Устройство для бурения нефтяных и газовых скважин
Изобретение относится к области бурения скважин для добычи нефти и газа. Устройство включает гибкий бесконечный рабочий орган (2), приводной шкив (1), который кинематически связан с главным приводом устройства и оснащен вертикальными направляющими (3) с приводом подачи на бурение, пару установочно-тормозных механизмов, которые состоят из установочного (4) и тормозного (5) роликов, оснащенных тормозным механизмом (6), ведомый ролик (9), систему промывки скважины и буровую вышку с платформой. Гибкий бесконечный рабочий орган подвижно установлен в кольцевой паз приводного шкива, и ветви гибкого бесконечного рабочего органа огибают снизу тормозные и сверху установочные ролики установочно-тормозного механизма, образуя на диаметрально противоположной стороне от приводного шкива висячую открытую петлю, в которой подвижно установлен ведомый ролик. Изобретение обеспечивает увеличение производительности бурения скважин, уменьшение металлоемкости конструкции устройства, увеличение долговечности рабочего органа и уменьшение энергоемкости процесса резания. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники
Изобретение относится к области бурения скважин для добычи нефти и газа.
Предшествующий уровень техники
В настоящее время для добычи нефти и газа широкое применение получили вращательные способы бурения скважин. В зависимости от местонахождения двигателя вращательное бурение разделяют на роторное, когда двигатель находится на поверхности и приводит во вращение долото при помощи колонны бурильных труб, и бурение с забойным двигателем, когда двигатель перенесен к забою скважины и устанавливается над долотом. Принципиальной разницы между этими методами бурения практически нет.
Известные установки для бурения нефтяных и газовых скважин содержат буровую вышку для подвешивания талевой системы и размещения бурильных труб, грузоподъемное оборудование для спуска и подъема инструмента, колонну бурильных труб с буровым инструментом, систему промывки скважины и силовой привод (Буровое оборудование: Справочник. Том 1 - М.: Недра, 2000 г.).
В этих установках для осуществления бурения необходимо рабочему органу устройства сообщить вращательное движение, при этом, создавая большую осевую нагрузку, что обеспечивает разрушающее контактное давление между рабочим органом и выбуриваемой породой. Разрушающее контактное давление создается за счет веса бурильной колонны, которая является связывающим звеном между рабочим органом и буровым оборудованием, расположенным на поверхности. Бурильная колонна представляет собой вертикальный пустотелый вал, который подвергается статическим и динамическим нагрузкам от сжатия и растяжения, продольного и поперечного изгиба, кручения и внутреннего давления. Тяжелые условия работы достаточно часто являются причиной потери устойчивости бурильной колонны и приводят к поломкам бурового оборудования. Обеспечение необходимой прочности и жесткости бурильной колонны приводит к увеличению их веса, что осложняет спускоподъемные операции в процессе бурения и соответственно требует использования сравнительно мощного подъемного оборудования. Так как оборудование для спуска и подъема бурильной колонны устанавливается на вершине буровой вышки, то для удержания многотонного веса бурильной колонны приходится строить буровые вышки большой грузоподъемности. Скважины для добычи нефти и газа бурят в сравнительно труднодоступных районах, где зачастую отсутствуют элементарные коммуникации. Следовательно, большой вес бурового оборудования существенно осложняет транспортировку и сборку бурильной установки. Силовой метод бурения приводит к быстрому изнашиванию рабочего органа (долота), а для его замены приходится поднимать, разобрать бурильную колонну и после установки нового рабочего органа заново осторожно спустить в скважину. Время, затраченное на спускоподъемные операции при бурении скважины, составляет значительную часть общего времени бурения. Силовое бурение происходит при больших деформациях пластов, что часто приводит к разрушению стенок скважины и является причиной водо-, нефте- и газопроявлений. Возникающие при этом деформации ползучести приводят к сокращению размеров поперечного сечения выбуриваемой скважины, и приходится вторично обрабатывать отдельные участки скважины.
Все перечисленное является причиной необоснованно высокой трудоемкости и энергоемкости технологического процесса бурения нефтяных и газовых скважин.
Раскрытие изобретения
В основу настоящего изобретения положена задача создания буровой установки с гибким бесконечным рабочим органом, которое позволило бы устранить указанные выше недостатки.
Эта задача решена созданием устройства включающего, по меньшей мере, один гибкий бесконечный рабочий орган, приводной шкив, который кинематически связан с главным приводом устройства и оснащен вертикальными направляющими с приводом подачи на бурение, пару установочно-тормозных механизмов, которые состоят из установочного и тормозного роликов, оснащенных тормозным механизмом, ведомый ролик, систему промывки скважины и корпус, отличающегося тем, что гибкий бесконечный рабочий орган подвижно установлен в кольцевой паз приводного ролика, и ветви гибкого бесконечного рабочего органа огибают снизу тормозные и сверху установочные ролики установочно-тормозного механизма, образуя на диаметрально противоположной стороне от приводного ролика висячую открытую петлю, в котором подвижно установлен ведомый ролик.
Основной принцип работы предложенного устройства нами запатентована в Федеральном Институте Промышленной собственности РФ "Устройство с гибким рабочим органом" (заявка 2006118034 от 25.05.2006 г.). В предлагаемой конструкции отпала необходимость установки ременной передачи, так как вес гибкого бесконечного рабочего органа позволяет осуществить передачу вращательного движения необходимой мощности при помощи приводного шкива.
Главный привод устройства для бурения кинематически связан с приводным шкивом и ему сообщает вращательное или возвратно-вращательное движение, которое передается гибкому бесконечному рабочему органу. Для бурения наклонно-направленных скважин приводной шкив передает гибкому бесконечному рабочему органу одностороннее движение. При врезании висячей петли гибкого бесконечного рабочего органа в пласт на него действуют силы сопротивления выбуриваемой породы. Равнодействующая этих сил с геометрической осью гибкого бесконечного рабочего органа составляет определенный угол. Направление угла наклона равнодействующей совпадает с направлением движения гибкого бесконечного рабочего органа. Величина угла наклона зависит от скорости движения гибкого бесконечного рабочего органа и силы подачи на бурение. Угол наклона определяется тангенсом отношения силы сопротивления резанию и силы подачи на бурение. Регулируя величины этих параметров, можно бурить наклонно-направленные скважины.
Для выбуривания прямых скважин главный привод передает приводному шкиву возвратно-вращательное движение. Возвратно-вращательное движение главного привода буровой установки при помощи приводного шкива передается гибкому бесконечному рабочему органу, который врезается в породу и осуществляет процесс резания. Силы сопротивления выбуриваемой породы отклоняют гибкий бесконечный рабочий орган от вертикального положения. Однако при обратном перемещении гибкого бесконечного рабочего органа отклонение происходит в обратном направлении. Это позволяет при бурении обеспечить зазор между ветвями гибкого бесконечного рабочего органа и стенками скважины. Величина зазора зависит от скорости и величины перемещения гибкого бесконечного рабочего органа, величины подачи на бурение и твердости выбуриваемой породы. При этом только часть гибкого бесконечного рабочего органа оснащена режущими пластинками и является режущей частью рабочего органа. Длина режущей части гибкого бесконечного рабочего органа определяется из условия обеспечения необходимой производительности бурового устройства. Увеличение длины режущей части гибкого бесконечного рабочего органа увеличивает производительность буровых работ, однако увеличивается и стоимость рабочего органа. Амплитуда вращения приводного шкива задается таким образом, чтобы гибкий бесконечный рабочий орган перемещался на величину, равную длине режущей части гибкого бесконечного рабочего органа. Для осуществления процесса бурения приводной шкив оснащен вертикальными направляющими и при помощи привода для подачи на бурение перемещается по ним вертикально вниз.
Приводной шкив имеет периферийный кольцевой паз для установки гибкого бесконечного рабочего органа. Ширина периферийного кольцевого паза определяется шириной используемого гибкого бесконечного рабочего органа. Диаметр приводного шкива определяется из условия контактной прочности при действии максимального веса используемого бесконечного рабочего органа. Так как приводной шкив совершает возвратно-вращательное движение, необходимо обеспечить минимальный момент инерции приводного шкива. Для этого приводной шкив изготовляется из легких сплавов, например дюралюминия, а диаметр шкива принимается минимальным.
Гибкий бесконечный рабочий орган предназначен как для передачи движения главного привода в зону бурения, так и для осуществления самого процесса бурения. Он состоит из отдельных пакетов стальных канатов определенной длины. Длина пакета стальных канатов определяется максимальным вертикальным перемещением приводного шкива и равна удвоенному значению этого перемещения (кроме первого пакета, который должен быть длиннее). Это позволяет в процессе бурения периодически увеличить длину гибкого бесконечного рабочего органа на величину, равную двукратной величине максимального вертикального хода приводного шкива. Пакеты состоят из стальных канатов, которые уложены в продольные пазы периодически установленных по длине пакета тонких металлических пластинок и запрессованы в них. Металлические пластинки позволяют удерживать определенную ширину пакета канатов и препятствуют их скручиванию. В зависимости от грузоподъемности пакета на погонный метр можно установить 15-25 пластинок. Поверхность канатов в промежутке между тонкими металлическими пластинками покрывается износостойким пластиком (например, EPDM 80). В зависимости от диаметра и количества канатов, входящих в пакет, они бывают разной грузоподъемности и разного веса. По меньшей мере, один из пакетов является режущим. В режущем пакете стальные канаты уложены в продольные пазы периодически установленных по длине пакета призматических пластинок и закреплены в них при помощи заклепок или сваркой. Призматические пластинки на внутренней поверхности по бокам имеют углубления, в которые ставятся буртики ведомого ролика. На режущей части гибкого бесконечного рабочего органа на призматических пластинках при помощи пайки или лазерной сварки симметрично относительно серединной плоскости закрепляются режущие пластинки. При этом необходимо обеспечить их выступание по бокам на 5-10 мм. Для обеспечения нормальной работы режущей части (жесткость, производительность) количество призматических пластинок и соответственно количество режущих пластинок может быть от 30 до 50 штук на погонный метр. Для режущей части гибкого бесконечного рабочего органа диаметры и количество тросов подбираются таким образом, чтобы при необходимой прочности обеспечить максимальную гибкость и боковой зазор между канатами. Лучше канаты укладывать в призматические пластинки попарно или по три, чтобы упростить процесс нанесения пластика, увеличить жесткость гибкого бесконечного рабочего органа и обеспечить величину зазора между канатами. Наличие зазора необходимо для доступа промывающей жидкости или газа (воздуха) в зону бурения скважины. Пакеты гибкого бесконечного рабочего органа в обоих концах имеют замки, которые позволяют, шарнирно соединив пакеты, получить необходимой длины рабочий орган. Замки имеют форму призматических пластинок, имеющих выступы и впадины на одной грани, причем у противоположного замка выступы и впадины имеют обратный порядок. На выступах имеется боковое отверстие, симметрично расположенное по толщине пластинки. Выступы замка устанавливаются во впадины противоположного замка и соединяются при помощи цилиндрического валика. Валик на одном конце имеет утолщенную головку, а на другом конце имеет или отверстие для установки шплинта, или канавку для установки прорезной шайбы. Для закрепления канатов в замке во впадинах пластинки имеются конические отверстия, оси которых перпендикулярны впадинам. На конец каната надевается пружинный конический наконечник с продольной прорезью и вместе с канатом прессуется в коническое отверстие замка. Для обеспечения самоторможения конусность отверстия должна быть не более 1/20. Ширина замков должна быть на 10-20 мм меньше ширины призматических пластинок, устанавливаемых на режущем пакете канатов. Пакет канатов, оснащенный режущими пластинками, устанавливается на приводной шкив в начале процесса бурения. Этот пакет лучше изготовить длиннее остальных, чтобы обеспечить начальное провисание гибкого бесконечного рабочего органа. В дальнейшем при углублении скважины на величину, равную максимальному вертикальному перемещению приводного шкива (когда приводной шкив находится в низшей точке), ветви гибкого бесконечного рабочего органа при помощи тормозных устройств удерживаются в висячем положении. Раскрывается замок, на стыке соединения пакета канатов, конец которого находится выше тормозного устройства, и к верхнему замку (со стороны приводного шкива) пакета канатов присоединяется замок нового пакета. Приводной шкив поднимается на верхнее положение, подтягивая устанавливаемый пакет канатов и другой конец устанавливаемого пакета, соединяется с нижним замком. Пакеты канатов гибкого бесконечного рабочего органа удобно маркировать и обмотать на отдельные катушки. При этом они получаются транспортабельными, лучше сохраняются и удобны для эксплуатации. Предлагаемый гибкий бесконечный рабочий орган фактически заменяет традиционную бурильную колонну с долотом и весит в 8÷10 раз легче него. При использовании гибкого бесконечного рабочего органа процесс бурения переходит в процесс резания породы. Сила подачи гибкого бесконечного рабочего органа на резание не может быть больше инерционных центробежных сил, действующих в висячей петле, а скорости резания значительно превосходят применяемые на практике скорости бурения, что позволяет оптимально использовать алмазосодержащие режущие пластинки. Производительность бурения возрастает в 3÷5 раза (в зависимости от прочности выбуриваемой породы), а стойкостью гибкого бесконечного рабочего органа можно задаваться (меняя количество режущих пластинок или количество режущих пакетов), что позволяет выбуривать скважины заданной глубины без замены режущей части гибкого бесконечного рабочего органа. Отпадает необходимость проведения спускоподъемных работ, связанных с заменой изношенного инструмента. Из-за уменьшения нагрузки на буровой инструмент (гибкий бесконечный рабочий орган) существенно снижается вероятность поломок оборудования в забое скважины и, следовательно, необходимость проведения работ по ликвидации аварии и восстановления работоспособности бурильного оборудования. Значительно снижается энергоемкость процесса бурения.
В висячей петле гибкого бесконечного рабочего органа свободно установлен ведомый ролик. Основной функцией ведомого ролика является придание висячей петле гибкого бесконечного рабочего органа необходимого для данной скважины диаметра раскрытия. Вес ведомого ролика должен обеспечить полное прилегание гибкого бесконечного рабочего органа по нижней половине цилиндрической поверхности ведомого ролика. Длина ролика меньше ширины гибкого бесконечного рабочего органа, что позволяет исключить касание торцов ролика об стенки выбуриваемой скважины. По торцам ролик снабжен цилиндрическими буртиками, которые обеспечивают устойчивое вращение ролика при движении гибкого бесконечного рабочего органа. Для того чтобы бесконечный рабочий орган мог служить как инструмент бурения, ему необходимо придать определенную жесткость в плоскости, перпендикулярной геометрической оси ведомого ролика. Это достигается при помощи центробежных инерционных сил, возникающих в висячей открытой петле при движении гибкого бесконечного рабочего органа по цилиндрической поверхности ведомого ролика. Размеры выбуриваемой скважины определяются шириной гибкого рабочего органа, длиной его режущей части и диаметром приводного ролика.
Установочно-тормозные механизмы предназначены для удержания ветвей гибкого бесконечного рабочего органа в висячем положении. Они установлены на буровой платформе и состоят из одной пары роликов, оснащенных периферийными кольцевыми пазами. Ролики установлены в серединной плоскости гибкого бесконечного рабочего органа, а их оси вращения смещены друг относительно друга в горизонтальном и вертикальном направлении. Установочные ролики расположены ближе к оси симметрии гибкого бесконечного рабочего органа и выше тормозных роликов. Величина смещения в обоих направлениях должна быть не более диаметра этих роликов. Ветви гибкого бесконечного рабочего органа устанавливаются в установочно-тормозные механизмы, таким образом, чтобы внутренняя сторона ветвей гибкого бесконечного рабочего органа огибала тормозной ролик снизу, а его внешняя сторона огибала установочные ролики сверху. Они снабжены возможностью горизонтального перемещения и позволяют установить расстояние между ветвями гибкого бесконечного рабочего органа. Поверхности кольцевых пазов роликов покрываются пластиком (например, EPDM 80), что позволяет улучшить сцепление гибкого бесконечного рабочего органа с роликами и улучшить условия эксплуатации канатов. Ширина периферийного паза установочных и тормозных роликов определяется шириной гибкого бесконечного рабочего органа и превосходит его на 5-20 мм. Диаметры установочных и тормозных роликов определяются наибольшим диаметром канатов, которые используются в данной буровой установке. Минимальный диаметр периферийного паза ролика равен тридцатикратному диаметру используемого каната. Установочно-тормозные механизмы снабжены системой тормозов для задержания ветвей гибкого бесконечного органа в висячем состоянии, что необходимо при наращивании или укорачивании гибкого бесконечного рабочего органа. Тормозная система одновременно блокирует вращение установочного и тормозного ролика, а также при помощи тормозной колодки прижимает гибкий бесконечный рабочий орган к периферийному кольцевому пазу тормозного ролика. Блокировка вращения установочных и тормозных роликов позволяет уменьшить контактное давление, действующее со стороны тормозной колодки, на гибкий бесконечный рабочий орган. Предлагаемый механизм позволяет надежно фиксировать гибкий бесконечный рабочий орган с небольшим усилием торможения (контактное давление на тормозной колодке не превышает 15 кг/см2). Тормозная система активизируется как оператором при необходимости удержания ветвей гибкого бесконечного рабочего органа в висячем положении.
Направляющие приводного шкива позволяют обеспечить вертикальное движение приводного шкива с гибким бесконечным рабочим органом при подаче на бурение. Так как гибкий бесконечный рабочий орган может передавать на приводной шкив только вертикально вниз направленные усилия, то нет необходимости обеспечения большой жесткости на изгиб направляющих приводного шкива. Снабжая их промежуточными связями с корпусом устройства (буровой вышкой), можно обеспечить необходимую жесткость. Длина направляющих равняется вертикальному перемещению приводного шкива. Привод подачи на бурение обеспечивает перемещение по направляющим приводного шкива вместе с гибким бесконечным рабочим органом. Привод подачи на бурение должен обеспечивать как рабочую подачу на бурение, так и быстроходные спускоподъемные операции для наращивания длины гибкого бесконечного рабочего органа или при его подъеме. Рабочая подача в зависимости от прочности выбуриваемой породы и глубины бурения может быть в пределах 0,01-0,03 мм на одну режущую пластинку. В зависимости от погонного веса режущей части гибкого бесконечного рабочего органа бурение происходит, при достижении скорости движения величины 5-6 м/сек и фактически отсутствует контакт с выбуриваемой породой при низких скоростях. Поэтому с увеличением длины (массы) гибкого бесконечного рабочего органа в зависимости от мощности главного привода подачу на бурение следует уменьшить. Если мощность и быстродействие главного привода достаточны (например, если для бурения скважины размерами 160×160 мм двигатель главного привода имеет мощность 120 кВт и позволяет осуществить 180 реверсивных включений в час, а режущие пластинки оснащены алмазным зерном), в породах средней твердости можно осуществить непрерывное бурение до глубины 2000 м со скоростью подачи на бурение примерно 10 м/час.
Устройство оснащено системой промывки скважины, что необходимо для удаления выбуренной породы и охлаждения, как гибкого бесконечного рабочего органа, так и алмазосодержащих режущих пластинок. Это позволит увеличить долговечность гибкого бесконечного рабочего органа и эксплуатировать буровое устройство в условиях высоких температур. Трубопровод для подачи бурового раствора нужно опускать по центру выбуриваемой скважины, между ветвями гибкого бесконечного рабочего органа. Скорость опускания трубопровода идентична скорости подачи гибкого бесконечного рабочего органа на бурение, следовательно, для опускания трубопровода можно использовать привод подачи на бурение. Так как трубопровод находится под небольшим давлением, и его прочность фактически определяется собственным весом, его лучше изготовить из легких сплавов и снабдить ребрами жесткости. Для наращивания трубопровода на устройстве установлен механизм для удержания его в висячем положении. При бурении скважин предлагаемым устройством выбуриваемая порода подвергается резанию, и стенки скважины не подвергаются разрушению, следовательно, нет необходимости глинизировать стенки скважины. Кроме этого, если учитывать, что отходами процесса резания являются частицы небольших размеров (от 3 до 30 мкм), то для их удаления и охлаждения гибкого бесконечного рабочего органа можно использовать газообразные буровые агенты (воздух, природные и выхлопные газы, продукты горения и т.д.), что существенно упрощает работу системы промывки скважины.
Корпус устройства представляет собой буровую вышку совместно с платформой. На них устанавливается и закрепляется все необходимое для бурения оборудование устройства. Предлагаемое конструктивное решение позволяет значительно сократить вес основных узлов устройства для бурения. Следовательно, при адекватных условиях вес и металлоемкость платформы и буровой вышки будет значительно меньше существующих конструкций. Это позволит обеспечить транспортабельность всего бурового оборудования и облегчит его монтаж.
Можно установочно-тормозные механизмы устройства оснастить приводом. Это позволит при аварийном обрыве гибкого бесконечного рабочего органа достаточно просто вытащить рабочий орган из скважины. Так же создается возможность для уменьшения веса главного привода за счет уменьшения его мощности, а для бурения при больших глубинах, когда масса гибкого рабочего органа достаточно большая, для передачи движения гибкому бесконечному органу использовать приводы установочно-тормозных механизмов.
Можно устройство оснастить ременной передачей, установленной в плоскости приводного ролика таким образом, чтобы внешней стороной ремня обеспечить прижатие гибкого бесконечного рабочего органа к кольцевому пазу приводного шкива. Это позволит увеличить величину усилия, передаваемого приводным шкивом гибкому бесконечному рабочему органу. В начале бурения скважины, когда вес гибкого бесконечного рабочего органа не достаточен для передачи приводного момента, создаваемое ременной передачей контактное давление обеспечит передачу приводного момента.
Можно устройство оснастить датчиком, реагирующим на изменение веса гибкого бесконечного рабочего органа. Датчик входит в цепь управления тормозными системами устройства и при обрыве гибкого бесконечного рабочего органа включает тормозную систему устройства. Вытаскивание оборвавшегося гибкого бесконечного органа из скважины при помощи тормозной системы и привода подачи на бурение не является сложной задачей.
Можно устройство оснастить механизмом для подачи и уборки пакетов каната. Вал, на котором устанавливается катушка с пакетом канатов, установлен на платформе устройства и снабжен приводом для вращения катушки. На валу можно установить необходимые для бурения все пакеты канатов и по порядку подавать для удлинения или снятия гибкого бесконечного рабочего органа.
Можно на конце трубопровода для подачи бурового раствора установить датчик для определения провисания ведомой ветви гибкого бесконечного рабочего органа, что позволит определить оптимальную величину подачи на бурение в конкретной породе. Датчик состоит из двух колесиков, которые находятся в контакте с внутренней поверхностью гибкого бесконечного рабочего органа и закреплены на штоках упруго перемешивающихся относительно корпуса датчиков. По величине перемещения можно установить возможность провисания и соответственно регулировать подачу на бурение.
Можно устройство оснастить механизмом с двумя направляющими роликами, снабженными кольцевыми пазами. Механизм в начале бурения устанавливается у устья скважины таким образом, что ролики с наружной стороны поверхности ветвей гибкого бесконечного рабочего органа направляют его движение. Это позволит облегчить бурение устья скважины без значительных отклонений от задаваемого направления.
Можно ведомый ролик изготовить из двух цилиндров того же диаметра, герметично насаженных на концы вала, который закреплен к концу трубопровода системы промывки скважины. Это позволит как увеличить устойчивость трубопровода, так и при обрывах гибкого бесконечного рабочего органа извлечь из скважины ведомый ролик.
Можно устройство оснастить противовесом приводного шкива и гибкого бесконечного рабочего органа, что позволит исключить возникновение изгибающих усилий в направляющих приводного шкива и облегчит работу привода подачи на бурение. Так как в процессе бурения длина гибкого бесконечного рабочего органа наращивается и следовательно растет его вес, противовес может быть оснащен емкостью для жидкости, в которую автоматически будет подаваться жидкость для поддержания равновесия.
Для лучшего понимания предлагаемого изобретения приведены схематичные изображения предлагаемого устройства.
Фиг.1 схематично изображает устройство бурения нефтяных и газовых скважин согласно изобретению.
Фиг.2 схематично изображает закрепление призматических и режущих пластинок на пакете канатов.
Фиг.3 схематично изображена конструкция замков пакетов канатов.
Предлагаемое устройство для бурения нефтяных и газовых скважин (фиг.1) включает корпус 13 (на схеме приведена только платформа), на котором закреплены направляющие подачи на бурение 3. Подвижно закрепленные установочно-тормозные механизмы состоят из установочного ролика 4, тормозных роликов 5 и колодочных тормозов 6. На схеме не приведена тормозная система для торможения установочного 4 и тормозного 5 роликов. Приводной шкив 1 подвижно установлен на направляющих подачи на бурение 3 и на нем установлен гибкий бесконечный рабочий орган 2, который состоит из отдельных пакетов канатов, соединенных между собой замками 7, в нижней части гибкого бесконечного рабочего органа режущий пакет канатов 8, в висячей петле которого установлен ведомый ролик 9. Трубопровод для подачи промывочной жидкости 10 опускается по геометрической оси скважины 11 и кинематически связан с суппортом приводного шкива 1. На платформе установлена катушка 12 с пакетом канатов.
На Фиг.2 показано схематичное изображение закрепления призматических 14 и режущих 15 пластинок на пакете канатов устройства. Режущие пластинки 15 установлены на верхней половине призматических пластинок 14 и закреплены при помощи пайки или лазерной сварки. В пазы верхней призматической пластинки 14 установлены канаты 17, которые прижаты пазами нижней призматической пластинки 16 и закреплены при помощи заклепок 18.
На Фиг.3 схематично изображена конструкция замков пакетов канатов. Концы канатов 17 установлены в конические прорезные наконечники 19, которые спрессованы в конические отверстия корпуса замка 20 и 21. Выступы замка 20 установлены во впадины противоположного замка 21 и подвижно соединены при помощи валика 22, осевому смещению которой препятствует шплинт 23.
Устройство работает следующим образом.
Включается главный привод устройства. При помощи главного привода устройства гибкому бесконечному рабочему органу сообщается рабочее движение (приводной шкив совершает возвратно-вращательное движение). Включается подача на бурение, и после достижения контакта режущей части гибкого бесконечного рабочего органа с пластом начинается процесс бурения. После бурения на глубину максимального хода подачи на бурение, включается тормозная система и в гибкий бесконечный рабочий орган вставляется замок нового пакета канатов. Приводной шкив поднимается на максимальную высоту и закрепляется второй замок нового пакета канатов. Включается главный привод и привод подачи на бурение. Процесс периодически повторяется.
Настоящее изобретение может быть использовано при бурении эксплуатационных скважин для добычи нефти и газа.
1. Устройство для бурения нефтяных и газовых скважин, включающее гибкий бесконечный рабочий орган, приводной шкив, который кинематически связан с главным приводом устройства и оснащен вертикальными направляющими с приводом подачи на бурение, пару установочно-тормозных механизмов, которые состоят из установочного и тормозного ролика, оснащенных тормозным механизмом, ведомый ролик, систему промывки скважины и буровую вышку с платформой, отличающееся тем, что гибкий бесконечный рабочий орган подвижно установлен в кольцевой паз приводного шкива и ветви гибкого бесконечного рабочего органа огибают снизу тормозные и сверху установочные ролики установочно-тормозного механизма, образуя на диаметрально противоположной стороне от приводного шкива висячую открытую петлю, в которой подвижно установлен ведомый ролик.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что установочно-тормозные механизмы оснащены приводом.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство оснащено ременной передачей, обеспечивающей прижатие гибкого бесконечного рабочего органа к кольцевому пазу приводного шкива.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство оснащено датчиком, реагирующим на изменение веса гибкого бесконечного рабочего органа.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гибкий бесконечный рабочий орган формируется в виде пакета канатов, размещенных на катушках, вал которых установлен на платформе и оснащен механизмом для подачи и уборки пакетов канатов.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на конце трубопровода системы промывки установлен датчик определения провисания ведомой ветви гибкого бесконечного рабочего органа.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что у устья скважины устанавливается механизм с направляющими роликами.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ведомый ролик изготовлен из двух идентичных цилиндров, герметично насаженных на концы вала, который закреплен к концу трубопровода системы промывки скважины.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство оснащено противовесом приводного шкива и гибкого бесконечного рабочего органа.
