Тип вращателя

Буровые станки и единые буровые установки принципиально делятся на три группы по типу вращателя (напомним, что речь идет о механическом вращательном бурении): - станки с роторным, шпиндельным и с подвижным вращателем. Каждый из этих типов станков имеет свои достоинства и недостатки и, соответственно, свои рациональные области применения.

Роторный вращатель представляет собой приводимый во вращение диск, установленный на основании буровой установки и имеющий по центру вставку с фигурным (обычно квадратным) отверстием. Через это отверстие пропускается такого же сечения (обычно квадратного) длинная ведущая труба, часто называемая "квадрат". Вращение и крутящий момент от ротора передается на ведущую трубу и, следовательно, на весь буровой снаряд. При этом ведущая труба может свободно скользить в отверстии ротора и перемещаться в осевом направлении на всю свою длину. Ротор только вращает буровой снаряд и не участвует ни в осевом перемещении, ни в регулировании усилий передаваемых на ведущую трубу и, следовательно, в регулировании осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент (П.Р.И.).

Достоинство установок с роторным вращателем - простота и надежность устройства, и главное возможность бурения без остановки и на всю длину ведущей трубы, достигающей в разведочном бурении, 6-8 м.

Недостатки - ограниченные возможности в качественном регулировании осевой нагрузки на ПРИ, невозможность забуривания наклонно-направленных скважин, невысокая частота вращения (обычно до 350 об/мин.).

Шпиндельный вращатель включает в себя пустотелый вал - "шпиндель", через который пропускается ведущая бурильная труба круглого сечения. На концах шпинделя имеются зажимные патроны, которые надежно закрепляют в шпинделе ведущую трубу, обеспечивая передачу ей вращения, крутящего момента и осевых усилий. В современных схемах шпиндельных вращателей в отечественных станках, жестко на шпинделе закреплен один верхний патрон, а нижний зажимной патрон закреплен на вращающейся, но не имеющей осевого перемещения, втулке.

Шпиндель получает вращательное движение через шлицевое соединение от трансмиссии станка и при этом может перемещаться в осевом направлении, под действием осевых усилий передаваемых ему от гидравлической (или механической в старых станках) системы подачи. Непрерывное продольное перемещение - ход шпинделя, зависит от его длины и хода подачи и обычно составляет 40-60 см. (у зарубежных станков до 1,1м.) Такой ограниченный малый ход шпинделя является главным недостатком шпиндельных станков, В современных станках он почти полностью компенсируется наличием "автоперехвата". Другим недостатком шпиндельных станков является невозможность наращивания бурильных труб без отрыва бурового снаряда от забоя скважины, хотя имеется принципиальная возможность наращивать ведущую трубу через ее верхний конец, но она на практике в шпиндельных станках практически не реализуется.

Поскольку в настоящее время при бурении скважин глубиной более 200 – 300 метров в большинстве случаев используются снаряды со съемным керноприемником, наращивание бурильных труб должно выполняться без отрыва бурового снаряда от забоя. Такой вариант возможен и при использовании шпиндельных станков, если проходное отверстие шпинделя и зажимных патронов пропускает основные размеры труб для ССК. Такая возможность есть у шпиндельного станка СКБ-7 и современных шпиндельных станков СКБ-5, в китайском станке GY – 600 и других с проходным сечением шпинделя и зажимных патронов более 70 мм, т.е. пропускающих трубы основных размеров ССК.

Достоинствами станков со шпиндельным вращателем являются высокие возможности качественного регулирования осевых усилий (осевая нагрузка на ПРИ) и скорости углубки, компактность станка, возможность бурения скважин под любым углом к горизонту, а также близкое расположение вращателя к устью скважины, что снижает возможность вибрации бурового снаряда при высоких скоростях вращения.

Подвижный вращатель включает направляющую мачту, по которой перемещается сам механизм вращателя, получающий вращение и крутящий момент либо от вертикального вала, либо от автономного двигателя, как правило, гидромотора, закрепленного на механизме вращателя и составляющего с ним одно целое.

Имеется два варианта станков с подвижным вращателем – верхнеприводный, присоединяемый к верхнему концу верхней трубы бурового снаряда, и проходной с зажимным патроном, через который проходит верхняя труба снаряда и закрепляется в нем как у шпиндельных станков.

Верхнеприводный подвижный вращатель подсоединяется к верхнему концу верхней бурильной трубы (Ведущей трубы как таковой не требуется) и, таким образом, передает вращение, крутящий момент и осевые усилия непосредственно на весь буровой снаряд. Непрерывный ход вращателя зависит от высоты (длины) направляющей мачты, и достигает от 1,2 – 1,8 м для маленьких станков, 2,8 - 3,5 м, для станков высокооборотного (обычно алмазного) бурения и до 5-8 и даже до 12 метров для станков с невысокими скоростями вращения, но развивающих большой крутящий момент. Осевые усилия на вращатель и, следовательно, на буровой снаряд создаются гидравлической системой (исключение УКБ 12/25 и аналогичные легкие буровые установки с механической или электроприводной подачей) что позволяет качественно регулировать осевую нагрузку и скорость углубки. Таким образом, станки с подвижным вращателем сочетают в себе достоинства и роторных - большой непрерывный ход подачи, и шпиндельных - хорошее качество регулирования осевой нагрузки и скорости углубки. К недостаткам можно отнести - большое удаление вращателя от устья скважины, что может вызвать вибрацию и ограничивает применение высоких оборотов при большом ходе вращателя (для алмазного высокооборотного бурения делают станки с ходом подачи обычно не более 3,5 м) и не компактность конструкции (жесткая привязка к направляющей мачте).

Сейчас широко внедряются станки с проходным подвижным вращателем, в которых, как и в шпиндельных, ведущая труба пропускается через зажимной патрон вращателя. При этом могут применяться бурильные трубы вдвое длиннее хода вращателя.

В последнее время происходит замена роторных и шпиндельных станков на станки с подвижным вращателем - за рубежом этот процесс преобладает, у нас новые станки тоже проектируются с подвижным вращателем.