RU2337226C1 - Drilling unit - Google Patents

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: unit contains foundation (1), tower (2), pivotally connected to foundation (1) and mounted rotatable into working and transport position by means of hydraulic ram (3), carriage (4), mounted with displacement ability lengthwise tower (2). Tower (2) is outfitted by brackets (5), ends of which are pivotally fixed on bearing axle (6), journals of which are located in clamps (8), mounted on rests (9), located on foundation (1), at that brackets (5) are installed with ability of detachable affixment with foundation (1). Facility for inclination change and tower fixing is implemented in the form of telescopiform abutments (10) and levers (11), pivotally connected to each other on axis (12), located in rests (13), and installed on foundation (1). Other ends of telescopiform abutments (10) are pivotally connected to tower (2) on axis (14), and levers (11) by other ends are interlocked solidly with bearing axle (6).

EFFECT: provides stepless control and accuracy rising of tower inclination at inclined well drilling; improvement of productivity; reliability and ease of drilling unit operation.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к буровым установкам, и может быть использовано в геологоразведке для бурения геофизических и структурно-поисковых скважин на нефть и газ, разведки месторождений твердых полезных ископаемых, строительных материалов и подземных вод, а также бурения водозаборных и взрывных скважин.The invention relates to the field of well drilling, namely to drilling rigs, and can be used in geological exploration for drilling geophysical and structurally exploratory wells for oil and gas, exploration of deposits of solid minerals, building materials and groundwater, as well as drilling of water and explosive wells.

Известна буровая установка, содержащая основание, шарнирно установленную на нем мачту, выполненную в виде прямоугольной рамы, состоящей из двух трубчатых стоек, соединенных верхней и нижней поперечинами, телескопические подкосы с зажимами для изменения ее углового положения, каретку с двигателем и вращателем, подвижно размещенную на стойках мачты, гидроцилиндр перемещения каретки, размещенный между верхней и нижней поперечинами мачты, при этом его гильза жестко закреплена в каретке, а шток соединен с нижней поперечиной (см. патент РФ на изобретение №2249665, 7 Е21В 7/02, «Буровая установка», опубликованный 2005.04.10).A well-known drilling rig containing a base, a mast pivotally mounted on it, made in the form of a rectangular frame consisting of two tubular posts connected by upper and lower crossbars, telescopic struts with clamps to change its angular position, a carriage with an engine and a rotator, movably placed on mast racks, a hydraulic cylinder for moving the carriage located between the upper and lower mast cross members, while its sleeve is rigidly fixed in the carriage, and the rod is connected to the lower cross member (see RF patent for Invention No. 22949665, 7 ЕВВ 7/02, “Drilling Rig”, published 2005.04.10).

Недостатком известной малогабаритной буровой установки является то, что она маломощна и предназначена в основном для бурения вертикальных скважин. Телескопические подкосы выполняют только функцию фиксации мачты в вертикальном положении. Функцию изменения угла наклона мачты при переводе ее в рабочее и транспортное положение они не выполняют, так как мачту поднимают в рабочее вертикальное положение посредством дополнительно прилагаемой силы (вручную или лебедкой), а при переводе мачты в транспортное положение телескопические подкосы вручную складывают и фиксируют зажимами. Известные телескопические подкосы с зажимами не могут выдержать большие нагрузки от наклонной мачты при наклонном бурении, тем более не могут обеспечить постоянный угол наклона в процессе бурения и бесступенчато его регулировать при такой нагрузке.A disadvantage of the known small-sized drilling rig is that it is low-power and is intended mainly for drilling vertical wells. Telescopic struts perform only the function of fixing the mast in a vertical position. They do not perform the function of changing the angle of inclination of the mast when moving it to the working and transport position, since the mast is raised to the working vertical position by means of additional applied force (manually or by winch), and when the mast is in the transport position, the telescopic struts are manually folded and fixed with clamps. Known telescopic struts with clamps can not withstand large loads from an inclined mast during inclined drilling, moreover they cannot provide a constant angle of inclination during drilling and can be continuously adjusted for such a load.

Известна буровая установка, содержащая мачту, шарнирно соединенную с несущей рамой и установленную с возможностью поворота в рабочее и в транспортное положение при помощи гидроцилиндра, корпус которого соединен с несущей рамой, а шток - с мачтой, снабженной направляющими для перемещения каретки вращателя, связанной со штоком цилиндра подачи (см. патент на изобретение РФ №2124108, 6 Е21В 15/00, «Буровая установка», опубликованный 1998.12.27).Known drilling rig containing a mast, pivotally connected to the supporting frame and mounted with the possibility of rotation in the working and transport position using the hydraulic cylinder, the body of which is connected to the supporting frame, and the rod with a mast equipped with guides for moving the rotator carriage associated with the rod feed cylinder (see patent for the invention of the Russian Federation No. 2124108, 6 ЕВВ 15/00, "Drilling rig", published 1998.12.27).

Известная буровая установка, также предназначенная в основном для бурения вертикальных скважин, не содержит устройства для фиксирования промежуточного наклонного положения мачты, поэтому она не может обеспечить надежную работу при бурении наклонных скважин, так как при помощи гидроцилиндра невозможно обеспечить длительное сохранение заданного наклонного положения мачты вследствие воздействия на шток и поршень постоянного усилия противодействия, а также вибрационных нагрузок и крутящих моментов от вращателя. Кроме того, возможные утечки и изменение давления в корпусе гидроцилиндра также вызывают изменение угла наклона мачты.Known drilling rig, also intended mainly for drilling vertical wells, does not contain a device for fixing the intermediate inclined position of the mast, therefore, it cannot provide reliable operation when drilling inclined wells, since it is impossible to ensure long-term preservation of the specified inclined position of the mast due to the impact on the rod and piston of a constant reaction force, as well as vibration loads and torques from the rotator. In addition, possible leaks and pressure changes in the cylinder body also cause a change in the mast angle.

Наиболее близкой по технической сущности является буровая установка, содержащая основание, мачту, шарнирно соединенную с основанием и установленную с возможностью поворота в рабочее и транспортное положение при помощи гидроцилиндра, корпус которого шарнирно соединен с несущей рамой, а шток шарнирно соединен с мачтой, каретку, установленную с возможностью перемещения вдоль мачты, при этом мачта снабжена кронштейнами, концы которых шарнирно закреплены на оси, расположенной в опорах, установленных на основании, кронштейны в их средней части установлены с возможностью разъемного соединения с основанием посредством опорной оси, цапфы которой закреплены в хомутах, при этом для фиксирования угла наклона мачты установлены вставки-ограничители (см. «Установка разведочного бурения УРБ-2А2 с комплектом приспособлений для бурения наклонных скважин», выпускаемая Машиностроительным заводом им. В.В.Воровского, город Екатеринбург, рекламный проспект, л.4, 2006 г.).The closest in technical essence is a drilling rig containing a base, a mast, pivotally connected to the base and mounted with the possibility of rotation in the working and transport position using a hydraulic cylinder, the body of which is pivotally connected to the supporting frame, and the rod is pivotally connected to the mast, a carriage mounted with the possibility of movement along the mast, while the mast is equipped with brackets, the ends of which are pivotally mounted on an axis located in the supports installed on the base, brackets in their middle part The tees are installed with the possibility of detachable connection with the base by means of a support axis, the pins of which are fixed in the clamps, while inserts-limiters are installed to fix the angle of the mast (see "Installation of exploratory drilling URB-2A2 with a set of devices for drilling deviated wells", manufactured by Mashinostroitelny plant named after V.V. Vorovsky, city of Yekaterinburg, brochure, l.4, 2006).

Недостатком известной буровой установки является ступенчатое регулирование угла наклона мачты при бурении наклонных скважин при помощи набора вставок, требующее длительного вспомогательного времени на разборку хомутов и переустановку необходимых вставок, что усложняет подготовку буровой установки к работе и снижает производительность. Кроме того, ступенчатое изменение угла наклона мачты при бурении наклонных скважин не позволяет обеспечить с заданной точностью необходимый угол, а следовательно, и расположение траектории наклонной скважины.A disadvantage of the known drilling rig is the stepwise adjustment of the angle of the mast when drilling deviated wells using a set of inserts, requiring a long auxiliary time for disassembling the clamps and reinstalling the necessary inserts, which complicates the preparation of the rig for operation and reduces productivity. In addition, the stepwise change in the angle of inclination of the mast when drilling deviated wells does not allow us to provide the required angle with a given accuracy, and therefore the location of the trajectory of the deviated well.

Техническим результатом изобретения является плавное регулирование угла наклона мачты при бурении наклонных скважин и повышение его точности, а также повышение производительности, надежности и удобства работы буровой установки.The technical result of the invention is the smooth adjustment of the angle of inclination of the mast when drilling deviated wells and increasing its accuracy, as well as improving the productivity, reliability and convenience of the drilling rig.

Указанный технический результат достигается тем, что буровая установка, содержащая основание, мачту, шарнирно соединенную с основанием и установленную с возможностью поворота в рабочее и транспортное положение при помощи гидроцилиндра, каретку, установленную с возможностью перемещения вдоль мачты, снабженной кронштейнами, концы которых шарнирно закреплены в опорах, установленных на основании, при этом кронштейны установлены с возможностью разъемного соединения с основанием посредством опорной оси, цапфы которой закреплены в хомутах опор, средство изменения угла наклона и фиксирования мачты, согласно изобретению, средство изменения угла наклона и фиксирования мачты выполнено в виде телескопических подкосов и рычагов, шарнирно соединенных между собой на оси, расположенной в опорах, установленных на основании, другие концы телескопических подкосов шарнирно соединены с мачтой, а рычаги другими концами жестко соединены с опорной осью, при этом телескопический подкос снабжен гайкой и контргайкой, снабженными рукоятками и установленными соответственно на тяге и корпусе подкоса, причем корпус подкоса снабжен буртиком, взаимодействующим с контргайкой.The specified technical result is achieved in that the drilling rig, comprising a base, a mast, pivotally connected to the base and mounted to rotate into the working and transport position using a hydraulic cylinder, a carriage mounted to move along the mast, equipped with brackets, the ends of which are pivotally mounted in supports mounted on the base, while the brackets are installed with the possibility of detachable connection with the base by means of a support axis, the pins of which are fixed in the clamps supports, means for changing the angle of inclination and fixing the mast, according to the invention, means for changing the angle of inclination and fixing the mast are made in the form of telescopic struts and levers pivotally connected to each other on an axis located in the supports mounted on the base, other ends of the telescopic struts are pivotally connected to the mast, and the levers at the other ends are rigidly connected to the support axis, while the telescopic strut is equipped with a nut and a lock nut, equipped with handles and mounted respectively on the rod and housing e strut, and the strut body is equipped with a collar interacting with the locknut.

Выполнение средства изменения угла наклона и фиксирования мачты в виде телескопических подкосов, шарнирно соединенных с мачтой и взаимодействующих с рычагами, шарнирно соединенными с телескопическими подкосами на оси, расположенной в опорах, установленных на основании, при этом рычаги другими концами жестко соединены с опорной осью, позволяет быстро переводить мачту из вертикального положения в рабочее наклонное с плавным изменением угла наклона для бурения наклонных скважин без применения дополнительной ручной корректировки, что повышает производительность буровой установки.The implementation of means for changing the angle of inclination and fixing the mast in the form of telescopic struts pivotally connected to the mast and interacting with levers pivotally connected to telescopic struts on an axis located in the supports mounted on the base, while the levers are rigidly connected to the supporting axis by other ends quickly translate the mast from a vertical position to a working inclined one with a smooth change of the angle of inclination for drilling deviated wells without the use of additional manual adjustment, which Witzlaus performance rig.

Кроме того, предлагаемая конструкция средства изменения угла наклона и фиксирования мачты позволяет при наклонном бурении перенести нагрузку со штока гидроцилиндра на основание через телескопические подкосы, рычаги и опоры, что повышает надежность работы гидроцилиндра, а следовательно, и буровой установки.In addition, the proposed design of the means for changing the angle of inclination and fixing the mast allows for inclined drilling to transfer the load from the hydraulic cylinder rod to the base through telescopic struts, levers and bearings, which increases the reliability of the hydraulic cylinder, and therefore the drilling rig.

Наличие гайки и контргайки, установленных соответственно на тяге и корпусе телескопического подкоса, позволяет быстро фиксировать необходимую длину подкоса, а следовательно, и угол наклона мачты.The presence of a nut and a lock nut, mounted respectively on the rod and the body of the telescopic strut, allows you to quickly fix the required length of the strut, and therefore the angle of the mast.

Прочная и жесткая фиксация тяги телескопического подкоса посредством гайки и контргайки, взаимодействующей с буртиком корпуса, позволяет надежно удерживать установленный угол наклона мачты на протяжении всего цикла бурения.Strong and rigid fixation of the telescopic strut thrust by means of a nut and a lock nut interacting with the bead of the housing allows you to reliably maintain the set mast angle throughout the entire drilling cycle.

Наличие у гайки и контргайки рукояток позволяет более удобно фиксировать тяги телескопического подкоса при подготовке буровой установки к работе, а также при переводе ее в транспортное положение.The presence of handles on the nut and locknut makes it easier to fix the telescopic strut link when preparing the rig for operation, as well as when transferring it to the transport position.

Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «новизна».Technical solutions that coincide with the totality of the essential features of the invention have not been identified, which allows us to conclude that the invention meets the condition of patentability “novelty”.

Заявляемые существенные признаки изобретения, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».The claimed essential features of the invention, predetermining the receipt of the specified technical result, do not explicitly follow from the prior art, which allows us to conclude that the invention meets the patentability condition "inventive step".

Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного выполнения изобретения.The patentability condition "industrial applicability" is confirmed by the example of a specific implementation of the invention.

На фиг.1 показана буровая установка в рабочем наклонном положении мачты.Figure 1 shows the drilling rig in the working inclined position of the mast.

На фиг.2 показано сечение А-А фиг.1.Figure 2 shows a section aa of figure 1.

На фиг.3 показано сечение Б-Б фиг.1.Figure 3 shows a section bB of figure 1.

Буровая установка содержит основание 1, мачту 2, шарнирно соединенную с основанием 1 и установленную с возможностью поворота в рабочее и в транспортное положение при помощи гидроцилиндра 3, каретку 4, установленную с возможностью перемещения вдоль мачты 2. Мачта 2 снабжена кронштейнами 5, концы которых шарнирно закреплены на опорной оси 6, цапфы 7 которой (см. фиг.3) расположены в хомутах 8, установленных на опорах 9, расположенных на основании 1, при этом кронштейны 5 установлены с возможностью разъемного соединения с основанием 1. Буровая установка содержит также средство изменения угла наклона и фиксирования мачты 2, выполненное в виде телескопических подкосов 10 и рычагов 11, шарнирно соединенных между собой на оси 12, расположенной в опорах 13, установленных на основании 1. Другие концы телескопических подкосов 10 шарнирно соединены с мачтой 2 на оси 14, а рычаги 11 другими концами жестко соединены с опорной осью 6. Телескопический подкос 10 (см. фиг.2) содержит корпус 15 и винтовую тягу 16, перемещающуюся в корпусе 15, а также снабжен гайкой 17 и контргайкой 18, установленными соответственно на тяге 16 и корпусе 15, при этом корпус 15 снабжен буртиком 19, взаимодействующим с контргайкой 18. Гайка 17 и контргайка 18 снабжены рукоятками 20. Каретка 4 с вращателем и гидродвигателем (не обозначены на чертеже) перемещается вдоль мачты 2, посредством гидроцилиндра подачи каретки 4 и тросово-талевой системы (не обозначены на чертеже).The drilling rig comprises a base 1, a mast 2, pivotally connected to the base 1 and mounted to rotate into the working and transport position using the hydraulic cylinder 3, a carriage 4 mounted for movement along the mast 2. The mast 2 is equipped with brackets 5, the ends of which are pivotally fixed on the supporting axis 6, the trunnion 7 of which (see Fig. 3) are located in the clamps 8 mounted on the supports 9 located on the base 1, while the brackets 5 are installed with the possibility of detachable connection with the base 1. Drilling rig and also contains means for changing the angle of inclination and fixing of the mast 2, made in the form of telescopic struts 10 and levers 11 pivotally connected to each other on an axis 12 located in the supports 13 mounted on the base 1. Other ends of the telescopic struts 10 are pivotally connected to the mast 2 on the axis 14, and the levers 11 with the other ends are rigidly connected to the supporting axis 6. The telescopic strut 10 (see figure 2) contains a housing 15 and a screw rod 16 that moves in the housing 15, and is also equipped with a nut 17 and a lock nut 18, respectively installed on cha e 16 and the casing 15, while the casing 15 is provided with a collar 19 interacting with the locknut 18. The nut 17 and the locknut 18 are equipped with handles 20. The carriage 4 with a rotator and a hydraulic motor (not shown in the drawing) is moved along the mast 2 by means of a hydraulic cylinder for feeding the carriage 4 and cable-hoist system (not indicated in the drawing).

Буровая установка работает следующим образом. В транспортном положении мачта 2 находится практически в горизонтальном положении, при этом опорная ось 6 находится в разомкнутом положении с хомутами 8. Для подготовки буровой установки к работе предварительно отсоединяют контргайку 18 и поднимают гайку 17 в верхнее положение. Затем гидроцилиндром 3 поднимают мачту 2 в вертикальное положение, вращая ее вокруг оси 12, при этом корпус 15 поворачивается на оси 12, а тяга 16, поворачиваясь на оси 14, перемещается вверх относительно корпуса 15. Опорная ось 6, жестко соединенная с концами рычагов 11, опускается вниз и своими цапфами 7 ложится на нижнюю часть хомутов 8, расположенных на опорах 9. Затем цапфы 7 зажимают хомутами 8. Происходит шарнирное соединение мачты 2 с основанием 1 посредством кронштейнов 5, шарнирно установленных на опорной оси 6.The drilling rig operates as follows. In the transport position, the mast 2 is practically in a horizontal position, while the support axis 6 is in the open position with the clamps 8. To prepare the drilling rig for operation, the lock nut 18 is previously disconnected and the nut 17 is raised to the upper position. Then, the mast 3 is raised by the hydraulic cylinder 3 to a vertical position, rotating it about the axis 12, while the housing 15 is rotated on the axis 12, and the rod 16, turning on the axis 14, moves upward relative to the housing 15. The supporting axis 6, rigidly connected to the ends of the levers 11 , falls down and with its pins 7 rests on the lower part of the clamps 8 located on the supports 9. Then the pins 7 are clamped with clamps 8. The mast 2 is pivotally connected by means of brackets 5 pivotally mounted on the supporting axis 6.

Буровая установка готова к вертикальному бурению, и после осуществления всех необходимых технологических операций по бурению скважин ее переводят в транспортное положение в обратном порядке.The drilling rig is ready for vertical drilling, and after all the necessary technological operations for drilling wells are carried out, it is transferred to the transport position in the reverse order.

Для бурения наклонных скважин мачту 2 предварительно устанавливают в вертикальное положение. После крепления цапф 7 опорной оси 6 в хомутах 8 опускают шток гидроцилиндра 3, который через ось 14 поворачивает мачту 2 на кронштейнах 5 до необходимого угла наклона. При этом тяги 16, опускаясь в корпусах 15, занимают рабочее положение. Затем опускают гайки 17 вниз и соединяют их с контргайками 18, затягивая их таким образом, что они упираются в обратную сторону бурта 19, а гайки 17 упираются в его наружный торец.For drilling deviated wells, the mast 2 is pre-installed in a vertical position. After mounting the pins 7 of the supporting axis 6 in the clamps 8, lower the rod of the hydraulic cylinder 3, which through the axis 14 rotates the mast 2 on the brackets 5 to the desired angle of inclination. In this case, the thrust 16, sinking in the buildings 15, occupy the working position. Then, the nuts 17 are lowered down and connected to the locknuts 18, tightening them so that they abut against the flange 19, and the nuts 17 abut against its outer end.

В результате происходит надежное крепление мачты 2, и вся нагрузка при работе буровой установки передается через тяги 16, корпуса 15, рычаги 11 и кронштейны 5 на основание 1.The result is a reliable fastening of the mast 2, and the entire load during the operation of the drilling rig is transmitted through rods 16, the housing 15, levers 11 and brackets 5 to the base 1.

После завершения работы освобождают тяги 16 от фиксированного положения в обратной последовательности, затем разъединяют опорную ось 6 с хомутами 8 и поворачивают мачту 2 в транспортное положение.After completion of the work, the rods 16 are released from the fixed position in the reverse sequence, then the supporting axis 6 is disconnected with the clamps 8 and the mast 2 is rotated to the transport position.

Claims (3)

1. Буровая установка, содержащая основание, мачту, шарнирно соединенную с основанием и установленную с возможностью поворота в рабочее и в транспортное положение при помощи гидроцилиндра, каретку, установленную с возможностью перемещения вдоль мачты, снабженной кронштейнами, концы которых шарнирно закреплены в опорах, установленных на основании, при этом кронштейны установлены с возможностью разъемного соединения с основанием посредством опорной оси, цапфы которой закреплены в хомутах опор, средство изменения угла наклона и фиксирования мачты, отличающаяся тем, что средство изменения угла наклона и фиксирования мачты выполнено в виде телескопических подкосов и рычагов, шарнирно соединенных между собой на оси, расположенной в опорах, установленных на основании, другие концы телескопических подкосов шарнирно соединены с мачтой, а рычаги другими концами жестко соединены с опорной осью.1. A drilling rig containing a base, a mast, pivotally connected to the base and mounted to rotate into the working and transport position by means of a hydraulic cylinder, a carriage mounted to move along the mast, equipped with brackets, the ends of which are pivotally mounted in supports mounted on the base, while the brackets are installed with the possibility of detachable connection with the base by means of a support axis, the pins of which are fixed in the clamps of the supports, means for changing the angle of inclination and fixing mast, characterized in that the means for changing the angle of inclination and fixing the mast is made in the form of telescopic struts and levers pivotally interconnected on an axis located in the supports mounted on the base, the other ends of the telescopic struts are pivotally connected to the mast, and the levers are other ends rigidly connected to the support axis. 2. Буровая установка по п.1, отличающаяся тем, что подкос снабжен гайкой и контргайкой, установленными соответственно на тяге и корпусе подкоса, причем корпус подкоса снабжен буртиком, взаимодействующим с контргайкой.2. The drilling rig according to claim 1, characterized in that the strut is equipped with a nut and a lock nut mounted respectively on the rod and the strut housing, and the strut housing is provided with a collar interacting with the lock nut. 3. Буровая установка по п.2, отличающаяся тем, что гайки и контргайки снабжены рукоятками.3. The drilling rig according to claim 2, characterized in that the nuts and locknuts are equipped with handles.

Images