СТАНОК ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

Изобретение относится к буровой технике для бурения глубоких (до 30 м), нисходящих скважин большого диаметра (до 1 м) по породам переменной крепости. Оно может быть использовано при строительстве под опоры мостов, фундаментов высотных сооружений, а также в горной промышленности.

Известен станок для бурения скважин, содержащий раму, на которой посредством податчика установлен вращатель с возможностью взаимодействия с буровым ставом из буровых штанг. Вращатель сообщается с источником сжатого воздуха. К нижнему концу бурового става последовательно закреплены пневмоударник и коронка (А.с. СССР №950907, кл. Е21С 3/34, В25D 17/28, Е21В 3/02, 1982 г.).

Недостатком устройства является то, что мала скорость бурения пневмоударником по мягким породам из-за частых остановок по разным причинам. Происходит забивание мягкой породой продувочных отверстий пневмоударника, а также возникает излишнее выдвижение буровой коронки из пневмоударника при ударе и т.д.

Невозможность бурения известным устройством глубоких скважин большого диаметра. Это связано с ограничением производительности компрессора потребностью в сжатом воздухе пневмоударника, т.е. при использовании пневмоударника большого диаметра не обеспечивается вынос бурового шлама из забоя глубоких скважин к устью.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является станок ударно-канатного бурения, содержащий ходовую часть, на которой установлены мачта с блоком для каната на вершине, привод с канатом, буровой снаряд и открытая сверху желонка с клапаном и крюком для подвески. Буровой снаряд подвешен на канате. Желонка посредством крюка для подвески подвешена на дополнительном канате, пропущенном через специальный блок на мачте (кн. В.А.Ассонов, М.М.Докучаев, И.М.Кукунов «Буровзрывные работы», изд. литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, М. 1960, стр.77-83, рис.38, 39, 40).

Недостатком известного станка является малая скорость бурения по твердым породам из-за малой скорости разрушения пород забоя скважины буровым снарядом и последовательности операций: сначала разрушения пород забоя скважины, а затем желонирования бурового раствора с буровым шламом. Причем объем желонированной массы значительно превышает объем бурового шлама. Это увеличивает время желонирования и снижает скорость бурения скважины в целом.

Изобретение решает задачу увеличения скорости бурения глубоких нисходящих скважин большого диаметра по породам переменной крепости.

Для достижения поставленной цели заявленное изобретение - станок для бурения скважин большого диаметра содержит следующие выраженные определенными понятиями существенные признаки, совокупность которых направлена на решение только одной задачи.

Изобретение содержит ходовую часть, на которой установлены мачта с блоком для каната на вершине, привод с канатом, буровой снаряд и открытая сверху желонка с клапаном и крюком для подвески.

По отношению к наиболее близкому аналогу у заявляемого имеются следующие отличительные признаки. Мачта снабжена подвижным посредством привода вращателем, установленным с возможностью взаимодействия с буровым ставом из буровых штанг, последний подвешен к канату через вертлюг, а к нижнему концу бурового става последовательно закреплены желонка и пневмоударник с коронкой, при этом привод снабжен компрессором, сообщающимся с вертлюгом. Желонка снабжена буровой трубой с закрепленным на ней съемным крюком для подвески.

Для увеличения скорости бурения скважины по верхнему, наиболее мягкому слою пород, используется известное в этих условиях преимущество ударно-канатного бурения перед бурением пневмоударником. Для этого к концу каната подвешивается буровой снаряд. Далее, по мере снижения скорости бурения из-за накопления в скважине бурового шлама, производится желонирование. К концу каната вместо бурового снаряда за крюк для подвески прицепляется желонка. Она опускается в скважину и вычерпывается буровой раствор вместе с буровым шламом. Далее циклы повторяются с заполнением каждый раз скважины буровым раствором.

Для увеличения скорости бурения по нижним, наиболее твердым породам, используется известное преимущество в скорости - пневмоударное бурение перед канатно-ударным. Для этого к концу каната вместо бурового снаряда подвешивается буровой став через вертлюг. На мачте на ось бурения выводится подвижный вращатель бурового става. На нижний конец бурового става навинчивается желонка без крюка для навески, а уже к желонке навинчивается пневмоударник с коронкой. Такое выполнение позволяет собирать буровой шлам в желонке одновременно с разрушением забоя скважины. При этом желонка приобрела новое свойство выноса бурового шлама из забоя скважины и его сбора через верхний торец. Отработанный в пневмоударнике сжатый воздух выносит буровой шлам из забоя скважины сначала через зазор между пневмоударником и стенкой скважины, а затем между желонкой и стенкой скважины. Далее, так как диаметры бурового става и скважины большего диаметра значительно отличаются друг от друга, то скорость воздушной струи резко падает и буровой шлам под действием силы тяжести падает в желонку через открытый верхний торец вне зависимости от глубины скважины. Кроме того, объем собираемого желонкой бурового шлама значительно меньше объема желонируемого бурового раствора в прототипе.

Все это повышает скорость бурения скважины и расширяет область использования.

По имеющимся сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявленного изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна».

По мнению авторов, сущность заявленного изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, т.к. из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат совокупности признаков, которые отличают от близкого аналога заявленное изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «изобретательский уровень».

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе, может быть многократно использована в конструкции станков для бурения скважин большого диаметра. При этом обеспечивается высокая скорость бурения глубоких, нисходящих скважин большого диаметра по породам переменной крепости. Таким образом, можно сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг 1 изображен общий вид станка при ударно-канатном бурении; на фиг.2 - то же, при пневмоударном бурении. На фиг.3 изображен разрез желонки.

Станок для бурения скважин большого диаметра содержит ходовую часть 1, на которой установлена мачта 2 с блоком 3 для каната 4, привод 5, буровой снаряд 6 и открытая сверху желонка 7 с клапаном 8 и крюком 9 для подвески. Мачта 2 снабжена подвижным посредством привода 5 вращателем 10, установленным с возможностью вращения бурового става 11 из буровых штанг. Буровой став 11 подвешен к канату 4 через вертлюг 13. Вращатель 10 и вертлюг 13 подвижно закреплены на направляющих 14. Причем вращатель 10 подвешен к своему канату 15 через дополнительный блок 16 на мачте 2. Желонка 7 снабжена буровой трубой 12. На нижний конец бурового става 11 навинчена желонка 7 верхним концом своей буровой трубы 12, к нижнему концу которой навинчен пневмоударник 17 с буровой коронкой 18. Привод 5 снабжен компрессором 19, соединенным рукавом 20 с вертлюгом 13.

Станок работает следующим образом.

Для бурения скважины 21 по мягким породам к концу каната 4 подвешивается буровой снаряд 6, который периодически поднимается и опускается приводом 5 за канат 4. Далее, по мере снижения скорости бурения из-за накопления бурового шлама в буровом растворе скважины производится желонирование. Для этого на верхний конец буровой трубы 12 желонки 7 навинчивается крюк 9 для подвески, а на нижний конец навинчивается заглушка 22. Удаляются пальцы 23 для фиксации клапана 8. Желонка 7 за крюк 9 подвешивается к канату 4. Она опускается в скважину 21. Клапан 8, опираясь на забой скважины 21, открывает отверстия 24 и буровой раствор с буровым шламом поступает внутрь желонки 7. Далее желонка 7 поднимается за канат 4 из скважины 21, перекрываются отверстия 24, она опускается на специальные упоры станка (не показаны) для открытия отверстий 24 клапана 8 и слива бурового раствора с буровым шламом. Желонирование производится до полного очищения скважины 21. Затем буровой цикл повторяется с новой подвеской к канату 4 бурового снаряда 6 вместо желонки 7 и заливкой в скважину 21 бурового раствора.

Для бурения скважины 21 нижележащим более твердым породам к концу каната 4 подвешивается буровой став 11 через вертлюг 13, который поворачивается на направляющих 14 на ось бурения скважины 21. На ось бурения поворачивается также вращатель 10 для зацепления его с буровым ставом 11. С желонки 7 свинчиваются крюк 9 для подвески и заглушка 21. Клапан 8 фиксируется пальцами 22. На нижний конец бурового става 11 навинчивается желонка 7. К низу желонки 7 на место заглушки 21 навинчивается пневмоударник 17 с коронкой 18. Буровой став 11 посредством каната 4 и привода 5 опускается в скважину 21. Вращатель 10 по направляющим 14 поднимается к вертлюгу 13 посредством каната 15 и привода 5. Буровой став 11 закрепляется во вращателе 10. Включается вращатель 10 от привода 5 (гидрорукава на чертеже не показаны). От компрессора 19 по рукаву 20 сжатый воздух подается в вертлюг 13 и в буровой став 11. Включается пневмоударник 17. Буровой шлам из забоя скважины 21 выносится сжатым воздухом, отработанным в пневмоударнике 17. При этом из забоя скважины буровой шлам поднимается сжатым воздухом сначала через зазор между стенками скважины 21 и пневмоударником 17, а затем через зазор между стенками скважины 21 и желонкой 7. Выше желонки 7 скорость сжатого воздуха резко падает и буровой шлам под действием силы тяжести падает в желонку 7 через открытый верхний торец. По мере заполнения желонки 7 буровым шламом буровой став поднимается для опорожнения желонки. Для этого вынимаются пальцы 23, желонка 7 опускается на специальные упоры станка (не показаны) для открытия отверстий 24 клапана 8, через которые опорожняется желонка 7. Далее буровой став 11 поднимается, перекрываются отверстия 24, устанавливаются пальцы 23 и буровой став 11 опускается в скважину для продолжения бурения.