and the housing is rigidly connected with the guide rotator, clamps on the cross member are formed as levers, acting in the plane perpendicular to the longitudinal axis of the mast and connected to each other through bidirectional locking cylinder disposed in the same plane. In this case, the power supply hydraulic cylinders are made in the form of double-acting hydraulic cylinders, the rods of which are rigidly connected to the cross-member, and the gripping parts of the levers of the clamps of the cross-member are congruent to the covered surfaces of the mast guides.

На фиг.1 показан общий вид бурового станка (момент начала бурения); на фиг.2 - то же, момент встречи бурового става с крепким прослоем породы; на фиг.3 показан разрез по А-А на фиг.1; на фиг.4 - разрез по Б-Б на фиг.2.Figure 1 shows a General view of the drilling rig (the start of drilling); figure 2 is the same, the moment of the meeting of the drill string with a strong layer of rock; figure 3 shows a section along aa in figure 1; figure 4 is a section along BB in figure 2.

Буровой станок включает транспортную базу 1, мачту 2 с направляющими 3, верхней связью 4 и установленный с возможностью осевого перемещения по направляющим 3 мачты 2 подвижный вращатель 5 с направляющими 6, размещенными параллельно продольной оси мачты 2, буровой став 7, подъемную лебедку 8, канат 9 и канатные, подвижный 10 и неподвижный 11 блоки, поперечину 12 с зажимами для фиксации относительно направляющих 3 мачты 2, размещенную ниже верхней связи 4 мачты 2 между подвижным 10 и неподвижным 11 канатными блоками, силовые гидроцилиндры подачи 13, штоки 14 которых взаимодействуют с поперечиной 12, а корпуса 15 жестко связаны с направляющими 6 вращателя 5, зажимы на поперечине 12 выполнены в виде рычагов 16, действующих в плоскости, перпендикулярной продольной оси мачты 2, и связанных между собой посредством замыкающего гидроцилиндра 17 двустороннего действия, размещенного в той же плоскости. При этом силовые гидроцилиндры подачи 13 выполнены в виде гидроцилиндров двустороннего действия, штоки 14 которых жестко связаны с поперечиной 12, а захватные части 18 рычагов 16 зажимов поперечины 12 конгруэнтны охватываемым поверхностям направляющих 3 мачты 2.The drilling rig includes a transport base 1, a mast 2 with guides 3, a top link 4 and a movable rotator 5 with guides 6 arranged parallel to the longitudinal axis of the mast 2, the drill stand 7, the hoist winch 8, a rope mounted with the possibility of axial movement along the guides 3 of the mast 2 9 and cable, movable 10 and fixed 11 blocks, cross member 12 with clamps for fixing relative to guides 3 of mast 2, located below the upper connection 4 of mast 2 between movable 10 and fixed 11 cable blocks, power supply hydraulic cylinders 13, rods 14 which interact with the cross member 12, and the housing 15 are rigidly connected with the guides 6 of the rotator 5, the clamps on the cross member 12 are made in the form of levers 16 acting in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the mast 2, and interconnected by means of a double-acting closing cylinder 17 located in the same plane. In this case, the power supply hydraulic cylinders 13 are made in the form of double-acting hydraulic cylinders, the rods 14 of which are rigidly connected to the cross member 12, and the gripping parts 18 of the levers 16 of the clamps of the cross member 12 are congruent to the covered surfaces of the guides 3 of the mast 2.

Станок работает следующим образом.The machine operates as follows.

В начале бурения (фиг.1) штоки 14 силовых гидроцилиндров подачи 13 полностью втянуты, поперечина 12 размещена над вращателем 5 и находится в нерабочем положении, т.е. шток замыкающего гидроцилиндра 17 втянут, а рычаги 16 с захватными частями 18 отведены от поверхностей направляющих 3 мачты 2. Подвижный вращатель 5 совместно с поперечиной 12 при помощи подъемной лебедки 8 и каната 9 через подвижный 10 и неподвижный 11 канатные блоки поднят в крайнее верхнее положение. После установки звена бурового става 7 во вращатель 5 при неизменном положении поперечины 12 и ее рычагов 16 осуществляется свободная подача вращающегося бурового става 7 (с вращателем 5 и поперечиной 12) на забой и производится собственно процесс бурения.At the beginning of the drilling (Fig. 1), the rods 14 of the power supply hydraulic cylinders 13 are fully retracted, the cross member 12 is located above the rotator 5 and is in the idle position, i.e. the rod of the closing hydraulic cylinder 17 is retracted, and the levers 16 with the gripping parts 18 are withdrawn from the surfaces of the guides 3 of the mast 2. The movable rotator 5 together with the cross member 12 using the lifting winch 8 and the rope 9 through the movable 10 and fixed 11 rope blocks are raised to their highest position. After installing the link of the drill stand 7 in the rotator 5 with the position of the cross member 12 and its levers 16 unchanged, the rotary drill stand 7 (with the rotator 5 and the cross member 12) is freely supplied to the bottom hole and the drilling process itself is performed.

При встрече крепкого прослоя породы (фиг.2) в процессе бурения (резкое снижение скорости свободной подачи става и т.п.) затормаживают подъемную лебедку 8 и вначале включают замыкающий гидроцилиндр 17, который посредством штока поворачивает рычаги 16 и захватными частями 18 фиксирует поперечину 12 относительно направляющих 3 мачты 2. Затем штоки 14 силовых гидроцилиндров подачи 13 начинают выдвигаться относительно поперечины 12 и перемещают вращатель 5 с буровым ставом 7 в сторону забоя, создавая дополнительное усилие на забой. После бурения на полную длину одного звена бурового става 7 (или на полную глубину скважины) происходит быстрое (вследствие небольших зазоров между поверхностью направляющих 3 мачты 2 и захватными частями 18 рычагов 16) втягивание штока замыкающего гидроцилиндра 17, отводящего рычаги 16 поперечины 12 от поверхностей направляющих 3 мачты 2. Затем происходит последующее силовое втягивание штоков 14 силовых гидроцилиндров подачи 13 и перевод поперечины 12 в исходное (нерабочее) положение. После чего осуществляется подъем вращателя 5 вместе с поперечиной 12 в крайнее верхнее положение. Подъем осуществляется при помощи подъемной лебедки 8, каната 9, подвижного 10 и неподвижного 11 канатных блоков. По мере достижения крайнего верхнего положения подъемная лебедка 8 затормаживается, а поперечина 12, в зависимости от принятой технологии, сложности забоя и др. факторов, может либо сразу фиксироваться при помощи рычагов 16 на направляющих 3 мачты 2, либо удерживаться тормозом (не показан) подъемной лебедки 8. После наращивания очередного звена бурового става 7 процесс бурения может возобновляется.When you meet a solid layer of rock (figure 2) during drilling (a sharp decrease in the speed of free feed of the stav, etc.), the lifting winch 8 is braked and first the closing hydraulic cylinder 17 is turned on, which rotates the levers 16 through the rod and captures the cross member 12 by the gripping parts 18 relative to the guides 3 of the mast 2. Then the rods 14 of the power supply hydraulic cylinders 13 begin to extend relative to the cross member 12 and move the rotator 5 with the drill stand 7 towards the bottom, creating additional force on the bottom. After drilling to the full length of one link of the drill string 7 (or to the full depth of the well), there is a quick (due to small gaps between the surface of the guides 3 of the mast 2 and the gripping parts 18 of the levers 16), the rod of the closing hydraulic cylinder 17, which takes the levers 16 of the cross member 12 away from the surfaces of the guides 3 masts 2. Then there is a subsequent power retraction of the rods 14 of the power supply hydraulic cylinders 13 and the cross member 12 is transferred to its original (inoperative) position. After that, the rotator 5 is lifted together with the cross member 12 to its highest position. Lifting is carried out using a lifting winch 8, a rope 9, a movable 10 and a fixed 11 rope blocks. As the extreme upper position is reached, the lifting winch 8 is braked, and the cross member 12, depending on the technology adopted, the complexity of the slaughter and other factors, can either be immediately fixed with levers 16 on the guides 3 of the mast 2, or can be held by a lifting brake (not shown) winches 8. After building up the next link of the drill string 7, the drilling process can resume.

Предлагаемое техническое решение за счет наличия зажимов в виде рычагов, действующих в плоскости, перпендикулярной продольной оси мачты и размещения замыкающего их гидроцилиндра двустороннего действия в той же плоскости, предопределяет упрощение конструкции, т.к. отпадает необходимость дополнительных рычагов, тяг и пр. передаточных устройств, подвода индивидуального гидропривода, например к каждому из зажимов(гидропатронов). При этом наличие рычагов обуславливает возможность выполнения их захватных частей конгруэнтными охватываемым поверхностям направляющих мачт любой конструкции, что расширяет область применения данных механизмов. В конечном итоге наличие канатно-блочной системы в совокупности с выполнением силовых гидроцилиндров подачи двустороннего действия и их жесткой связью с поперечиной, обладающей возможностью быстрого фиксирования на направляющих мачты, позволяет практически исключить фактор ожидания момента перемещения поперечины до соприкосновения со штоками гидроцилиндров подачи при бурении наклонных скважин в перемежающихся по крепости породах, особенно у станков с высокими мачтами, и повысить производительность буровых работ.The proposed technical solution due to the presence of clamps in the form of levers operating in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the mast and placement of a double-acting closing hydraulic cylinder in the same plane, determines the simplification of the design, because there is no need for additional levers, rods, etc. transmission devices, the supply of an individual hydraulic actuator, for example, to each of the clamps (hydropartridges). Moreover, the presence of levers makes it possible to make their gripping parts congruent to the covered surfaces of the guide masts of any design, which expands the scope of these mechanisms. Ultimately, the presence of a cable-block system in conjunction with the implementation of double-acting power feed hydraulic cylinders and their rigid connection with the cross member, which can be quickly fixed on the mast guides, practically eliminates the waiting factor for the moment the cross member moves before it contacts the stock hydraulic cylinder rods when drilling deviated wells in rocks alternating in the fortress, especially in machine tools with high masts, and to increase the productivity of drilling operations.

Claims

1. A drilling rig, including a transport base, a mast with rails and top link, and a movable rotator with axles parallel to the longitudinal axis of the mast, a drill stand, a hoisting winch, a rope and wire ropes, movable and fixed, mounted with the possibility of axial movement along the mast rails , a crosspiece with clamps for fixing relative to the mast guides, located below the upper mast connection between the movable and fixed rope blocks, power supply hydraulic cylinders, the rods of which interact t and cross, and the housing is rigidly connected with the guide rotator, characterized in that the clamps on the cross member are formed as levers, acting in the plane perpendicular to the longitudinal axis of the mast and connected to each other through bidirectional locking cylinder disposed in the same plane.

2. The drilling rig according to claim 1, characterized in that the power supply hydraulic cylinders are made in the form of double-acting hydraulic cylinders, the rods of which are rigidly connected to the cross member, and the gripping parts of the levers of the clamps of the cross member are congruent to the covered surfaces of the mast guides.