Агрегат для бурения грунта и способ бурения

АГРЕГАТ ДЛЯ БУРЕНИЯ ГРУНТА И СПОСОБ БУРЕНИЯ(71)(73) Заявитель и патентовладелец: БАУЭР МАШИНЕН ГМБХ (DE) Изобретение относится к агрегату для бурения грунта, соответствующему способу бурения, причем в агрегате предусмотрены мачта, бурильные салазки, направляемые с возможностью перемещения вдоль мачты, и приводная установка для перемещения бурильных салазок на мачте. Согласно изобретению приводная установка содержит как гидроцилиндровый привод, так и лебедочный тросовый привод. Бурильные салазки могут соединяться с гидроцилиндровым приводом и с лебедочным тросовым приводом. 013805 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к агрегату для бурения грунта, содержащему мачту, бурильные салазки, направляемые с возможностью перемещения вдоль мачты, и приводную установку для перемещения бурильных салазок на мачте, в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения. Изобретение относится также к способу бурения для проходки скважины, при котором первую колонну труб и вторую колонну труб перемещают и в особенности вводят в грунт посредством бурильных салазок. Сведения о предшествующем уровне техники Такие агрегаты для бурения грунта, используемые в особенности для глубокого бурения, имеют,как правило, два основных режима эксплуатации. С одной стороны, это бурение и, с другой стороны,облицовка скважины обсадными трубами. Первый основной режим эксплуатации, который занимает большую часть времени, служит для бурения или вытягивания плетей труб. Замена плетей труб должна производиться быстро, так как на это время прерывается промывка скважины. При этом существует риск того, что бурильная головка плотно застрянет в скважине. После достижения определенной глубины бурения скважину необходимо облицевать обсадными трубами и забетонировать от проникновения грунта, чтобы стабилизировать скважину, чтобы предотвратить загрязнение различных пластов грунта, например, при бурении газовых или нефтяных скважин. Для этого встраивают более длинные плети труб, соединяют их между собой и затем бетонируют снаружи. При этом системы подачи требуют больших тяговых усилий. Из патентного документа ЕР 0114146 известен агрегат для бурения грунта, в котором телескопическая мачта может приводиться посредством гидроцилиндра. Сущность изобретения Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании агрегата для бурения грунта и способа бурения, обеспечивающих возможность эффективной работы в различных основных режимах эксплуатации. В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет агрегата для бурения грунта, обладающего признаками по п.1, и способа бурения, обладающего признаками по п.8 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения изложены в зависимых пунктах. Агрегат для бурения грунта по изобретению отличается тем, что приводная установка содержит как гидроцилиндровый привод, так и лебедочный тросовый привод, а бурильные салазки выполнены с возможностью соединения с гидроцилиндровым приводом и с лебедочным тросовым приводом. Посредством двух различных приводов могут эффективно осуществляться различные режимы эксплуатации. Гидроцилиндровый привод позволяет развивать высокие скорости подачи и перемещения,как это предпочтительно в особенности при бурении или вытягивании плетей бурильных труб. В отличие от него лебедочный тросовый привод может эффективно использоваться при облицовке скважины,например, путем подачи обсадных труб. Для этих работ требуется система подачи с высокими тяговыми усилиями. Это может экономичным образом осуществляться компактным лебедочным тросовым приводом, с помощью которого, в особенности за счет многорядной запасовки подъемного троса по принципу полиспаста, могут создаваться высокие тяговые усилия при пониженной скорости подачи. В принципе во время обоих режимов эксплуатации бурильные салазки могут быть связаны как с гидроцилиндровым приводом, так и с лебедочным тросовым приводом. Однако согласно особенно предпочтительному примеру осуществления предусмотрено соединительное устройство, с помощью которого бурильные салазки могут выборочно соединяться с гидроцилиндровым приводом и с лебедочным тросовым приводом. При этом соединительное устройство может приводиться в действие вручную, например, с помощью задвигаемых удерживающих пальцев, или автоматически, например, посредством соответствующих гидроцилиндров, которые приводят в действие регулировочный механизм на бурильных салазках. В особенно предпочтительном примере осуществления мачта содержит основной элемент мачты и по меньшей мере один телескопический элемент мачты, который телескопическим образом направляется в основном элементе мачты, а гидроцилиндровый привод выполнен с возможностью соединения с этим,по меньшей мере одним телескопическим элементом мачты для его перемещения. За счет этого гидроцилиндровый привод может использоваться не только для перемещения бурильных салазок, но также и для телескопического движения мачты. Телескопическая конструкция мачты особенно оптимальна при монтаже и установке агрегата для бурения грунта, при которой мачту из ее, по существу, горизонтального транспортного положения поворачивают, по существу, в вертикальное рабочее положение. Чем меньше длина мачты в ходе этого процесса, тем меньше необходимые установочные усилия. Кроме того, выдвижение мачты целесообразно, когда после бурения производится облицовка скважины плетями обсадных труб, длина которых больше длины плетей бурильных труб. Высокая гибкость в отношении хода перемещения бурильных салазок достигается согласно изобретению за счет того, что бурильные салазки снабжены первой направляющей для направления вдоль основного элемента мачты и по меньшей мере одной дополнительной, второй направляющей для направ-1 013805 ления вдоль по меньшей мере одного телескопического элемента мачты. Вследствие телескопической конструкции мачты ее телескопический элемент имеет форму, отличную от формы основного элемента,как правило, меньшую форму. В этих условиях для обеспечения хорошего направления бурильных салазок на основном элементе мачты имеется первая направляющая, отличная от второй направляющей на телескопическом элементе. Эти направляющие могут представлять собой в особенности направляющие рельсы или направляющие пазы. На бурильных салазках соответственно предусмотрены ползуны или направляющие башмаки для обеих направляющих, так что при телескопически выдвинутой мачте бурильные салазки могут без перехода перемещаться на мачте от основного элемента к телескопическому элементу. В соответствии с числом телескопических элементов может быть предусмотрено больше двух направляющих. Далее в соответствии с изобретением лебедочный тросовый привод содержит тросовую лебедку,расположенную на станине агрегата для бурения грунта и содержащую трос, который направляется через систему блоков на головке мачты. При таком решении через головку мачты на бурильные салазки могут передаваться высокие тяговые усилия. Это особенно относится к решению, когда система блоков работает по принципу полиспаста с дополнительным кратным повышением усилия. Расположение тросовой лебедки на станине агрегата для бурения грунта обеспечивает устойчивость конструкции и непосредственную передачу усилий в устойчивую опорную станину. При этом согласно изобретению особенно предпочтительно, если лебедочный тросовый привод выполнен с возможностью соединения с мачтой для ее поворота в вертикальное положение или из него. За счет этого лебедочный тросовый привод может использоваться также для подъема мачты, по существу,из горизонтального транспортного положения, по существу, в вертикальное рабочее положение. Для этого трос отсоединяют от бурильных салазок и переводят в предусмотренный для этого пункт крепления на задней подкосной ферме мачты. Согласно изобретению устойчивость конструкции дополнительно усиливается за счет того, что гидроцилиндровый привод содержит по меньшей мере один гидроцилиндр, который расположен у основания мачты. Помимо этого пункта шарнирного крепления на основании мачты гидроцилиндр имеет другой пункт шарнирного крепления, который предусмотрен на бурильных салазках и является разъемным. Для телескопического движения мачты этот разъемный пункт крепления гидроцилиндра присоединяют к телескопическому элементу мачты для ее втягивания или выдвижения. Способ бурения по изобретению отличается тем, что для ввода первой колонны труб бурильные салазки перемещают посредством гидроцилиндрового привода, а для ввода второй колонны труб бурильные салазки перемещают посредством лебедочного тросового привода. Гидроцилиндровый привод обеспечивает быстрое перемещение, что особенно выгодно для плетей внутренних бурильных труб. Лебедочный тросовый привод, наоборот, обеспечивает передачу высоких усилий подачи, как это необходимо при вводе обсадных труб. При этом согласно изобретению в особенно предпочтительном примере осуществления первая колонна труб является внутренней колонной бурильных труб, а вторая колонна труб является наружной колонной труб. На внутренней колонне бурильных труб на конце со стороны грунта имеется бурильная головка. Наружная колонна труб может использоваться для облицовки и бетонирования скважины для ее закрепления. Далее, в предпочтительном примере осуществления изобретения первую колонну труб собирают из первых плетей труб, а вторую колонну труб собирают из вторых плетей труб, причем первые плети труб имеют меньшую длину, чем вторые плети труб, при этом перед вводом второй колонны труб мачту удлиняют и вторую колонну труб вводят в грунт последовательными плетями посредством перемещения бурильных салазок вдоль удлиненной мачты. В альтернативном примере осуществления плети первой колонны труб могут быть длиннее плетей второй колонны труб. Способ бурения по изобретению создает возможность эффективной эксплуатации в обоих основных режимах. Так, для бурения скважины с помощью колонны бурильных труб бурильные салазки перемещают исключительно вдоль основного элемента мачты. При этом могут использоваться более короткие плети бурильных труб. Если же в другом основном режиме эксплуатации, а именно при облицовке скважины, используются более длинные обсадные трубы в качестве второй колонны труб, то для этих более длинных плетей труб мачту телескопически выдвигают. Согласно изобретению в целом созданы агрегат для бурения грунта и способ бурения, причем агрегат для бурения грунта по изобретению по сравнению с известными агрегатами сравнимой мощности более экономичен. Это объясняется тем, что при наличии лебедочного тросового привода для достижения как высоких скоростей подачи гидроцилиндра и одновременно высоких необходимых усилий подачи потребовался бы лебедочный тросовый привод в несколько раз больших размеров. Перечень фигур Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны примеры осуществления изобретения, не налагающие каких-либо ограничений. На фиг. 1 изображен в перспективе агрегат для бурения грунта по изобретению в первом примере осуществления; на фиг. 2 - агрегат для бурения грунта по фиг. 1, вид сбоку; на фиг. 3 - в перспективе аг-2 013805 регат для бурения грунта по фиг. 1 с повернутой мачтой; на фиг. 4 - в перспективе агрегат для бурения грунта в другом примере выполнения и сопутствующее оснащение; на фиг. 5 - в перспективе агрегат для бурения грунта в следующем примере осуществления; на фиг. 6 - агрегат для бурения грунта по фиг. 5,вид спереди. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения На фиг. 1 и 2 агрегат 10 для бурения грунта представлен в первом примере выполнения. Он содержит станину 12, в которой расположен имеющий форму контейнера агрегатный блок 14 для гидравлического и энергетического снабжения. На противоположном конце станины 12 предусмотрен вилочный аутригер 16, который охватывает устье 5 скважины. Мачта 23 шарнирно укреплена с возможностью поворота на боковинах вилочного аутригера 16 с помощью V-образной двуногой опоры 20. На дальней от устья 5 скважины стороне мачты 23 она подперта с опорой на станину 12 посредством фермы с так называемой подкосной треногой. На переходе от мачты 23 к двуногой опоре 20 установлен, по существу, горизонтально расположенный бурильный стол 22 с кабиной 62 управления. Под бурильным столом 22, который опирается на вилочный аутригер 16 подкосами 21, известным образом предусмотрен противовыбросовый превентер 60 с соответствующими зажимными устройствами для свинчивания и разъема плетей труб. В представленном примере осуществления агрегата 10 для бурения грунта мачта 23 выполнена телескопической и содержит основной элемент 24 мачты, в котором подвижным образом направляется телескопический элемент 26 мачты. На своих передних сторонах основной элемент 24 мачты и телескопический элемент 26 мачты снабжены направляющими по типу рельсов, по которым вдоль мачты 23 направляются подвижные бурильные салазки 50 с головкой 52 привода вращения. На обращенной к мачте 23 стороне на бурильных салазках имеются направляющие башмаки в виде первой направляющей 54 и второй направляющей 56, которые вместе с направляющими на основном элементе 24 мачты и телескопическом элементе 26 мачты обеспечивают надежное линейное перемещение бурильных салазок 50. Согласно изобретению бурильные салазки 50 могут перемещаться действием как гидроцилиндрового привода 40, так и лебедочного тросового привода 30. Лебедочный тросовый привод 30 содержит барабанную тросовую лебедку 32 с вращательным приводом. Тросовая лебедка 32 расположена на станине 12 между вилочным аутригером 16 и агрегатным блоком 14. Не показанный на чертеже трос огибает направляющий блок 34 на головке 28 мачты, проходит через систему 36 блоков и соединен с бурильными салазками 50. За счет многорядной запасовки троса в системе 36 блоков достигается повышение тягового усилия по принципу полиспаста для перемещения бурильных салазок 50. Пропорционально повышению тягового усилия происходит снижение скорости перемещения лебедочного тросового привода 30. В соответствии с изобретением для более быстрого перемещения с меньшими тяговыми усилиями бурильные салазки 50 могут быть соединены с гидроцилиндровым приводом 40. Гидроцилиндровый привод 40 содержит гидроцилиндр 42, который проходит во внутреннем пространстве мачты 23, Uобразной в поперечном сечении. Гидроцилиндр 42 имеет нижний пункт 44 крепления и верхний пункт 46 крепления. Этими пунктами 44, 46 крепления гидроцилиндр 42 может быть выборочно соединен с основанием мачты 23, с бурильными салазками 50 или с подвижным телескопическим элементом 26 мачты. В соответствии с изобретением телескопический элемент 26 мачты может выдвигаться из основного элемента 24 мачты для удлинения мачты 23 в особенности тогда, когда производится заглубление или вытягивание более длинных плетей колонны труб. При этом в зависимости от желаемой скорости перемещения и требуемых тяговых усилий бурильные салазки 50 могут приводиться либо лебедочным тросовым приводом 30, либо гидроцилиндровым приводом 40. На фиг. 3 агрегат 10 для бурения грунта показан в сложенном монтажном положении, при котором мачта 23 шарнирно прикреплена с помощью шарниров 17 на нижнем конце двуногой опоры 20 к вилочному аутригеру 16. Для возведения мачты 23, которая для снижения усилий находится в своем втянутом состоянии, может использоваться лебедочный тросовый привод 30. Для этого показанный здесь частично трос 33 шарнирно прикрепляют к мачте 13 с проходом через сложенную подкосную ферму 18. Таким путем мачта 23 может быть повернута из своего горизонтального транспортного положения в вертикальное рабочее положение и наоборот. На фиг. 4 агрегат 10 для бурения грунта представлен в другом примере выполнения и, по существу,соответствует описанному агрегату для бурения грунта. В отличие от него здесь выбрана другая подкосная ферма 18 с коробчатым промежуточным элементом. Агрегат 10 для бурения грунта по фиг. 4 показан с сопутствующим оснащением, обычным на месте бурения. Первые плети 71 бурильных труб с помощью известных манипуляторов 70 поворачивают из исходного горизонтального положения в вертикальное и поднимают на уровень бурильного стола 22. С помощью бурильных салазок 50 первые плети 71 труб могут свинчиваться друг с другом для образования первой бурильной колонны труб и подаваться в грунт последовательно плетями. Демонтаж первой колонны труб осуществляется в обратном порядке. Далее с помощью бурильных салазок 50 может вводиться вторая колонна труб, которую собирают из вторых плетей 72 труб. На фиг. 4 они показаны расположенными в стеллаже. Длина вторых плетей 72 труб больше длины первых плетей 71 труб. Для подачи более длинных вторых плетей 72 труб мачта 23-3 013805 может быть выдвинута. При этом, как показано на чертеже, бурильные салазки 50 принимают вторые плети 72 труб при своем движении к верхней головке 28 мачты и могут подавать их в грунт или вытягивать из грунта. На фиг. 5 и 6 агрегат 10 для бурения грунта представлен в следующем примере выполнения. По существу, он соответствует описанным агрегатам, так что далее будут описаны только отличительные особенности. В агрегате 10 для бурения грунта по фиг. 5 и 6 предусмотрена мачта 23 в виде одного элемента фиксированной длины. При этом длина мачты 23 соответствует наибольшей ожидаемой длине плети труб. При более коротких плетях бурильные салазки просто опускают на мачте 23 до необходимого уровня. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Агрегат для бурения грунта, содержащий мачту (23), бурильные салазки (50), направляемые с возможностью перемещения вдоль мачты (23), и приводную установку для перемещения бурильных салазок (50) на мачте (23), отличающийся тем, что приводная установка содержит как гидроцилиндровый привод (40), так и лебедочный тросовый привод (30), а бурильные салазки (50) выполнены с возможностью соединения с гидроцилиндровым приводом (40) и с лебедочным тросовым приводом (30). 2. Агрегат для бурения грунта по п.1, отличающийся тем, что предусмотрено соединительное устройство, с помощью которого бурильные салазки (50) могут выборочно соединяться с гидроцилиндровым приводом (40) и с лебедочным тросовым приводом (30). 3. Агрегат для бурения грунта по п.1 или 2, отличающийся тем, что мачта (23) содержит основной элемент (24) мачты и по меньшей мере один телескопический элемент (26) мачты, который телескопическим образом направляется в основном элементе (24) мачты, а гидроцилиндровый привод (40) выполнен с возможностью соединения с этим, по меньшей мере одним телескопическим элементом (26) мачты для его перемещения. 4. Агрегат для бурения грунта по п.3, отличающийся тем, что бурильные салазки (50) снабжены первой направляющей (54) для направления вдоль основного элемента (24) мачты и по меньшей мере одной дополнительной второй направляющей (56) для направления вдоль по меньшей мере одного телескопического элемента (26) мачты. 5. Агрегат для бурения грунта по п.3 или 4, отличающийся тем, что лебедочный тросовый привод(30) содержит тросовую лебедку (32), расположенную на станине (12) агрегата (10) для бурения грунта и содержащую трос (33), который направляется через систему (36) блоков на головке (28) мачты. 6. Агрегат для бурения грунта по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что лебедочный тросовый привод (30) выполнен с возможностью соединения с мачтой (23) для ее поворота. 7. Агрегат для бурения грунта по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что гидроцилиндровый привод (40) содержит по меньшей мере один гидроцилиндр (42), который расположен у основания мачты(23). 8. Способ бурения, в особенности для проходки скважин с помощью агрегата (10) для бурения грунта по любому из пп.1-7, при котором первую колонну труб и вторую колонну труб перемещают и в особенности вводят в грунт посредством бурильных салазок (50), направляемых на мачте, отличающийся тем, что для ввода первой колонны труб бурильные салазки (50) перемещают посредством гидроцилиндрового привода (40), а для ввода второй колонны труб бурильные салазки (50) перемещают посредством лебедочного тросового привода (30). 9. Способ бурения по п.8, отличающийся тем, что первая колонна труб является внутренней колонной бурильных труб, а вторая колонна труб является наружной колонной труб. 10. Способ бурения по п.8 или 9, отличающийся тем, что первую колонну труб собирают из первых плетей (71) труб, а вторую колонну труб собирают из вторых плетей (72) труб, причем первые плети (71) труб имеют меньшую длину, чем вторые плети (72) труб, при этом перед вводом второй колонны (72) труб мачту (23) удлиняют и вторую колонну (72) труб вводят в грунт последовательными плетями посредством перемещения бурильных салазок (50) вдоль удлиненной мачты (23).