Вертлюг для буровой установки

Бурение давно стало одним из популярных способов получения данных о строении земной коры, наличии полезных ископаемых, добычи нефти газа и воды. При этом процесс является наиболее щадящим по отношению к окружающей природе. Эффективность буровой установки значительно выше, если при процессе применяется промывка водой или специальными промывочными составами.

Под термином «промывка» нужно понимать подачу раствора в зону работы инструмента со следующими целями:

• смазка и охлаждение бурового инструмента в рабочей зоне;
• вынос разбуренного грунта (шлама) на поверхность;
• дополнительное уплотнение стенок скважины при использовании шнекового породоразрушающего инструмента.

Поскольку растворы подаются в бурильную колонну трубчатой конструкции под давлением, неизбежно использование мощного насосного оборудования для нагнетания жидкости внутрь. Следовательно, в конструкции буровой установки должен быть переходник, обрывающий вращение колонны и обеспечивающий подачу раствора внутрь трубы. Таким устройством является вертлюг.

Устройство и основные части

Вертлюг в промышленном исполнении состоит из корпуса с опорным подшипником, в качестве которого чаще всего применяются роликовый конический. Обязательным элементом конструкции являются сальниковые уплотнения различных конструкций.

Поскольку механизм работает в условиях повышенных нагрузок, в нижней части корпуса создается масляная ванна, а для компенсации давления при нагреве в процессе работы, на корпусе устраивают сапун.

В верхней части устройства размещается серьга для подвешивания механизма к тали.

Там же устанавливается и патрубок подачи жидкости с приваренным фланцем для установки подводящей трубы от насоса или стояка.

Рис.1. Пример компоновки вертлюга в промышленном исполнении

Размеры и конструктивные особенности этих устройств зависят от его назначение для буровой установки определенного типа и мощности. Поэтому количество разновидностей и типоразмеров таких агрегатов весьма обширно.

Рис.2. Вариант конструкции стандартного вертлюга

Показанный вариант устройства не должен смущать своей сложностью. Такой вертлюг предназначен для работы на мощных промышленных агрегатах с высокими нагрузками и большим давлением промывочной жидкости. Для МГБУ (здесь и далее – малогабаритной буровой установки) конструктивное исполнение гораздо проще и, при определенных условиях, вполне может быть изготовлен собственноручно.

Для некоторых типов грунтов и способов бурения предпочтительнее применение обратной промывки. При такой технологии вертлюг также необходим, но уже не с нагнетающим насосом, а с грязевым для откачки продуктов бурения с большим количеством шлама. Обратная промывка интересна тем, что дает возможность контролировать состав грунтов, проходимых в процессе бурения.

Наиболее чувствителен к наличию промывки процесс шнекового бурения. Максимально достижимая глубина шурфа, производимая без промывки в 3 – 4 раза меньше, чем с ее применением.

Особенности применения устройства на МГБУ

Если буровая колонна крупных промышленных установок опускается внутрь скважины грузоподъемным механизмом – талью, то малогабаритные устройства характерны тем, что осевое усилие на трубы передается подвижной кареткой через вертлюг, крепящийся к ней. Для такой буровой установки он может быть упрощенной конструкции, поскольку условия эксплуатации значительно мягче.

Рис.3. Самодельное вертлюговое устройство для МГБУ

Материалы и изделия для изготовления вертлюгов

Учитывая условия работы устройства, применяемые для его изготовления материалы должны обладать рядом специфических свойств:

• повышенная способности материалов корпуса и пульпопровода к износу, обусловленная некоторыми абразивными свойствами промывочных глинистых смесей, а тем более шламовых масс при обратной промывке;
• высокая свариваемость металла при самостоятельном изготовлении, поскольку сварка является основным методом сборки изделия;
• повышенная устойчивость к износу уплотнений, применяемых при сборке:
• упорные или радиально – упорные подшипники лучше использовать в закрытом исполнении, необслуживаемые.

В заводском исполнении корпуса вертлюгов обычно изготавливаются литыми из стали или чугуна с шаровидным графитом методом кокильного литья или литья под давлением.

При изготовлении самостоятельно предпочтительно использовать бесшовные трубы горячей или холодной прокатки, не требующие значительной механической обработки. Учитывая предъявляемые выше требования, лучше всего применить сталь марки 17ГС или 17Г1С-У. Небольшое содержание углерода в ней обеспечивает необходимую свариваемость, а применение легирующей добавки марганец (Г) повышает износостойкость, поскольку этот она придает материалу свойство самоупрочнения при механическом воздействии. Электроды лучше использовать марки 09Г2. Кремний (С) в стали повышает ее механическую прочность. Качество необходимое, поскольку бурильная колонна может иметь весьма значительный вес.

Заключение

Вертлюг на буровую установку значительно расширяет возможности при бурении скважин. Тем более это важно для проходки шурфов на воду, выполняемых, как правило, малогабаритными установками ограниченной мощности. При использовании промывки скважин при процессе бурения существенно увеличивается производительность оборудования и расширяются возможности по глубине проходки. Кроме того, вода в скважине обеспечивает повышение стойкости инструмента. Учитывая его стоимость, промывка дает существенный положительный экономический результат.

Единственным способом бурения, где промывка не применяется, является ударно – канатный. Хотя на тяжелых грунтах добавка воды внутрь скважины производится с целью размягчения породы. Для выемки рыхлого мокрого шлама, для этого случая используют ударник в виде ложки.

Советуем почитать: Вертлюг буровой