Устройство для бурения скважин

 

Использование: горное дело при бурении скважин с целью повышения надежности работы. Сущность изобретения: устройство включает вертлюг, содержащий установленный в корпусе 1 на подшипниках 6-8 ствол 2, связанный с бурильной колонной , привод вращения ствола вертлюга, подвеску с корпусом 20, связанную штропами 21 с элеватором 22, гидроцилиндры 25 вертикального перемещения подвески, гидроцилиндры 23 отклонения штропов и меха

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУбЛИК (19) (! I) (я)з Е 21 В 3/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

СКВАФб

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4793489/03 (22) 20,02,90 (46) 30.03.92.Бюл,Ю12 (75) P.Ì.Ìàíñóðîâ (53) 681.62.067.66 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Q 1504322, кл. Е 21 В 3/02, 1987.

Патент США М 4593773, кл. 175-85, опублик. 1986, (5,4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ

ЖИН (57) Использование: горное дело при бурении скважин с целью повышения надежности работы. Сущность изобретения: устройство включает вертлюг, содержащий установленный в корпусе 1 на подшипниках

6-8 ствол 2, связанный с бурильной колонной, привод вращения ствола вертлюга, подвеску с корпусом 20, связанную штропами 21 с элеватором 22, гидроцилиндры 25 вертикального перемещения подвески, гидроцилиндры 23 отклонения штропов и меха1723298 низм поворота подвески, выполненный в виде установленных на корпусе 1 вертлюга гидроцилиндров 29 и вертикального патрубка 30, в полости которого размещен вал с закрепленными на его концах шестерней 39 и фрикционным диском 38 для взаимодействия соответственно с зубчатым колесом 48, размещенным на корпусе 20, и стволом 2 вертлюга посредством закрепленного на последнем фрикционного диска 47. Штоки гидроцилиндров 29 связаны с вертикальным патрубком 30. Подвеска имеет гибкий ограничитель поворота, один конец которого закреплен на корпусе 1 вертлюга, а друИзобретение относится к буровой технике, в частности к устройствам для бурения . скважин.

Известны устройства, в которых вращатели подвешивают на крюке талевой систе- 5 мы буровой установки, причем вращатели жестко связаны с вертлюгами и перемещаются по направляющим по всей высоте вышки.

Однако известные устройства сложны 10 по конструкции, требуют специальных направляющих по всей высоте вышки.

Известна сборка, используемая для бурения скважин, в которой роторное устройство подвешивают на крюке талевой 15 системы буровой установки. Сборка содержит пустотелый вал (ствол), на нижнем конце которого имеется резьба для соединения с верхним концом бурильной колонны. Ниже роторного устройства на двух звеньях 20 подвешен подъемник для колонны бурильных труб. На наружной стороне сборки, содержащей пустотелый вал, расположено подъемное устройство, установленное на двух звеньях в виде подвески. 25

Недостатками известного устройства являются неудовлетворительная надежность ввиду его сложной конструкции, наличия привода для вращения бурильной колонны и дополнительного привода для 30 поворота подвески, которые перемещаются по всей высоте вышки rio направляющим.

Цель изобретения — повышение надежности работы за счет упрощения конструкции устройства. 35

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для бурения скважин, включающем вертлюг, ствол которого связан с бурильной колонной, привод вращения ствола гой — на корпусе подвески. При наращивании бурильной колонны талевая система поднимает устройство на требуемую высоту. Включают привод вращения и приводят во вращение ствол 2. Подачей рабочей жидкости в бесштоковые полости гидроцилиндров 29 вводят механизм поворота подвески в зацепление с фрикционным диском 47 и зубчатым колесом 48. При этом фрикционный диск 47 приводит во вращение фрикционный диск 38, вал, шестерню 39, зубчатое колесо 48 и корпус 20 подвески, что обеспечивает упрощение конструкции. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. вертлюга, подвеску, соединенную с элеватором, гидроцилиндры вертикального перемещения подвески, гидроцилиндры отклонения штропов и механизм поворота подвески с зубчатой передачей, колесо которой установлено на корпусе подвески, механизм поворота подвески выполнен в виде установленных на корпусе вертлюга гидроцилиндров и вертикального патрубка, в полости которого размещен вал с закрепленными на его концах шестерней и фрикционным диском для взаимодействия соответственно с зубчатым колесом и стволом вертлюга посредством закрепленного на последнем фрикционного диска, при этом штоки гидроцилиндров связаны с верти кал ьн ым патрубком.

Подвеска имеет гибкий ограничитель поворота, один конец которого закреплен на корпусе вертлюга, а второй — на корпусе подвески.

На фиг.1 изображено устройство для бурения скважин, общий вид; на фиг.2 — то же, вид слева; на фиг.3 — механизм поворота подвески.

Устройство для бурения скважин включает вертлюг, подвеску и механизм поворота подвески.

Вертлюг содержит корпус 1, ствол 2 с каналами 3 и 4, подшипники 5-8, подвод, состоящий из цилиндрической 9 и дуговой

10 частей с каналами 11 и 12, уплотнение, состоящее из верхнего 13 и нижнего 14 узлов с гайкой 15,. крышку 16, штропы 17, установленные шарнирно на осях 18, нижнюю крышку 19.

Подвеска снабжена корпусом 20, отклонителем штропов 21 с элеватором 22, состоящим из гидроцилиндров 23 с гибкими

1723298 связями 24 (например, канатами), подъемником штропов 21, состоящим из гидроцилиндров 25 и кольцевой опоры 26.

Механизм поворота подвески (фиг.3) снабжен установленными на кронштейнах

27 с окнами 28 гидроцилиндрами 29 и вертикальным патрубком 30, внутри Которого размещен на подшипниках 31 и 32 вал 33 с закрепленными на его концах шпонками 34 и 35 и гайками 36 и 37 фрикционным диском

38 и шестерней 39, причем гидроцилиндр 29 состоит из гильзы 40, поршня 41, штока 42. пружины 43 для постоянного поддержания механизма поворота в отведенном положении, а вертикальный патрубок 30 снабжен установленными на осях 44 роликами 45 и перемещается вдоль окон 28 в горизонтальном направлении.

Вращение от ведущего вала (штанги) 46 с наружными гранями передается через ствол 2 с внутренними гранями, фрикционный диск 47, механизм поворота, зубчатое колесо 48 к подвеске.

Ограничителем врашения подвески служит гибкий ограничитель 49 (канат, цепь), концы которого закреплены на корпусе 1 вертлюга и на корпусе 20 подвески.

Вращение от ведущего вала (штанги) 46 к бурильной колонне 50 передается через ствол 2, Устройство работает следующим обра.зом.

Перед началом бурения скважины устройство подвешивают при помощи штропов

17 на талевой системе буровой установки, верхний конец ствола 2 соединяют с ведущим валом (штангой) 46, подвод вертлюга соединяют с буровым рукавом от нагнетательной линии буровых насосов, нижний конец ствола 2 соединяют с бурильной колонной 50, несущей на нижнем конце буровое долото, Гидроцилиндрами 23 отклоняют штропы 21 и отводят элеватор 22 от оси скважины (бурильной колонны 50).

Во время бурения скважины буровой раствор, нагнетаемый буровыми насосами через буровой рукав, каналы 11 и 12 подвода, каналы 3 и 4 ствола 2, полость бурильной колонны 50, поступает к долоту на забое скважины. При этом ротор, установленный на верхней площадке буровой вышки, вращает ведущий вал (штангу) 46, ствол 2 и бурильную колонну 50 с долотом.

После окончания бурения скважины на длину свечи бурильную колонну сажают на специальные клинья (типа пневмоклиньев ротора) с дистанционным управлением, установленные на буровой площадке по оси скважины (не показано). Подачей рабочей жидкости (масла) в вертикальные гидроци40

50

55 шки(не показан), путем вращения ведущего

10

35 линдры 25 создают давление над поршнем

При этом шток гидроцилиндра 25 опирается на кольцевую опору 26, а подвеска с отклоненными штропами 21 поднимается и освобождает пространство вокруг нижнего конца ствола 2 и муфты бурильной колонны

50. Машинным ключом, установленным на рабочей площадке буровой установки (не показан), отвинчивают ствол 2 от бурильной колон н ы 50.

В целях уменьшения износа зажимных клиньев вращающейся части машинного ключа отвинчивани;; ствола 2 от бурильной . колонны 50 можно осуществлять ротором, установленным на верхней площадке вывала 46 и ствола 2. Для этого невращающаяся часть трубозажимного устройства машинного ключа зажимает муфту бурильной колонны 50.

После отвинчивания ствола 2 от бурильной колонны 50 освобождают трубозажимное устройство машинного ключа от муфты бурильной колонны 50 и отводят от оси скважины. Подают рабочую жидкость (масло) в штоковую полость вертикального гидроцилиндра 25, опускают подвеску до посадки на кольцевую опору 26. Талевой системой буровой установки приподнимают устройство для бурения скважин и подачей рабочей жидкости в гидроцилиндры 23 опускают штропы 21 с элеватором 22 в исходное подвешенное состояние. На этом процесс отсоединения ствола 2 от бурильной колонны 50 заканчивается, Для наращивания на бурильную колонну следующей бурильной свечи талевой системой буровой установки поднимают устройство для бурения скважин на требуемую высоту, Включают ротор и приводят во вращение ведущий вал 46 со стволом 2; Подачей рабочей жидкости в бесштоковые полости.гидроцилиндров 29 вводят механизм поворота подвески (фиг.3) в зацепление с фрикционным диском 47 и зубчатым колесом 48. При этом фрикционный диск 47, закрепленный на стволе 2, приводит во вращение фрикционный диск 38, вал 33, шестерню 39., зубчатое колесо 48. Ввиду жесткого крепления зубчатого колеса 48, вертикальных гидроцилиндров 25 и шарнирного соединения гидроцилиндров 23 к корпусу 20 подвески они будут вращаться с частотой вращения зубчатого колеса 48. Для уменьшения скорости вращения подвески по кольцевой опоре 26 передача от ротора буровой установки до зубчатого колеса 48 имеет необходимое передаточное отношение, Нижние концы штоков вертикальных гидроцилиндров 25 при вращении корпуса

1723298

20 подвески и при отсутствии в полостях вертикальных гидроцилиндров 25 давлений будут скользить по поверхностям кольцевой опоры 26 (на нижних концах штоков гидроцилиндров 25 могут быть установлены 5 ролики для перекатывания по поверхности кольцевой опоры 26).

Поворот подвески в ту или другую сторону ограничивается гибким ограничителем

49 для предотвращения закручивания и об- 1 рыва подводящих рабоччю жиакость к гидроцилиндрам шлангов, а смягчение ударов в крайних положениях подвески (натяжении . ограничителя 49) происходит за счет проскальзывания между фрикционными диска- 1 ми 47 и 38, а также выполнения гибкого ограничителя 49 с пружиной растяжения, После поворота и установки подвески для соединения элеватора 22 с бурильной свечой подают рабочую жидкость в гидро- 2 цилиндры 23 и направляют элеватор 22 в сторону расйоложения бурильной свечи.

Подвешиваютсвечу на Элеваторе 22, поднимают устройство со свечой, приводят штропы 21 в исходное вертикальное положение. 2

Для соединения ствола 2 с бурильной свечой, а свечи с бурильной колонной 50 нижний конец свечи сажают на верхний конец бурильной колонны 50 и при помощи машинного ключа их свинчивают. Затем ствол 2 сажают на верхний конец свечи с бурильной колонной, При этом срабатывает амортизатор, установленный на верхних концах штропов 17 (не показан), чтобы смягчить посадку ствола 2 на резьбу свечи.

Включением ротора приводят во вращение ведущий вал 46 и свинчивают ствол 2 с бурильной свечой (бурильной колонной). После свинчивания открывают дверки элеватора 22 и подачей рабочей жидкости в гидроцилиндры 23 отклоняют штропы 21, а элеватор 22 отводят в сторону от оси сква. жины (бурильной колонны).

На этом процесс наращивания бурильной колонны заканчивается. В дальнейшем цикл бурения скважины на.длину свечи и наращивания бурильной колонны повторяется.

При проведении спуско-подъемных операций посадка бурильной колонны осуществляется на специальные клинья (типа пневмоклиньев ротора), а соедийение или отсоединение бурильных свечей производится машинным ключом, установленным

0 на рабочей площадке буровой установки.

Спуско-подъем устройства для бурения скважин с подвешенной на его элеваторе бурильной колонной осуществляется талевой системой. Ведущий вал 46 перемещает5 ся вверх-вниз совместно с устройством.

Применение изобретения позволяет повысить надежность устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для бурения скважин, 0 включающее вертлюг, ствол которого связан с бурильной колонной, привод вращения ствола вертл юга, подвеску, соединенную штропами с элеватором, гидроцилиндры вертикального перемещения

5 подвески, гидроцилиндры отклонения штропов и механизм поворота подвески с зубчатой передачей, колесо которой установлено на корпусе подвески, о т л и ч а ю ще е с я тем, что, с целью повышения надеж30 ности работы, механизм поворота подвески выполнен в виде установленных на корпусе вертлюга гидроцилиндров и вертикального патрубка, в полости которого размещен вал с закрепленными на его концах шестерней

35 и фрикционным диском для взаимодействия соответственно с зубчатым колесом и стволом вертлюга посредством закрепленного на последнем фрикционного диска, при этом штоки гидроцилиндров связаны с вер40 тикальным пэтрубком.

2.Устройство поп.1,отл ича ющее.с я тем, что подвеска имеет гибкий ограничитель поворота, один конец которого закреплен на корпусе вертлюга, а другой — на

45 корпусе подвески.

1723298

1723298

Составитель Р. Мансуров

Редактор Л. Веселовская Техред M.Mîðlåíòàë Корректор О. Кундрик

Заказ 1051 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101