Установка ТН-75е для разведочного бурения фирмы INGERSOLL-RAND

Фирмой INGERSOLL-RAND производится ряд буровых установок серии Cyclone, использующихся при геолого-разведочных работах. Общим для установок Cyclone является то, что они размещаются на базе грузового автомобиля и приводятся в действие двигателем, расположенным на несущей платформе  автомобиля через верхний гидравлический привод, размещающийся на буровой мачте. На установках Cyclone применяется уникальная технология отбора проб, разработанная специалистами INGERSOLL-RAND на базе нового инженерного решения – «сдвоенной» буровой штанги, которая обеспечивает непрерывный шламовый поток вместо традиционного керна.

Одна из наиболее перспективных для российского рынка разработок фирмы в серии Cyclone – установка ТН-75Е, спроектированная под буровые штанги размером 114 мм х 6.1 м. Штанги других размеров обговариваются по спецзаказу. Базовый автомобиль для установки ТН-75Е поставляется фирмой NAVISTAR или фирмой HENDRICKSON. На установке можно применять как вращательный, так и ударный способы бурения. Машина снабжена дизелем мощностью 246 кВт и 10-скоростной трансмиссией. В качестве силовой установки могут использоваться на выбор двигатели: Cummins KTA 19-C (мощностью 392 кВт), Cat 3408 (410 кВт) или Detroit Diesel 12V-97TA (400 кВт), каждый из которых имеет шумопонижающую выхлопную систему. Все двигатели оборудованы воздушным компрессором Ingersoll Rand HR2 производительностью 0.36 м3/мин, электронным регулятором топлива, маховиком типа Spicer. Между двигателем и компрессором установлено дистанционно управляемое сцепление для уменьшения пусковых нагрузок на двигатель, а также для отсоединения компрессора при необходимости для экономии топлива.

Все операции бурения производятся с помощью двух приборных панелей и набора регулирующих клапанов. Панель управления бурением находится на мачте и перемещается вместе с ней, так что при всех углах наклона мачты оказывается расположенной около устья скважины в пределах видимости оператора. Панель управления двигателем расположена на правой стороне рамы машины. Рычаги управления двигателем и сцеплением воздушного компрессора, а также тахометр двигателя имеются на обеих панелях. На панели управления бурением установлены гидравлические и электрические приборы управления. Использование электрических приборов управления дает следующие преимущества:

  • меньшее количество подвижных шлангов запутывается;
  • улучшенный контроль над функциями;
  • увеличенный срок службы панели и меньше ее вес;
  • улучшенное обслуживание;
  • облегченный сервисный доступ к панели.

Машина имеет наклоняющуюся мачту для бурения под углом к горизонту до 45°, причем после установки под определенным углом мачта закрепляется в выбранном положении автоматически.

Внутри мачты находится карусель, вмещающая до семи буровых штанг. Карусель приводится в действие гидравлическим мотором, управляемым с приборной панели, установленной на мачте. Для изъятия буровых штанг из карусели при бурении под углом используются два держателя штанг.

Основание стола состоит из двух полупластин. Задняя пластина отводится двумя гидравлическими цилиндрами, а передняя, закрепленная на шарнирах, выдвигается вручную, чтобы обеспечить доступ к обсадным трубам (максимальный диаметр которых – 356 мм).

Разъединение буровых штанг обычно осуществляется при помощи верхнего и нижнего ключей, работающих от пневматики и энергии вращателя. Дополнительно установка снабжена гидравлическим цилиндром, приводящим в действие саморегулирующийся ключ, который создает крутящий момент разъединения до 8.8 Нм.

Вращатель работает от гидравлической энергии и может втягиваться в мачту, чтобы обеспечить доступ к карусели для удаления или загрузки буровой штанги. Вращатель может вращаться с двумя скоростями (0-125 об/мин и 0-170 об/мин), причем скорости можно переключать во время бурения.

На установке используется двухцилиндровая тросовая система привода со шкивами большого диаметра. Скорость подачи – 8.2 м/мин; скорость быстрой подачи вверх или вниз – 39.4 м/мин. На вершине мачты расположены поворотный кран и дополнительный подъемник, работающие от гидравлики. Поворотный кран может смещаться до 40 град перпендикулярно продольной оси мачты и до 30 град параллельно ей. Грузоподъемность дополнительного подъемника – 272 кг.

На установке имеется гидравлический протяжник Gearmatic барабанного типа с цельными тормозами и одинарным тросом над фиксированными шкивами. В качестве опции предлагаются двойной или тройной тросы. Грузоподъемность одинарного троса составляет 7.3 т, скорость троса вверх – 27.4 м/мин, тоже вниз – от 0.3 до 23.5 м/мин.

Основные параметры установки ТН-75Е: длина при опущенной мачте – 16.6 м; высота при опущенной мачте – 4.01 м; высота при поднятой мачте – 12.0 м; масса эксплуатационная – 22.7 т.

Установка оснащается уникальной системой отбора проб благодаря технологии бурения двухстенной штангой, позволяющей производить непрерывный отбор шлама при разведочных работах по новой технологии, являющейся более быстрым и менее дорогостоящим способом получения образцов породы в различных условиях. Сдвоенный буровой став состоит из двух штанг – одна в другой. В систему сдвоенного става входит боковой впускной шарнир и трубопровод, расходная труба сверху и циклонный сепаратор образцов. Боковой впускной шарнир и труба-оболочка («труба промывки») изготовлены специально для установки ТН-75Е. Специальная сменная труба заменяема и разработана для использования вместо дорогостоящей оболочки для вращателя и вращательных компонентов. Трубопровод включает систему «обратного продува» для направления воздушного потока в другую сторону, чтобы прочистить блоки центральной трубы. Давление в этой системе ограничено величиной 2413 кПа.

Скважина очищается воздухом или раствором, нагнетаемым вниз по межстенному пространству между внутренней и внешней штангой. Шлам, образующийся по мере продвигания забоя скважины, удаляется наверх с большой скоростью по внутренней штанге под высоким давлением.

Буровые штанги оказывают минимальное разрушающее воздействие на стенки скважины благодаря наличию небольшого зазора между внешней штангой и стенкой скважины.

Новая технология отбора проб имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционной технологией керноотбора:

1. Отсутствие примешивания кусков обрушенных пород со стенок скважины, поскольку образцы пород не контактируют со стенками скважины по пути наверх.

2. Отсутствие потерь образцов – практически 100% образцов выдается на поверхность.

3. Скорость бурения установки Cyclone с верхним вращателем в 15 раз выше, чем установок для кернового бурения.

4. Снижение эксплуатационных затрат (до 25%) за счет более производительной работы.

5. Уменьшенное отслаивание стенок скважины, приводящее к уменьшению зазора между стенкой и штангой – и, в результате, к более прямой скважине.

6. В процессе бурения внешняя штанга «подпирает» стенки скважины, в результате чего «обсадка» скважины отсутствует.

7. Циркуляция не прекращается даже при бурении разрушенных пород, в пустотах и разломах.

Система сдвоенной штанги используется в настоящее время при бурении разведочных скважин на уголь, золото, магнетит, касситерит и рутил, фосфаты, урановые руды, литий, медь, боксит. Благодаря высокой эффективности этот способ отбора проб получил большое распространение в мире при геолого-разведочных работах.

Журнал "Горная Промышленность" №3 1997