Буровые станки

Каждый буровой станок колонкового бурения выполняет следующие функции: 1) вращает колонну штанг с колонковым буровым снарядом внизу, 2) создает необходимую нагрузку на забой и 3) обеспечивает спуско-подъемные операции.

В соответствии с этими функциями в каждом станке имеются следующие узлы (см. рис. 8.1): 1) вращательный механизм; 2) механизм для регулирования давления на забой или подачи инструмента; 3) подъемный механизм или лебедка; 4) станина или рама, на которой монтируются первые три узла. Основные детали вращателя-шестерни (конические) – горизонтальный и вертикальный валы. Вертикальный вал пустотелый, называется шпинделем, через него проходят бурильные трубы. Поэтому станки колонкового бурения иногда называют шпиндельными станками.

В конструкцию каждого бурового колонкового станка, кроме основных узлов входит следующее: 1) коробка передач, 2) фрикцион включения и выключения узлов бурового станка, 3) гидросистема. Последняя состоит из: 1) масляного насоса, 2) масляного бака, 3) гидроцилиндров, 4) прибора гидроуправления, 5) соединительных трубопроводов, а также контрольно-измерительной аппаратуры в виде манометра и указателя давления.

Все эти узлы монтируются на нижней и верхней станинах, установленных на раме станка.

Основой для создания типоразмерного ряда буровых станков взяты глубина и диаметр скважины.

По транспортабельности станки разделяются на стационарные, передвижные и самоходные. Станки последнего типа применяются главным образом при бурении неглубоких скважин в некрепких породах. Такие скважины бурятся быстро, поэтому, чтобы сократить время на переброску установки с одной точки на другую, рациональнее применять самоходные установки.

Конструкций буровых станков для колонкового бурения много, но все станки классифицируются по системе подачи. Различают станки: 1) с рычажной, 2) с гидравлической, 3) с дифференциальной подачей, 4) бесшпиндельные роторные буровые станки с ведущей трубой и нажимным приспособлением или без него. Шпиндельные станки могут быть использованы для бурения с ведущей трубой при замене зажимных плашек ведущими.

В станках роторного типа роль шпинделя выполняет ведущая труба, с помощью которой вращение от ротора передается забойному буровому инструменту через колонну бурильных труб.

Шпиндельными буровыми станками практически можно бурить скважины под любым углом к горизонту; роторными – вертикальные или с наклоном до 4°. Отмеченное преимущество шпиндельных станков является особенно важным при бурении из подземных выработок, из которых проводятся скважины наклонные, горизонтальные и восстающие. Малые размеры и легкая разборка на небольшие узлы являются постоянными требованиями, предъявляемыми к буровым станкам, используемым в геологоразведочной практике и особенно при бурении в подземных горных выработках.

Первыми механическими буровыми колонковыми станками были станки с рычажной подачей (типа КА2М-300 и КАМ-500). Потом их заменили более совершенные – станки с гидравлической подачей.

Представителем станков с рычажной подачей является станок КА-2М-300. Этот станок рассчитан для бурения скважин глубиной 300 м при начальном диаметре скважины 130 мм; число оборотов шпинделя 130–140 в минуту; грузоподъемность лебедки 1,5 т; вес станка 750 кг.

Станки с гидравлической подачей являются самыми распространенными и в настоящее время при разведке главным образом твердых полезных ископаемых. Широкое их распространение обусловлено тем, что станки с гидравлической подачей: 1) облегчают труд бурового персонала в процессе работы; 2) обеспечивают точное регулирование нагрузки на забой; 3) позволяют буровому персоналу по показаниям регистрирующих приборов отмечать переходы коронки из одной породы в другую, что повышает качество геологической документации разведочного бурения; 4) устраняют возможность падения бурового инструмента при встрече каверн и пустот на забое, т. к. под поршнями гидравлических цилиндров всегда находится жидкость; 5) дают возможность с помощью гидросистемы достаточно точно определить фактический вес забойного инструмента в скважине; 6) позволяют использовать гидроцилиндры как гидравлические домкраты при ликвидации аварий с буровым снарядом и при извлечении обсадных труб из скважин.

Станки с гидравлической подачей имеют устройства для механического свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб, приборы для контроля режимных параметров бурения, автоматические перехваты для перестановки шпинделя при подаче бурильных труб в процессе углубления забоя скважины.

Буровые станки типа ЗИФ – достаточно широко применяемые в практике ГРР в Беларуси станки с гидравлической подачей. Они рассчитаны на бурение скважин глубиной 300–1200 м: ЗИФ-650А и ЗИФ-1200А. Цифровые индексы обозначают проектные глубины бурения, марка ЗИФ обозначает завод им. Фрунзе, где впервые было начало производство этих станков. Модификация станка ЗИФ-1200МР позволяет бурить скважины глубиной до 1500 м при конечном диаметре скважины 93 мм и до 2000 м – при диаметре 59 мм.

В состав буровой установки ЗИФ-1200МР входят: буровой станок с электроприводом, два насосных агрегата (насос с электромотором), магнитная станция и резервная передвижная бензоэлектростанция для аварийного привода. Станок имеет шесть скоростей.

Перечисленные станки были рассчитаны на бурение твердыми сплавами и дробью, поэтому скорость вращения шпинделя не превышает 480 об/мин. По конструкции станки ЗИФ близки друг другу.

Но при алмазном бурении требуются высокооборотные установки: число оборотов при бурении в нормальных условиях составляет 300–700 об/мин., при бурении мелкоалмазной коронкой число оборотов может быть увеличено до 1500–3000 об/мин. Только при этих условиях четко проявляется преимущество алмазного бурения.

Поэтому были разработаны специальные быстровращательные буровые станки с гидравлической подачей для бурения алмазными коронками.

К станкам с повышенными числами оборотов шпинделя относятся станки УКБ-4П, УКБ-5П, УКБ-7П, УКБ-8П, УКБ-200/300С и др. Эти станки рассчитаны на бурение алмазами и твердосплавными коронками как вертикальных, так и наклонных скважин. От станков типа ЗИФ они отличаются тем, что в их конструкции заложены элементы механизации и частично автоматизации вспомогательных процессов. Станки имеют вращатели с двумя гидропатронами и систему электрогидроавтоматики, позволяющие производить перестановку шпинделя автоматически (автоматический перехват), в том числе без остановки вращения бурового снаряда. Станки оснащены контрольно-измерительной аппаратурой: указатель давления на забой, вольтметр и киловаттметр, контрольные манометры. Станки с двигателями внутреннего сгорания имеют дополнительно указатель числа оборотов.