Лекция № 4

УСТАНОВКИ ДЛЯ КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ

План

• 1. Основные узлы и механизмы
• 2. Вращатели и механизмы подачи
• 3. Гидросистема буровых станков
• 4. Коробки передач буровых станков

Цель: ознакомление студентов основными узлами и механизмами установок для колонкового бурения.

Основные узлы и механизмы. Установки колонкового бурения включают комплекс оборудования (буровой станок, двигатель, насос, буровая вышка или мачта), технологически увязанного своими параметрами с параметрами скважин.

Буровой станок — это машина, оснащенная вращателем, с помощью которого с поверхности через колонну бурильных труб мощность передается инструменту для разрушения породы в забое скважины.

Станок колонкового бурения состоит из следующих основных узлов: вращатель, лебедка, гидросистема, механизм подачи бурового инструмента, коробка передач, главный фрикцион для включения и отключения станка от двигателя, пульт управления с контрольно-измерительной и сигнальной аппаратурой (КИП).

Вращатель предназначен для передачи вращения буровому снаряду.

Лебедку применяют для осуществления спуско-подъемных операций.

Гидросистема станка используется в большинстве станков колонкового бурения для регулирования подачи бурового снаряда, работы зажимных патронов, перемещения станка вдоль рамы, свинчивания и развинчивания бурильных труб и др.

Механизм подачи используют для регулирования осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент в процессе углубкп скважины.

Коробка передач предназначена для регулирования частоты вращения и скорости подъема бурового снаряда.

Главный фрикцион служит для включения и отключения станка от двигателя.

Пульт управления с КИП применяют для регулирования и контроля параметров режима бурения, которые могут изменяться бурильщиком.

Все эти узлы, механизмы и энергосистемы монтируются на станках и рамах станка.

Буровые станки классифицируют:

• — по типу механизма подачи — с рычажной, дифференциально-рычажной, дифференциально-винтовой, гидравлической подачей. В некоторых станках неглубокого бурения реализована комбинированная рычажно-дифференциальная подача и подача с барабана лебедки (роторные станки);
• — по транспортабельности — на стационарные (блочные, разборные), самоходные и передвижные.

Вращатели и механизмы подачи

Вращатель — основной рабочий механизм бурового станка. С его помощью передают скорость вращения, крутящий момент, осевое усилие и скорость подачи буровому снаряду на забой скважины. Конструкция вращателя представляет собой редуктор, преобразующий вращение из горизонтальной плоскости в вертикальную.

Вращатели бывают трех типов: шпиндельные, роторные и подвижные.

Шпиндельным вращателем оснащаются станки установок унифицированного ряда УКБ, станки типов СБА, ЗИФ и др.

Элементы шпиндельного вращателя (рис. 1, а): полый шпиндель 1 с зажимными патронами 2 и 3, полая втулка 4 и угловой редуктор 5. Основным элементом конструкции является шпиндель (круглый, шестигранный или шлицевой). Кинематический связанный с блоком отбора мощности бурового станка шпиндель воспринимает и передает буровой колонне нагрузки, предельные значения которых и определяют напряжения в отдельных его элементах.

Роторным вращателем оснащаются установки типов УРБ-2А, УРБ-ЗАМ, 1БА-15 и др., предназначенные для бурения вертикальных и слабонаклонных скважин.

Роторный вращатель (рис. 1, б) состоит из углового конического редуктора 1, фигурной втулки 2, вкладыша 3 и ведущей трубы 4.

Основное достоинство — в простоте конструкции и большом ходе подачи. Недостатки: затруднено регулирование осевой нагрузки на буровой инструмент при небольшой глубине скважины, при наращивании необходимо отрывать буровой инструмент от забоя, что приводит к разрушению керна.

Подвижным вращателем оснащаются передвижные установки типа УПБ-2, портативные буровые станки типов Д-10, ВС-СГГ, ПВБСМ-15, БСК-2М-100 и др.

Достоинства: возможность применения различных способов бурения (вращательного и ударно-вращательного); отсутствие ограничения по диаметру бурильных и обсадных труб, облегчение механизации спуска.

Получили распространение две схемы монтажа подвижных вращателей: на направляющих стойках (рис. 1, в) и на штоках (или на цилиндрах) механизмов подачи (например, в станках БСК-2М-100, БСК-2В-100).

Подвижный вращатель (см. рис. 1, в) состоит из индивидуального двигателя 1 с вращателем, понижающего редуктора 2, бурильной трубы 3, гидроцилиндров подачи 4 и направляющей стойки 5.

Гидросистема буровых станков

Под гидроприводом, обычно отождествляемым с понятием «гидросистема», понимается совокупность устройств, передающих энергию путем использования жидкости под давлением. Гидропривод буровых станков состоит из источника расхода жидкости, которым в большинстве случаев служит насос-гидродвигатель вращательного движения, жидкостные магистрали (гидролинии или гидросети), агрегаты управления с контрольно-измерительными приборами.

В гидросистемах буровых установок и станков самыми распространенными рабочими органами являются гидравлические силовые цилиндры (гидроцилиндры двустороннего действия) вращателей шпиндельного типа и силовые цилинды (одностороннего действия) подъемных и передвижных механизмов.

В качестве рабочей жидкости гидросистем буровых станков применяют минеральное масло. Оно должно быть маловязким в широком температурном диапазоне, отличаться устойчивостью против окисления, не содержать смолистых осадков, нарушающих работу гидросистемы.

Гидропривод станков применяют для осуществления подачи и регулирования нагрузок на буровом снаряде. Кроме того, гидросистему станка используют при подъеме и опускании мачты и перемещении станка вдоль рамы. Гидропривод служит также для перемещения и установки станка над устьем скважины перед опусканием бурового снаряда на забой. От гидросистемы также работают зажимные патроны шпинделя.

Основными узлами гидропривода являются маслонасосы шестеренные (зубчатые), рассчитанные на давление до 3 МПа и лопастные — на давление до 7,5 МПа, маслобак, распределительные краны, напорный и сливной трубопроводы, подключенные к пульту управления с контрольно-измерительной аппаратурой для управления работой гидроцилиндрами подачи бурового снаряда и перемещения станка.

Гидронасосы приводятся в действие клиноременной передачей или шестеренной передачей от коробки передач бурового станка или от индивидуального двигателя, как, например, у станков СКБ-4, ЗИФ-1200МР. Применяемые для этой цели насосы отличаются простотой устройства, малым числом деталей, надежной работой и равномерностью подачи масла.

На рис. 2, а показана схема работы масляного насоса. При работе насоса шестерни 1 и 2 вращаются в направлениях, показанных стрелками. Масло, поступающее к насосу по каналу 3, заполняет впадины между зубьями шестерен и переносится к отводящему каналу 4 и далее в нагнетательную линию.

Насосы пластинчатые представляют собой объемную ротационную машину одноили многократного действия.

В пластинчатых насосах однократного действия (рис. 2, б) ротор 1 с лопатками 2 вращается вместе с валом, посаженным с эксцентриситетом е относительно статора 3. Поступающая из окна, А всасывающей гидролинии в пазы между соседними лопатками рабочая жидкость через окно Б вытесняется в напорную гидролинию. Одновременно жидкость поступает под лопатки (в полость В) ротора и прижимает их к поверхности статора.

В пластинчатых насосах двукратного действия (рис. 2, в) рабочая жидкость всасывается на участках 1 — 8 и 5 — 4, а на участках 7 — 6 и 3 — 2 она подается в напорную гидролинию. Остальные участки — переходные. Таким образом, за один оборот ротора насос дважды подает жидкость в напорную гидролинию.

Коробки передач буровых станков

Коробка передач предназначена для регулирования частоты вращения основных исполнительных органов буровой установки — вращателя и лебедки, с тем, чтобы их режим работы соответствовал условиям технологического процесса бурения. У большинства современных станков вращательного бурения на твердые полезные ископаемые используют коробки с зубчатыми передачами, которые ступенчато меняют частоту вращения. Диапазон ступенчатого регулирования и число частот (скоростей) вращения определяют передаточным числом между первичным и выходным валами коробки передач. Вал коробки, соединяющийся с двигателем или его трансмиссией, называют ведущим. Вал, передающий вращение исполнительному механизму, называют ведомым. Валы, находящиеся между ведущими и ведомыми, называются промежуточными. В буровых станках получили распространение трех-, шестии более скоростные коробки передач. Коробка передач с тремя — пятью скоростями и механизмом их переключения не являются сложными. Как правило, их изготавливают в едином литом или сварном корпусе.

Большинство современных многоскоростных станков с шестью, десятью скоростями переключений имеют основную коробку передач и дополнительный редуктор. Установленный до или после основной коробки передач редуктор составляет с ней единую кинематическую цепь. Он позволяет также в случае необходимости исключить передачу высоких частот вращения на лебедку станка. В буровых станках легкого типа находят применение автомобильные коробки передач. В разрабатываемых станках бесступенчатое регулирование частот вращения основных исполнительных органов достигают использованием тиристорных преобразователей.

Коробка передач базовой модели установки УКБ-50/100 расположена на верхних балках рамы бурового станка. Она имеет два диапазона скоростей вращения шпинделя: первый диапазон — 155, 325, 590 и 1000 об/мин, второй диапазон — 305, 645, 1170 и 2000 об/мин (обеспечивается сменой пары конических зубчатых колес).

Контрольные вопросы

• 1. Из каких узлов состоит станок колонкового бурения?
• 2. Для какой цели предназначен вращатель?
• 3. Расскажите принципиальную схему вращателей станков колонкового бурения?
• 4. Основное достоинство роторного вращателя?
• 5. Какие требования имеются для рабочей жидкости гидросистем буровых станков?

• 1. Радионов Н. С., Ганзен Г. А. и др. Горное и буровое оборудование М., «Недра» 1983 г.
• 2. Волков А. С. буровой геологоразведочный инструмент. М., «Недра» 1979 г.

Допольнительные литературы

• 3. Куличихин Н. И., Родионов Н. С., Ганзен Г. А. Буровое оборудование. М., «Недра» 1973 г.
• 4. Володин Ю. Н. Разведочное бурение. М., «Недра» 1972 г.
• 5. Кирсанов А. Н., Зиненко В. П., Кардыш В. Г. Буровые машины и механизмы. М., «Недра» 1981 г.
• 6. Журналы («Горный вестник Узбекистана», «ТДТУ хабарлари», «Техника юлдузлари», «Горный журнал», «Горно-аналитический бюллетень», «Mining Journal», «Miming and Metallurgy», «Mining Technology»).
• 7. Сайты: http://www.msmu.ru/, http://msmu.ru/index., mailto: Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script, http://www.biblus.ru/, http://www.rosugol.ru/, http://www.conveer.ru/, http://library.stroit.ru/, http://www.ssgpo.kz/, http://www.ssgpo.kz/ssgpo/struct/mine, http://www.nkmz.com/, http://www.ormetiz.ru/, http://gornoedelo.narod.ru/, http://www.new-technologies.spb.ru/news/