Підводна обертальна бурова установка

Реферат: UA 86570 U UA 86570 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничої промисловості, зокрема до підводних обертальних бурових установок, які встановлюються на дно водойми, а управління ними здійснюється з поверхневого плавзасобу. Відома підводна обертальна бурова установка "Шелфдріл" (Канада) [1], розроблена в 1972 р. фахівцями Бедфордського океанографічного інституту, серійний випуск якої розпочато в 1974 р. канадською фірмою "Хантек-70". Установка являє собою раму з алюмінієвого кутика, з привареними в її нижній частині лапами, що фіксують раму на дні. По центральній осі рами укріплена порожниста алюмінієва направляюча труба висотою 6,1 м. У направляючу трубі поміщена колонкова труба з алмазною коронкою, що має на зовнішній поверхні гвинтову нарізку і вертикальний шпонковий паз. Труба проходить через змонтовані в кожусі гайку подачі і привідну втулку, шпонка якої входить у паз колонкової труби. Гайка подачі і привідна втулка за допомогою незалежних ланцюгових передач з'єднані з ведучим валом, ці передачі забезпечують гайці подачі і привідній втулці різні швидкості обертання, внаслідок чого колонкова труба висувається вниз з лінійною швидкістю 17,5 см/хв, обертаючись зі швидкістю -1 1300 хв . Після того, як колонкова труба поглибиться в дно на всю довжину, напрямок обертання ведучого вала змінюється на протилежний, внаслідок ведуча зірочка відключається, обертання привідної втулки і колонкової труби припиняється. Під дією гайки подачі колонкова труба піднімається вгору зі швидкістю 3,3 м/хв. Промивання забою свердловини здійснюється за допомогою шестеренчастого насоса з подачею промивної рідини 16 л/хв. Для приводу ведучого вала і промивного насоса використовується реверсивний електродвигун потужністю 3,7 кВт, що працює на 3-фазному перемінному струмі напругою 440 В. Електроенергія подається з плавзасобу по 3-жильному кабелю, який суміщений з 8-жильним контрольним кабелем, призначеним для передачі на судно даних про кут нахилу пробовідбірника по двох перпендикулярних осях, тиск промивної рідини, швидкості проходки або вилучення колонкової труби, швидкості обертання коронки, струмі електродвигуна, а також команд з пульта керування. Маса підготовленого до роботи бура 840 кг, опускається на 16 мм плавучому синтетичному тросі зі стріли вантажопідйомністю 10 кН. Пробовідбірник забезпечує буріння свердловин глибиною до 5,8 м, при глибині моря до 360 м, може працювати при кутах нахилу морського дна до 15° і забезпечує буріння чотирьох свердловин на добу. Слід зазначити, що диференційно-гвинтові системи відрізняються низькою надійністю в силу значного зносу гвинтових пар як внаслідок електрохімічної корозії, так і через вплив абразивних частинок ґрунту. Відомі, також, підводні бурові установки з шпиндельним обертачем і гідравлічною системою подачі бурового інструмента. Прикладом подібних установок може служити пробовідбірник MD150 японської фірми "Кокен" [1], розроблений в 1967р., що забезпечує буріння свердловин глибиною до 25 м при глибині моря 150 м, включає, окрім рами з обертально-подавальним механізмом, направляючу щоглу, по одній з граней якої переміщається каретка, яка фіксує верхній кінець колонкової труби. Висота установки в цілому становить 25 м. Конструктивно установка MD-150 включає платформу з трьома гідравлічними регульованими опорами і монтажною рамою, що служить для розміщення вузлів бурового механізму. Останній включає електродвигун потужністю 19 кВт, який передає обертання на підйомну лебідку і шпиндель з внутрішнім діаметром 70 мм. Другий електродвигун потужністю 9,5 кВт забезпечує роботу двох гідроциліндрів подачі та гідравлічного затискного патрона. Третій електродвигун потужністю 3,7 кВт призначений для приводу поршневого одноциліндрового промивного насоса подвійної дії. На платформі розміщений маслобак ємністю 170 л. Основний недолік шпиндельної схеми підводних бурових установок полягає в складності технологічного циклу, що включає велику кількість операцій і вимагає використання ряду допоміжних пристроїв і механізмів. Збільшена висота щогли забезпечує збільшення глибини буріння, при цьому знижується стійкість установки на морському дні і її надійність. Найбільше поширення при створенні підводних обертальних установок, як найбільш надійна, отримала схема, в якій використані рухомі обертачі [2; 3]. Установки, як правило, включають в конструкцію горизонтальну основу, вертикальну щоглу, по напрямних якої переміщається рухомий обертач з приєднаним буровим інструментом. На основі розміщується буровий насос, допоміжні пристрої та механізми. До установки приєднується трос-кабель, що забезпечує живлення електродвигунів, управління установкою, її горизонтальне переміщення і спуск-підйом. Найбільш близькою до пропонованої корисної моделі (прототипом) є підводна бурова установка американської фірми "Локхід" [1], розроблена в 1970 p., призначена для буріння свердловин глибиною до 2,6 м при глибині моря до 100 м. Конструкція цієї установки включає горизонтальну трубчасту раму з алюмінію з чотирма опорними лапами довжиною по 1,3 м, на 1 UA 86570 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 якій укріплені чотири направляючих стійки, з'єднані між собою кількома кільцевими поясами. Між напрямних встановлена рухома каретка, яка підвішена до рами на нейлоновому тросі, "мертвий" кінець якого проходить через систему роликів і закріплений на верхньому майданчику каретки, а робочий - намотаний на барабан підйомної лебідки. Обертач через конічний редуктор пов'язаний з валом електродвигуна, розміщеного в маслозаповненому герметичному корпусі, забезпеченому еластичною діафрагмою для компенсації зміни тиску навколишнього -1 середовища. Потужність електродвигуна 2,2 кВт при частоті обертання вала 3600 хв . Порожнистий ведучий вал обертача через редуктор зв'язаний з барабаном лебідки і несе на своєму верхньому кінці сальник-вертлюг. Останній за допомогою шланга з'єднаний з промивним насосом, що працює від електродвигуна потужністю 0,75 кВт. Як робочий інструмент використана оснащена алмазною коронкою подвійна колонкова труба з внутрішньою трубою, що обертається, остання включає поліхлорвініловий керноприймальний вкладиш. Колонкова труба закріплена в ведучому валу за допомогою шліцьового з'єднання, що дозволяє легко від'єднати її в разі прихвату в свердловині. Пробовідбірник опускається для роботи на канаті, що кріпиться до сальника-вертлюга. Основні переваги даної конструктивної схеми полягають у простоті технологічного циклу роботи установки, легкості управління її роботою. Однак конструкція механізму подачі обертача недосконала, оскільки забезпечує фіксовану швидкість його осьового переміщення, що не дозволяє стабілізувати зусилля подачі, як це необхідно для нормальної роботи породоруйнуючого інструмента. Крім того, глибина буріння установкою обмежена висотою направляючої рами, збільшення цього параметра, відповідно глибини буріння, знизить стійкість установки на морському дні, надійність її роботи. Задача корисної моделі є збільшення глибини буріння свердловин підводною обертальною буровою установкою із забезпеченням необхідної її стійкості на морському дні, а також забезпечення можливості забору води для промивки свердловин в процесі бурінні з верхніх шарів водної товщі, де вода має більш високу температуру, ніж придонна. Поставлена задача вирішується тим, що підводна обертальна бурова установка, що включає опорну і направляючу рами, рухомий обертач, колонкову трубу з породоруйнуючим інструментом, промивний насос, згідно з корисною моделлю, колонкова труба телескопічно з'єднана з бурильною трубою, а промивний насос обладнаний всмоктуючим шлангом, на кінцевій частині якого закріплений поплавок. Бурильна колона включає одну або декілька бурильних труб, з'єднаних телескопічно. При спуску установки на дно водойми буровий інструмент знаходиться в транспортному положенні з розміщенням бурильних труб всередині колонкової труби, довжина якої не перевищує висоту направляючої рами. У робочому положенні бурового інструмента, при висуванні бурильних труб з колонкової труби на максимальну величину, його довжина перевищує висоту направляючої рами. Суть корисної моделі пояснюється наступними кресленнями: фіг. 1 - схема пропонованої установки з транспортним розміщенням бурового інструмента; фіг. 2 - переріз в площині А-А на фіг. 1; фіг. 3 - схема розташування установки на морському дні у процесі буріння; фіг. 4 - схема підйому установки на борт плавзасобу. На кресленнях представлені схеми підводної бурової установки, призначеної для буріння суцільним забоєм. На фіг. 1 показана опорна рама 18, до якої приєднані направляючі труби 8, вони вгорі застопорені траверсою 2, труби і траверса утворюють направляючу раму. На нижній поверхні опорної рами закріплені фіксуючі штирі 19. Обертач установки включає електродвигун 4, планетарний редуктор 5, опорний вузол 30; осьові переміщення обертача забезпечуються втулками 7, приєднаними трубами до хомута 31, встановленого на корпусі електродвигуна. Редуктор знижує частоту обертання вала електродвигуна, забезпечує оптимальну частоту обертання бурового інструмента. Опорний вузол гасить вібрацію бурового інструмента за рахунок шліцьового з'єднання веденого вала редуктора 29 і перехідника 10, застосування гумометалевого упорного підшипника, який включає сталеве кільце 28, жорстко закріплене на перехіднику, і гумові кільця 9, встановлені в корпусі опорного вузла. Опорний вузол забезпечує, також, подачу води через буровий інструмент на забій свердловини. Буровий інструмент установки представлений бурильною трубою 13, що приєднана до перехідника, і колонковою трубою 12, в нижній частині якої закріплено долото 22. Труби з'єднані телескопічно, передача обертального моменту забезпечується застосуванням труби з квадратним поперечним перерізом, що взаємодіє із зовнішнім центратором бурильної труби 11 з квадратним отвором (фіг. 2). У колонкової трубі бурильна труба фіксується внутрішнім 2 UA 86570 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 центратором 20 з кільцем ущільнювача 21, останнє попереджає витік води в зазорі між бурильною і колонковою трубами. На опорній рамі встановлений відцентровий насос 17 з привідним електродвигуном 16. Всмоктуючий шланг насоса 14 у верхній частині обладнаний поплавком 6, що визначає його вертикальне положення в процесі буріння, можливість забору води з верхніх шарів моря. Нагнітаючий шланг 15 забезпечує подачу води у внутрішню порожнину опорного вузла. При спуску бурової установки на морське дно для виконання бурових робіт рухомий обертач і буровий інструмент знаходяться в крайньому верхньому положенні, вони фіксуються у вказаному транспортному положенні стопором 23, який вводиться в отвір на кінцевій ділянці колонкової труби. При контакті опорної рами з донними відкладеннями відбувається поглиблення штирів 19 в породу, штовхач 25, стискаючи пружину 24, переміщується вгору, контактуючи з бічним важелем стопора 27, переводить його у вертикальне положення, при цьому стопор під дією пружини 26 виходить з отвору, звільняє колонкову трубу, після чого не бере участі у роботі установки. Живлення електродвигунів і керування установкою здійснюється по кабелю 3, горизонтальні переміщення і спуск-підйом установки виконуються на тросі 1. Після розміщення установки на морському дні в заданій точці з пульта управління, встановленого на судні, включаються електродвигуни насоса і обертача, починається процес буріння. Штирі опорної рами сприймають реактивний обертальний момент, забезпечують її фіксоване положення. Осьове зусилля на долото створюється силою тяжіння обертача і бурового інструмента, причому сила тяжіння обертача і бурильної труби передаються на долото за рахунок безпосереднього контакту торцевих поверхонь перехідників 10 і 11 (фіг. 1) або надлишкового тиску у внутрішній порожнині колонкової труби між центратором 20 і долотом 22 (фіг. 1). У міру поглиблення бурового інструмента в породу відбувається переміщення обертача і бурового інструмента вниз. Максимальна глибина свердловини Н (фіг. 3) відповідає крайньому нижньому положенню обертача, бурильної і колонкової труб. Глибина свердловини Н, за рахунок телескопічного з'єднання труб, перевищує висоту установки h (фіг. 3), тобто досягається збільшення глибини підводного буріння без зниження стійкості бурової установки на морському дні. Після буріння свердловини до максимальної глибини установка на тросі піднімається з дна моря, при підйомі обертач і бурильна труба знаходяться в крайньому верхньому положенні, колонкова труба з долотом виходить за габарити установки (фіг. 4). Після підйому установки з води вона встановлюється на платформі спеціалізованого судна, де судновими підйомними засобами колонкова труба переміщається у верхнє, транспортне положення, в якому фіксується стопором. Після ревізії і необхідного технічного обслуговування установка готова для продовження робіт. Застосування запропонованої підводної бурової установки з рухомим обертачем забезпечує, в порівнянні з існуючими засобами, наступні переваги: установка забезпечує збільшення глибини буріння свердловин, яка, за рахунок телескопічного з'єднання бурильної і колонкової труб, перевищує висоту направляючої рами; таким чином забезпечується збільшення глибини буріння і необхідна стійкість установки на морському дні; оснащення промивного насоса всмоктуючим шлангом з поплавком на кінцевій частині забезпечує забір води для промивання свердловини в процесі бурінні з верхніх шарів водойми, де вода має більш високу температуру, ніж придонна; використання більш теплої води для промивання свердловин виконується для вирішення різних завдань, у тому числі наукових. Джерела інформації: 1. Лукошков Л.В. Техника исследования морского дна. - Л.: Судостроение, 1984. - С. 143152. 2. А.С. 1032161 СССР, МКИ Е21В 7/12. Подводная буровая установка/ А.И. Гореликов, Ю.В. Матвеев. - Опубл. 30.07.83. Бюл. № 28. 3. А.С. 1051202 СССР, МКИ Е21В 7/12. Подводная буровая установка/ В.В. Матвеев, Ю.В. Матвеев. - Опубл. 30.10.83. Бюл. № 40. 55 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 1. Підводна обертальна бурова установка, що містить опорну і направляючу рами, рухомий обертач, колонкову трубу з породоруйнуючим інструментом, промивний насос, яка відрізняється тим, що колонкова труба телескопічно з'єднана з бурильною трубою, а 3 UA 86570 U 5 10 промивний насос обладнаний всмоктуючим шлангом, на кінцевій частині якого закріплений поплавок. 2. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що бурильна колона включає декілька бурильних труб, з'єднаних телескопічно. 3. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що при спуску установки на дно водойми буровий інструмент знаходиться в транспортному положенні з розміщенням бурильних труб всередині колонкової труби, довжина якої не перевищує висоту направляючої рами. 4. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що у робочому положенні бурового інструмента, при висуванні бурильних труб з колонкової труби на максимальну величину, його довжина перевищує висоту направляючої рами. 4 UA 86570 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5