Устройство для подачи по меньшей мере части бурильной машины, буровая система и способ подачи по меньшей мере части бурильной машины - RU2662746C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к устройству для подачи по меньшей мере части бурильной машины. Настоящее изобретение дополнительно относится к буровой системе и способу подачи по меньшей мере части бурильной машины.

ПРЕДПОСЫЛКИ

Устройства для подачи бурильной машины или ее части в некоторых случаях рассматриваются как подающие опоры или опоры и, например, применяются при бурении горной породы мощными бурильными машинами. Устройство применяетcя для опирания бурильной машины, для обеспечения подачи энергии и/или противодействия реактивным силам от бурильной машины.

Нижний часть устройства в некоторых случаях снабжена одной или несколькими опорными ногами, которые обеспечивают опирание на грунт устройства, при этом верхняя часть устройства прикрепляется к бурильной машине. При этом бурильная машина с приложением силы может подаваться в направлении бурения и от оператора не требуется продавливать бурильную машину вперед. Устройство часто содержит цилиндр, поршень, поршневой шток и средство управления для распределения среды под давлением в цилиндр или из него на любой стороне поршня. Поршень с поршневым штоком вдавливается внутрь или выдавливается наружу из цилиндра в зависимости от стороны поршня, на которую среда под давлением распределяется. Средство управления для регулирования подачи может располагаться на устройстве или на бурильной машине.

Устройство данного типа может иметь пневматический привод, т.e. такой, где воздух или газ является средой под давлением, или гидравлический привод, т.e. такой, где вода или масло является средой под давлением. Устройство с жидкостью в качестве среды под давлением часто имеет более медленное выдвижение и втягивание поршневого штока в сравнении с устройством, где применяетcя воздух в качестве среды под давлением. Медленное перемещение поршневого штока из цилиндра обычно не является проблемой, поскольку скорость проходки бурильного блока/бурильной машины обычно невелика. С другой стороны, медленное перемещение поршневого штока в цилиндр, т.e. когда устройство укорачивается перед новым циклом бурения, означает увеличение времени, требуемого для цикла бурения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание такого устройства для подачи по меньшей мере части бурильной машины по меньшей мере в первом направлении, которое обеспечивает уменьшение времени, требуемого для цикла бурения.

Согласно варианту осуществления настоящим изобретением предложено устройство для подачи по меньшей мере части бурильной машины по меньшей мере в первом направлении, устройство содержит первый концевой участок, второй концевой участок, наружный цилиндр, поршень и поршневой шток, при этом первая часть устройства выполнена с возможностью прикрепления к бурильной машине, вторая часть устройства выполнена с возможностью опирания на грунт и наружный цилиндр проходит между концевыми участками, при этом поршень и поршневой шток выполнены с возможностью перемещения в наружном цилиндре, при этом поршень вместе с поршневым штоком, наружный цилиндр и концевые участки определяют границы первой камеры и второй камеры для среды под давлением в наружном цилиндре на соответствующей стороне поршня, при этом устройство дополнительно содержит клапан, соединенный с первой камерой для уменьшения количества среды под давлением в первой камере, и данный клапан выполнен с возможностью открываться при увеличенном давлении во второй камере.

Поскольку устройство содержит клапан, соединенный с первой камерой для уменьшения количества среды под давлением в первой камере при изменении давления во второй камере, среда под давлением может выпускаться из первой камеры быстрее, чем в случае, если среда под давлением должна проходить через трубы, контрольные устройства и т.п. для выпуска. Ускоренное уменьшение количества среды под давлением в первой камере обеспечивает более быстрое сокращение устройства, т.e. отрезок длины между первым концевым участком и нижней частью поршневого штока может уменьшаться быстрее. При этом уменьшается время, требуемое для цикла бурения.

Клапан, соединенный со второй камерой, т.e. напрямую соединенный так, что среда под давлением может выпускаться без прохода через приборы управления, трубопроводы, трубы или другие части, является предпочтительным при учете падения давления. При напрямую соединенном клапане получают требуемый расход и не требуется применение труб большого диаметра для уменьшения количества среды под давлением в первой камере. При этом устройство может являться компактным и простым для применения оператором бурения.

Согласно варианту осуществления клапан выполнен с возможностью открываться при увеличенном давлении во второй камере.

Клапан, который открывается при увеличенном давлении во второй камере, обеспечивает более быстрое сокращение устройства, поскольку как уменьшение давления в первой камере, так и увеличение давления во второй камере, оказывает влияние на поршень для перемещения в направлении к первому концевому участку, что уменьшает длину устройства.

Согласно варианту осуществления, клапан выполнен с возможностью закрываться при уменьшенном давлении во второй камере и/или увеличенном давлении в первой камере.

Клапан, выполненный с возможностью закрываться при уменьшенном давлении во второй камере и/или увеличенном давлении в первой камере обеспечивает пополнение среды под давлением в первой камере, при этом длина устройства увеличивается. При этом устройство может обеспечивать приложение усилия и опору, когда начинается новый цикл бурения.

Согласно варианту осуществления вторая камера соединена с клапанной камерой и давление в клапанной камере увеличивается при увеличенном давлении во второй камере.

С клапанной камерой, которая соединена со второй камерой, клапаном можно просто и надежно управлять в зависимости от давления во второй камере.

Согласно варианту осуществления клапан содержит клапанное седло, относительно которого направленный против первой камеры конус клапана выполнен с возможностью открываться/закрываться в зависимости от давления в клапанной камере.

Клапан с конусом клапана, который может открываться/закрываться относительно клапанного седла в зависимости от давления в клапанной камере, является надежным и экономически эффективным для управления открытием/закрытием клапана на основе давления во второй камере.

Согласно варианту осуществления клапан встроен в поршень.

Клапан, встроенный в поршень, является относительно защищенным от загрязнения и повреждения, и устройство можно сконструировать относительно компактным. При этом устройство является надежным и простым в применении. Дополнительно, более старый поршень без клапана можно заменить на новый поршень с клапаном. При этом можно улучшить показатели работы более старого устройства для подачи бурильной машины.

Согласно варианту осуществления клапан встроен в первый концевой участок.

Клапан, расположенный в первом концевом участке, является относительно защищенным от загрязнения и повреждения, и его можно легко снимать во время очистки или ремонта устройства. При этом устройство является надежным и легко обслуживаемым и ремонтируемым. Дополнительно, старый первый концевой участок без клапана можно заменить на новый первый концевой участок с клапаном. При этом можно улучшить показатели работы более старого устройства для подачи бурильной машины.

Согласно варианту осуществления клапан встроен в наружный цилиндр.

Клапан, расположенный в наружном цилиндре, можно легко снимать во время очистки или ремонта устройства. При этом устройство является надежным и легко обслуживаемым и ремонтируемым. Дополнительно, старый наружный цилиндр без клапана можно оборудовать клапаном, который выпускает среду под давлением из первой камеры без приборов управления или труб, если давление меняется во второй камере.

Согласно варианту осуществления клапан выполнен с возможностью в своем открытом положении выпускать среду под давлением в первой камере из устройства, предпочтительно через полость в поршневом штоке.

Клапан, установленный в поршне, выполненный с возможностью выпускать среду под давлением из устройства через полость в поршневом штоке, осуществляет уменьшение давления первой камеры, и среда под давлением может выпускаться без привлечения оператора бурения. Поршневой шток можно выполнить как цилиндр, который ходит, по существу, концентрически внутри наружного цилиндра, при этом один концевой участок закреплен к поршню и другой конец открыт атмосферному давлению. Полость обеспечивает выход среды под давлением наружу на грунт под оператором.

Согласно варианту осуществления устройство содержит один или несколько датчиков выполненных с возможностью обнаруживать параметр, представляющий изменение давления во второй камере, и при этом клапан выполнен с возможностью управления в зависимости от данного обнаружения.

Устройство, содержащее один или несколько датчиков, выполненных с возможностью обнаружения параметра, представляющего изменение давления во второй камере, и в котором клапан выполнен с возможностью управления в зависимости от данного обнаружения, что обеспечивает разработку устройства в разных вариантах, например на основе условий применения устройства. Параметр, представляющий изменение давления во второй камере, является параметром, который изменяется, когда давление во второй камере изменяется, например изменяющимся расстоянием между отличающимися частями устройства.

Согласно варианту осуществления клапан является адаптивным клапаном, магнитным клапаном или клапаном с электродистанционным управлением.

Адаптивный клапан, магнитный клапан или клапан с электродистанционным управлением, соединенный с датчиком, обеспечивает гибкость конструирования устройства. Адаптивный клапан может являться клапаном, выполненным из упругого материала, где щель или т.п. в упругом материале может открываться/закрываться в зависимости от изменения давления.

Согласно варианту осуществления первый концевой участок содержит соединительную муфту бурильной машины и/или поршневой шток содержит по меньшей мере одну опорную ногу.

Устройство, где первый концевой участок содержит соединительную муфту бурильной машины, и/или поршневой шток содержит по меньшей мере одну опорную ногу, является стабильным и может применятьcя вместе с многими существующими бурильными машинами, которые приспособлены для закрепления для подачи устройства с соединительной муфтой бурильной машины.

Задачей настоящего изобретения также является создание буровой системы, которая уменьшает время, требуемое для цикла бурения.

Согласно варианту осуществления, данное обеспечивает буровая система, которая содержит по меньшей мере одно устройство согласно вариантам осуществления, описанным в данном документе. Буровая система может содержать бурильную машину и устройство для подачи по меньшей мере части бурильной машины.

Задачей настоящего изобретения также является создание способа, который уменьшает время, требуемое для цикла бурения.

Согласно варианту осуществления, данное обеспечивает способ выпуска среды под давлением из устройства для подачи по меньшей мере части бурильной машины по меньшей мере в первом направлении, устройство содержит первый концевой участок, второй концевой участок, наружный цилиндр, поршень и поршневой шток, при этом первая часть устройства выполнена с возможностью прикрепления к бурильной машине, вторая часть устройства выполнена с возможностью опирания на грунт и наружный цилиндр проходит между концевыми участками, при этом поршень и поршневой шток выполнены с возможностью перемещения в наружном цилиндре, при этом поршень вместе с поршневым штоком, наружный цилиндр и концевые участки определяют границы первой камеры и второй камеры для среды под давлением в наружном цилиндре на соответствующей стороне поршня, при этом способ содержит:

- инициирование изменения давления во второй камере;

- открытие клапана, соединенного с первой камерой, как функции изменения давления,

выпуск среды под давлением через клапан, при этом давление в первой камере уменьшается.

Поскольку способ содержит инициирование изменения давления во второй камере, открытие клапана, соединенного с первой камерой, как функции изменения давления и выпуск среды под давлением через клапан, давление в первой камере быстро уменьшается.

Дополнительные признаки и преимущества вариантов осуществления изобретения, представленного в данном документе, становятся понятными при изучении прилагаемой формулы изобретения и следующего подробного описания изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Различные аспекты вариантов осуществления изобретения, описываемые данном документе, в том числе конкретные признаки и преимущества, должны стать понятными из следующего подробного описания изобретения и прилагаемых чертежей, на которых показано следующее.

На фиг. 1 показано в изометрии устройство согласно некоторым вариантам осуществления.

На фиг. 2 показано сечение согласно некоторым вариантам осуществления.

На фиг. 3 показана часть устройства согласно некоторым вариантам осуществления.

На фиг. 4 показана часть устройства согласно некоторым вариантам осуществления.

На фиг. 5 показан способ.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Варианты осуществления в данном документе описаны ниже более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны являющиеся примерами варианты осуществления. Вместе с тем, данную заявку не следует считать ограниченной вариантами осуществления, изложенными в данном документе. Раскрытые признаки являющихся примерами вариантов осуществления можно комбинировать, как понятно специалисту в области техники, к которой данная заявка принадлежит. Одинаковые позиции относятся к одинаковым элементам по всему тексту.

Хорошо известные функции или конструкции нет необходимости описывать подробно для кратости и/или ясности.

На фиг. 1 показано в изометрии устройство 1 для подачи по меньшей мере части бурильной машины (не показано) по меньшей мере в первом направлении. Первое направление предпочтительно является направлением бурения. Устройство 1 применяетcя для опирания бурильной машины, для создания силы в направлении бурения и противодействия реактивным силам от бурильной машины во время бурения. Устройство 1 содержит первый концевой участок 3a, второй концевой участок 3b и наружный цилиндр 4. Устройство 1 выполнено с возможностью прикрепления к бурильной машине напрямую или не напрямую через подходящую соединительную муфту. Бурильная машина может прикрепляться к соединительной муфте, к первому концевому участку 3a или к цилиндру 4. На фиг. 1 показана соединительная муфта 16 для бурильной машины. Бурильная машина может поворачиваться и/или вращаться относительно устройства 1 через соединительную муфту 16.

Первая часть устройства 1 выполнена с возможностью прикрепления к бурильной машине, и вторая часть устройства выполнена с возможностью опирания на грунт. Согласно варианту осуществления первая часть содержит первый концевой участок 3a и/или цилиндр 4. Бурильная машина может прикрепляться к первому концевому участку 3a и/или цилиндру 4. Вторая часть содержит поршневой шток 6 и/или одну или несколько опорных ног. Поршневой шток 6 и/или опорные ноги выполнены с возможностью опирания на грунт. Согласно такому варианту осуществления устройство 1 выполнено “инвертированным” в сравнении с вариантом осуществления, показанным на фиг. 1. В таком варианте осуществления первая часть содержит поршневой шток 6 и/или одну или несколько опорных ног. Бурильная машина может при этом, например, прикрепляться к поршневому штоку 6. Вторая часть содержит первый концевой участок 3a и/или цилиндр 4. Первый концевой участок 3a и/или цилиндр 4 могут при этом опираться на грунт.

Согласно некоторым вариантам осуществления устройство 1 выполнено с возможностью применения для бурения горной породы, например под землей. Поршневой шток 6 выполнен с возможностью опирания на основание, например грунт, горную породу или любое другое основание, где устройство 1 расположено. Для лучшего опирания устройства 1 поршневой шток 6 можно оснастить одной или несколькими опорами или опорными ногами 17. Опорные ноги могут обеспечивать опирание по меньшей мере части бурильной машины по меньшей мере в первом направлении, когда бурильная машина подается вперед во время бурения. Указанное облегчает задачу оператора, управляющего бурильной машиной. “Подача по меньшей мере части” бурильной машины означает, что по меньшей мере часть бурильной машины, предпочтительно бурильный блок, перемещается относительно опорной точки. Первое направление может являться направлением вперед, в направлении бурения или назад, в направлении, противоположном направлению бурения. Соответственно, устройство 1 можно применять как для подачи бурильной машины и/или бурильного блока вперед во время цикла бурения, так и для подачи бурильной машины и/или бура назад, например, когда оператор останавливает бурение и готовится к началу нового цикла бурения.

Наружный цилиндр 4 проходит между концевыми участками 3a и 3b. Вариант осуществления, показанный на фиг. 1, имеет сечение с внутренним кольцевым проемом, при этом наружная часть наружного цилиндра 4 содержит наружные участки, которые увеличивают прочность наружного цилиндра 4. Такие наружные участки могут также образовывать крепежные участки для предметов, которые подлежат прикреплению к устройству 1.

На фиг. 2 показано устройство 1 согласно некоторым вариантам осуществления. Как показано, устройство 1 может соединяться с бурильной машиной 2 (показано схематично). Устройство содержит концевые участки 3a, 3b, наружный цилиндр 4 и поршень 5, соединенный с поршневым штоком 6. На фиг. 2 показано такое устройство поршня 5 и поршневого штока 6 для перемещения в наружном цилиндре 4, при котором поршень 5 и поршневой шток 6, наружный цилиндр 4 и концевые участки вместе определяют границы первой камеры 7 и второй камеры 8 для среды под давлением в наружном цилиндре 4 на соответствующей стороне поршня 5. Согласно некоторым вариантам осуществления первая камера 7 образована первым концевым участком 3a, наружным цилиндром 4 и поршнем 5, а вторая камера 8 образована поршнем 5, вторым концевым участком 3b, наружным цилиндром 4 и поршневым штоком 6. Можно выполнить одну или несколько прокладок для предотвращения прохода среды под давлением между первой камерой 7 и второй камерой 8 через проход между поршнем 5 и наружным цилиндром 4. Прокладки можно выполнять как одно или несколько поршневых колец. Устройство 1 может содержать или может соединяться со средством подачи (не показано) среды 9 под давлением. Первая камера 7 может располагаться выше головки поршня 5, и вторая камера 8 может располагаться с задней стороны поршня 5.

Устройство 1 дополнительно содержит клапан 10, который соединен с первой камерой 7. В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, клапан 10 выполнен в поршне 5. В других вариантах осуществления клапан 10 может располагаться в другом месте, например в первом концевом участке 3a или наружном цилиндре 4. Клапан 10 выполнен с возможностью открываться при изменении давления во второй камере 8 для уменьшения количества среды под давлением в первой камере. Согласно некоторым вариантам осуществления клапан 10 выполнен с возможностью открываться при изменении давления во второй камере 8 в связи с подачей бурильной машины 2. В связи с подачей может означать во время подачи или, например когда оператор прерывает подачу, например, когда оператор намеревается инициировать новый цикл бурения. Согласно некоторым вариантам осуществления клапан 10 выполнен с возможностью открываться при увеличении давления во второй камере 8. Среда под давлением может являться текучей средой, например маслом или водой, а также газом, например воздухом.

Устройство 1 может содержать один или несколько датчиков 15. Один или несколько датчиков 15 могут выполняться с возможностью обнаруживать параметр, служащий индикатором изменения давления во второй камере 8. Клапан 10 также выполнен с возможностью управления в зависимости от обнаружения. На фиг. 2 два датчика 15 показаны в концевых участках устройства 1. В других вариантах осуществления датчики 15 могут располагаться в других частях устройства 1. Позиция датчика 15 может зависеть от типа датчика 15 и/или клапана 10. Клапан 10 может являться, например, клапаном быстрого выпуска, адаптивным клапаном, магнитным клапаном или клапаном с электродистанционным управлением.

Параметр, представляющий изменение давления во второй камере 8, является параметром, который изменяется в зависимости от изменения давления во второй камере 8. Таким параметром может являться изменение длины, изменение электрического соединения или сопротивления между разными частями устройства 1 или т.п.

Согласно некоторым вариантам осуществления клапан 10 выполнен с возможностью закрываться при уменьшении давления во второй камере 8 и/или увеличении давления в первой камере 7.

На фиг. 2 бурильная машина 2 показана схематично. Бурильная машина 2 может являться, например, бурильной машиной для горной породы с мощностью в диапазоне 1-4 киловатт. Бурильная машина 2 может являться часть буровой системы, данная буровая система также содержит устройство 1 для подачи бурильной машины 2. Бурильная машина для горной породы означает бурильную машину, специально сконструированную для бурения горной породы, например в процессе горной разработки.

На фиг. 3 и 4 показано сечение устройства 1 и клапана 10.

На фиг. 3 показан закрытый клапан 10. При данном закрытом положении устройство 1 применяетcя как обычное устройство для подачи бурильной машины, т.e. клапан 10 составляет часть поршня 5 и определяет границы первой 7 и второй камеры 8 вместе с остальными частями поршня 5.

Вторая камера 8 в данном варианте осуществления соединена с клапанной камерой 11. Среда 9 под давлением может проходить между второй камерой 8 и клапанной камерой 11 через проем или проход, и когда увеличивается давление во второй камере 8, увеличивается давление в клапанной камере 11. Клапанная камера 11 входит в состав клапана 10 или прикреплена к нему. Клапан 10 дополнительно содержит клапанное седло 12, при перемещении относительно которого направленный в первую камеру 7 конус 13 клапана выполнен с возможностью открываться/закрываться в зависимости от давления в клапанной камере 11. Для выдавливания конуса 13 клапана наружу, т.e. влево на фиг. 3, требуется сила, действующая на внутреннюю часть конуса 13 клапана от среды 9 под давлением, данная сила должна превышать силу позиционирующего/упругого элемента. Согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 3, конус 13 клапана позиционирует пружина.

Фиг. 4 в общем аналогична фиг. 3, но клапан 10 показан в открытом положении. Клапан 10 выполнен с возможностью в данном открытом положении обеспечивать выпуск среды 9 под давлением в первой камере 7 из устройства 1 через полость 14 в поршневом штоке 6. Когда клапан 10 открыт, среде 9 под давлением обеспечивается очень быстрый выпуск из первой камеры 7 в полость 14 через проход, который образован между конусом 13 клапана и клапанным седлом 12. Полость 14 может затем подавать среду 9 под давлением наружу из устройства 1 с выпуском в окрестности второго концевого участка поршневого штока/опорных ног. Поскольку полость 14 открыта на своем нижнем конце, по существу, атмосферное давление имеется внутри полости.

На фиг. 5 показан способ 100 для выпуска среды под давлением из устройства для подачи по меньшей мере части бурильной машины по меньшей мере в первом направлении, причем устройство содержит первый концевой участок, второй концевой участок, наружный цилиндр, поршень и поршневой шток, где первая часть устройства выполнена с возможностью прикрепления к бурильной машине, вторая часть устройства выполнена с возможностью опирания на грунт и наружный цилиндр проходит между концевыми участками, при этом поршень и поршневой шток выполнены с возможностью перемещения в наружном цилиндре так, что поршень вместе с поршневым штоком, наружный цилиндр и концевые участки определяют границы первой камеры и второй камеры для среды под давлением в наружном цилиндре на соответствующей стороне поршня, при этом способ содержит:

- инициирование 101 изменения давления во второй камере,

- открытие 102 клапана, соединенного с первой камерой, как функции изменения давления,

- выпуск 103 среды под давлением через клапан, при этом давление в первой камере уменьшается.

Реферат

Группа изобретений относится к устройству подачи бурильной машины, к буровой системе с указанным устройством и к способу для выпуска среды под давлением из указанного устройства. Технический результат заключается в уменьшении времени, требуемого для цикла бурения. Устройство для подачи по меньшей мере части бурильной машины по меньшей мере в первом направлении содержит первый концевой участок, второй концевой участок, наружный цилиндр, поршень и поршневой шток. Первая часть устройства выполнена с возможностью прикрепления к бурильной машине, вторая часть устройства выполнена с возможностью опирания на грунт. Наружный цилиндр проходит между концевыми участками. Поршень и поршневой шток выполнены с возможностью перемещения в наружном цилиндре. Поршень вместе с поршневым штоком, наружный цилиндр и концевые участки определяют границы первой камеры и второй камеры для среды под давлением в наружном цилиндре на соответствующей стороне поршня. Устройство дополнительно содержит клапан, соединенный с первой камерой, для уменьшения количества среды под давлением в первой камере. Указанный клапан выполнен с возможностью открывания при увеличенном давлении во второй камере. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула