Станки ударно-канатного бурения скважин на воду
Цель работы: изучить назначение и устройство станков ударно-канатного бурения для сооружения разведочно-эксплуатационных скважин на воду.
Принципиальная схема ударно-канатного бурения
Разрушение породы забоя осуществляется буровым снарядом, состоящим из долота 1, ударной штанги 2, раздвижной штанги 3, канатного замка 4 и стального каната 5. Канат одним концом закрепляется на инструментальном барабане 13, огибая направляющий ролик 12. Оттяжной ролик 10 балансированной рамы 11, инструментальный ролик 7 на мачте 9 и вторым своим концом соединяется с канатным замком. Вращения от главного вала 15 станка через пару зубчатых колес передается кривошипу 17. Палец кривошипа шарнирно соединен с шатуном 19, на другом конце которого шарнирно закреплена оттяжная рама 11. При вращении кривошипа шатун 19 будет передвигать оттяжной ролик 10 по дуге, радиус R которой равен длине оттяжной рамы 11. При нижнем положении пальца кривошипа 19 и оттяжного ролика долото будет приподнято над забоем. При перемещении пальца кривошипа и оттяжного ролика из нижнего положения в верхнее долото в конце хода ударится о забой.
При этом раздвижная штанга 3 предоставит возможность оттяжному ролику 10 достигнуть своего верхнего положения. Вследствие упругих свойств стального каната и особой конструкции канатного замка долото после каждого удара поворачивается на некоторый угол, что обеспечивает получение скважины круглого сечения. Для образования слоя сколотой породы по всей площади забоя надо произвести несколько ударов. После углубления скважины на 0,3…0,6м, когда долото начнет вязнуть в разрушенной породе и скорость бурения упадет, буровой снаряд поднимают из скважины и в нее спускают желонку 14 на канате 6, который под действием веса желонки сматывается с желоночного барабана 20 станка через ролик 7а. после спуска желонки от главного вала станка включают желоночный барабан для подъема желонки на высоту 0,5…0,7м, и затем сбрасывают желонку, производя ею от 10 до 15 ударов по забою. Под действием этих ударов суспензия из разрушенной породы и воды, приподнимаемая клапаном, заполняет желонку. Производя две – четыре спуска подъема желонки, забой очищают от разрушенной породы и вновь спускают буровой снаряд, притормаживая его от быстрого падения тормозом. После спуска бурового снаряда включают ударный механизм и продолжают углубление забоя. Частота ударов долота составляет от 40 до 50 в минуту. Высоту h падения ударного долота изменяют в зависимости от крепости пород и глубины скважины в пределах 0,3…1,1м путем перестановки и закрепления пальца 18 в одном из отверстий на кривошипе 17 ближе или дальше от центра вала 16.
Станки гидрогеологического бурения ударно-канатным способом имеют ударный механизм и три барабана (инструментальный, желоночный и талевый). Ударный механизм и барабаны производятся в движение от двигателя (д.в.с. или электромотора) через трансмиссионный 9главный) вал и передаточные звенья (зубчатые и цепные). Для спуско-подъема инструмента станки оснащают мачтами с роликами (инструментальным, желоночным, талевым).
В настоящее время при сооружении скважины на воду используют передвижные буровые установки УКС-22М, УКС-22М1, УКС-30М и КС-24.
Буровая установка УКС-22М предназначена для сооружения скважин глубиной до 300м и начальным диаметром 600мм. Установка УКС-22М1 – модернизированная конструкция установки УКС-22М – усилена мачта и изменены некоторые узлы.
Установка УКС-30М по конструкции одинакова с установкой УКС-22М и предназначена для бурения более глубоких скважин (до 500м) с начальным диаметром 900мм. Она имеет более прочную мачту и лебедку большей грузоподъемности, а также более мощный приводной двигатель (40кВт).
В основу технической характеристики установок УКС-22М и УКС-30М положены номинальная (15т) и максимальная (25т) грузоподъемность мачты и грузоподъемность барабанов (инструментального, желоночного и талевого), так как эти показатели определяют глубину бурения при заданном диаметре скважины.
Установка КС-24 предназначена для бурения скважины до 200м с начальным диаметром 600мм. В отличие от установок УКС она оборудована мачтой, имеющей в верхней части амортизаторы, смягчающие ударные нагрузки при работе с буровым снарядом.
УСТАНОВКА УКС-22М1
Основные узлы установки УКС-22М1 (см.рис.2) (главный вал 17, ударный механизм, барабаны лебедок, мачта 8 и рычаг управления установкой 2, 11, 12) смонтированы на станине 1. Вращающиеся механизмы имеют ограждение 14.
От электродвигателя 15 через клиноременную передачу 18 вращение передается на главный вал 6, от которого приводятся все рабочие механизмы: через зубчатые передачи барабаны желоночный 19 и талевой 20 лебедок и ударный механизм 4, и через цепную передачу 13 барабан инструментальной лебедки 16. Отличаются эти передачи фрикционными муфтами, расположенными на главном валу.
Буровой снаряд опускают в скважину на инструментальном канате 7. Который, огибая направляющий 3 и оттяжной 5 ролики ударного механизма и инструментальный блок 9 мачты, сматывается с инструментального барабана. По мере углубления скважины инструментальный канат сматывается с барабана, обеспечивая непрерывную работу долота в забое.
Установка имеет три частоты вращения главного вала, а следовательно, и разное число ударов бурового снаряда по забою. Частоту вращения главного вала, а следовательно, и разное число ударов бурового снаряда по забою. Частоту вращения главного вала изменяют сменой шкивов на валу электродвигателя.
При бурении неустойчивых пород скважину закрепляют обсадными трубами, которые опускают на талевом канате с помощью талевой лебедки 20. Эта же лебедка служит и для извлечения из скважины обсадных труб. В верхней части мачты смонтированы три талевых блока 10, что позволяет применять с целью увеличения грузоподъемности лебедки талевую оснастку.
СТАНИНА установки состоит из рамы, поворотного и неповоротного колесных ходов. Рама выполнена из балок двутаврового сечения и швеллеров. В нижней части они имеют кронштейны для установки колесных ходов, а в верхней – боковые фермы для установки оттяжной рамы ударного механизма и соединения с мачтой. На раме крепятся ограждения установки.
ГЛАВНЫЙ ВАЛ – (рис 3) – распределительный орган установки. Через него вращение передается всем рабочим механизмам. Главный вал 15 с приводным шкивом 16 вращается на трех роликовых радиально-сферических подшипниках 4, 10, 14, установленных на раме 17 установки. На валу расположены три шестерни и звездочка, каждая со своей фрикционной муфтой. Шестерня 5 с фрикционной муфтой 6 служит для привода талевого барабана, шестерня 9 с фрикционной муфтой 12 – желоночного барабана. С помощью фрикционной муфты 2 и звездочки 3 включается инструментальный барабан. Корпуса фрикционных муфт посажены на главный вал на шарикоподшипниках.
Отключаются и включаются фрикционные муфты при помощи передвигающихся на валу специальных муфт, связанных с рычагами управления. Из них две крайние 1 и 11 – односторонние, служащие для включения фрикционных муфт инструментального и желоночного барабанов, а средняя 7 – двухсторонняя поочередно включает ударный механизм и талевый барабан.
При включении фрикционных муфт (рис. 4) главный вал свободно вращается в своих опорах. Ведущая часть каждой фрикционной муфты состоит из основного диска 3 со шлицами, закрепленного на главном валу. На втулку основного диска последовательно посажены фрикционные кольца 5, диски 6 с наружными зубьями и диски 7 с внутренними зубьями (шлицами). Для сжатия фрикционных дисков имеется нажимной диск 4. На резьбовом конце основного диска навернута регулировочная гайка 2 с тремя шарнирно закрепленными на ней кулачками включения 12. В корпусе 9 муфты имеются внутренние шлицы, в которые входя диски 6. В результате давления кулачков 12 на нажимной диск муфта включается. Корпус муфты и насаженная на него шестерня 10 начинают вращаться вместе с главным валом.
Для более быстрого размыкания дисков сцепления при включении внутри корпуса муфты установлено шесть отжимных пружин 8. Конструкция всех четырех фрикционных муфт одинакова.
Для регулирования сцепления дисков муфты служит штопор 11.
УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ (рис.5), преобразующий вращательные движения главного вала в возвратно-поступательное движение бурового снаряда, состоит из ударного вала 2 с шестерней, находящейся в постоянном зацеплении с шестерней главного вала, оттяжной рамы 4, шатунов 6 и кривошипов 1. С помощью кривошипов и шатунов вращательное движение ударного вала преобразуется в качательное движение оттяжной рамы с установленным на ней оттяжным роликом 5. При этом инструментальный канат 3, огибающий оттяжной ролик, при качательном движении рамы будет поднимать буровой снаряд над забоем и сбрасывать его: при движении оттяжной рамы вниз канат через оттяжной ролик передает усилие на пружины амортизатора 7, которые обеспечивают плавный, без рывков, подъем бурового снаряда. При обратном движении оттяжной рамы снаряд свободно падает на забой скважины.
ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ ЛЕБЕДКА (рис. 6), служит для спуска и подъема и регулирования его положения на забое во время бурения.
Вал 2 барабана лебедки свободно вращается в двух радиально-сферических подшипниках 6 и 9, корпус 5 и 8 которых находится в раме установки. На левом конце вала при помощи клиновых шпонок 3 закреплена звездочка 1 цепного привода барабана. Барабан 11 с тормозным шкивом 7, установленный на шпонах на валу, разделен диском 12 на две части. На одной части (большей) барабана помещена резервная часть каната, на второй – рабочая. Делаю это для того, чтобы канат не сминался и не повреждался при бурении. По мере углубления скважины резервная часть каната сматывается. Конец каната укрепляется канатным зажимом 13. Опорные подшипники барабана смазывают через масленки 4 и 10.
Барабаны желоночной и талевой лебедок установлены на одной оси, но каждый имеет самостоятельный привод через зубчатые передачи от главного вала. С помощью желоночной лебедки опускают и поднимают желонку при очистке скважины от шлама. Талевая лебедка служит для спуска и подъема обсадных труб. Конструкция желоночного и талевого барабанов аналогична инструментальному, только талевый барабан не имеет длительного диска.
Тормоза всех трех барабанов – ленточные, с фрикционными накладками.
МАЧТА УСТАНОВКИ (см. рис. 2) – телескопическая, состоит из нижнего и верхнего звеньев. С рамой мачта соединена шарнирно. В рабочем положении она упирается на два винтовых домкрата, разгружающих шарнирное соединение.
Установленная мачта укрепляется трубчатыми растяжками, концы которых крепятся к специальным якорям. Для осмотра и обслуживания верхних блоков мачты верхнее звено оборудовано рабочей площадкой с ограждениями.
Монтаж и демонтаж мачты проводят при помощи механизма подъема, расположенного на неповоротной оси колесного хода рамы установки.
Механизм подъема состоит из червячного редуктора, барабана и системы неподвижных роликов. На конце червячного редуктора установлено зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с шестерней желоночного барабана. При включении желоночного барабана вращение передается на барабан редуктора. Подъемный канат наматывается и мачта поднимается в вертикальное положение с последующим выдвижением верхнего звена из нижнего. Транспортируется мачта в горизонтальном положении, причем верхнее звено входит в нижнее.
РЫЧАГ УПРАВЛЕНИЯ (рис. 7) – для удобства и безопасности работы расположены в левом переднем углу буровой установки.
Управление фрикционными муфтами ударного механизма и талевого барабана осуществляется одним рычагом 3, а фрикционными муфтами инструментального и желоночного барабанов – рычагом 6 посредством вилки 2 с сухарями 1.
Тормозами барабанов управляют с помощью рычагов 4, 5, 7. Тормозное устройство представляет собой стальную ленту 8 с прикрепленной к ней фрикционной накладкой. Лента, огибая тормозной шкив барабана, набегающим концом жестко крепится к раме. Сберегающий конец через регулировочный болт 9 с ушком шарнирно соединен с кривошипом, который через систему рычагов связан с рычагом управления. Рядом с рычагом управления установлен кнопочный пускатель электродвигателя.
