В практике мирового бурового машиностроения проявляется тенденция к
межтипоразмерной унификации буровых установок, путем применения
одних и тех же узлов и агрегатов в установках смежных типоразмеров, что
уплотняет типоразмерные ряды и оптимизирует использование бурового
оборудования.
Так, в номенклатуру буровых установок фирмы
ВИРТ (Германия) входят три базовых модели с грузоподъемностью 37 кН (B0A);
67 кН (B1A) и 100 кН (В2А). Одновременно фирма выпускает три промежуточных
модели В0А/В1А; В1А/В2А; В2А/ВЗА, которые оснащены узлами и агрегатами установок
смежных типоразмеров. Так, установка В01/В1А включает в СБОЙ состав приводной
блок от установки BOA и мачту с механизмом подачи от установки В1А и все три
установки могут комплектоваться одинаковыми вращателями.
Фирма Jtag Celle (Германия) выпускает одиннадцать моделей буровых
установок с подвижным вращателем грузоподъемностью от 5G до 400 кН, но для их
комплектации используется четыре типа вращателя, восемь типов лебедки, четыре
типа трубодержателя и десять типов мачт.
Межтиповая унификация буровых
установок при ограниченном производстве базового типоразмера позволяет
значительно расширить номенклатуру оборудования и полнее удовлетворить запросы
потребителей.
Отмеченная закономерность распространяется и на совместную
деятельность зарубежных фирм. Активизируется международное научно-техническое
сотрудничество по сборке буровой техники с подетальной и технологической
специализацией кооперированных производств и с дальнейшим выходом на внутренние
и внешние рынки. Совершенствование современных гидрофицированных буровых
установок в основном определяется достижениями развитых стран в области основных
комплектующих элементов благодаря расширяющейся интеграции их применения
передовыми фирмами вне зависимости от страны производства.
Конструктивная
схема шпиндельных станков совершенствуется как в направлении создания смешанных
гидромеханических трансмиссий, так и повышения надежности составляющих станок
элементов. Фирмы отмечают целесообразность оснащения станков системами
перекрепления зажимных патронов без остановки вращения бурового снаряда и
механизмами свинчивания и развинчивания бурильных труб.
Другие
направления развития шпиндельных станков - это оснащение их электроприводами
с регулируемой скоростью вращения. При этом в конструкцию современной
электроаппаратуры внедряются электронные и микроэлектронные компоненты,
включаемые в программируемые контролеры, которые на основе последовательности
запрограммированных в них команд управляют разнообразными операциями в
бурении.
Характерно, что уже в настоящее время поставка оборудования для электропривода осуществляется в комплекте, включающем электродвигатели, регулирующие устройства с микропроцессорами и вспомогательное коммутационное оборудование.
Фирмы отмечают, что механизация процессов бурения шпиндельных станков будет достигаться не за счет повышения единичной мощности, а топливной экономичности, совершенствования конструкции машин, улучшения управления рабочим процессом, совмещения операций, повышения рабочих скоростей, маневренности, быстродействия.
Автоматизация управления буровыми установками
Одно из основных направлений научно-технического прогресса - автоматизация управления буровыми установками. Впервые такие работы были проведены в Японии фирмой «Koken Boring», в результате чего был создан автоматизированный станок для алмазного бурения. Компьютеры были использованы в буровой установке ДВН-1500 фирмы Diamant Boart, Д-4 фирмы Graelins, В-ЗОН фирмы JKS Boyles и некоторыми другими.
Системы управления станков обеспечивали автоматическую установку параметров в зависимости от типов пород и их физико-механических характеристик информация о которых вводилась бурильщиком.
Характерно, что эти параметры автоматически регулировались при отклонениях от
заданного режима бурения или возникновении нестандартных ситуаций.
Другая
роль микропроцессора заключается в выполнении расчетов различных операций и
контроле их соответствия предельно установленным значениям.
Команда на выполнение той или иной функции задается нажатием кнопки на пульте, а микропроцессор оценивает возможность и целесообразность ее выполнения. Система электронного управления повышает безопасность работы и исключает возникновение аварийных ситуаций.
Благодаря микропроцессору автоматически выполняются контрольные тесты
исправности в системе агрегатов и узлов установки. Применение автоматических
систем контроля работы двигателя, трансмиссии и рабочих органов, объединение их
в единый управляющий узел привело к появлению буровых установок, где функция
оператора свелась к минимуму.
В основу совершенствования
гидрофицированных буровых установок положена конструктивная схема с подвижным
вращателем и гидроприводом рабочих органов.
Динамично развиваются три типа гидроприводных установок с подвижным
вращателем: низкомоментные высокооборотные для алмазного бурения,
высокомоментные низкооборотные для бурения скважин большого диаметра и
универсальные по методам бурения. Наблюдается тенденция повышения давления в
гидросистемах буровых установок - в низкомоментных до 30 МПа, в универсальных до
20 МПа.
Развитие буровой техники для бурения
инженерно-геологических скважин происходит за счет использования навесных
агрегатов и приспособлений к гидрофицированным установкам, а также повышения их
максимального крутящего момента и грузоподъемности для обеспечения возможности
бурения полыми шнеками со съемным керноприемником.
Тенденции развития бурового оборудования для проходки гидрогеологических скважин тесно связаны с постоянно растущими потребностями в подземных видах различного назначения. Наиболее перспективной технологией бурения на воду является проходка скважин с использованием двойной концентрической колонны бурильных труб с выносом осколочных фракций горных пород по центральнмоу каналу внутренней трубы.
Для этого способа используется специализированное буровое оборудование и инструмент: высокомоментные (600-1300 даН*м) буровые установки с подвижным вращателем, винтовые компрессоры производительностью 16 - 35 куб.м/мин и давлением 1,2-2,5 МПа, бесклапанные пневмоударники, рассчитанные на работу при давлении 1,4-2,4 МПа, двойные бурильные колонны наружным диаметром 114 и 127 мм (иногда используют колонны диаметром 89, 101, 130, 152 и 168 мм).
Обычно при бурении на воду применяют пневмоударники диаметром от 112 до 220
мм с энергией удара от 36 до 268 даН м (от 360 до 2680 Дж) и ресурсом от 10 до
30 тыс. ч. Пневмоударники работают с частотой ударов 1000—1850 мин
(-1).