Устройство для свинчивания и развинчивания замков в колоннах бурильных труб (варианты)

 

Использование: устройства для свинчивания и развинчивания замков в колоннах бурильных труб. Сущность изобретения: устройство имеет три захвата, каждый из которых может быть отрегулирован с целью достижения бесконечно большого числа накладок. Средства регулирования захвата симметричны относительно центральной плоскости и включают сферический участок. Различные части сферического участка срабатывают с целью смыкания и приведения в действие каждого захвата, причем то, какая конкретно часть задействована, зависит от конкретного узла или требуемого отрегулированного положения захвата. Каждый захват сконструирован так, что обеспечивает устойчивый зажим части бурильной трубы, причем только на одной стороне каждого захвата имеется губка, которая установлена с возможностью поворота. Механизм регулирования захвата осуществляет как раскрытие, так и смыкание захвата, вследствие чего нет необходимости в какой бы то ни было момент времени вручную прикладывать тяговое усилие в какой-либо части захвата. 3 с. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Настоящее изобретение относится к области бурения, а более точно к устройству для свинчивания и развинчивания соединений в колоннах бурильных труб.

Известно устройство для свинчивания и развинчивания соединений в колоннах бурильных труб, содержащее по меньшей мере один узел захвата, предназначенный для приложения крутящего момента только в одном направлении к секции резьбовой трубы и имеющий головку, в которой выполнен сквозной проем, и крюк, имеющий хвостовик, проходящий через проем в головке, и конец, соединенный с хвостовиком на одной стороне головки. Конец крюка и головка образуют между собой зазор, предназначенный для приема секции трубы, и предназначены для захвата секции трубы при ее расположении в зазоре. Устройство имеет регулируемое устройство соединения с возможностью поворота крюка с головкой для обеспечения движения поворота крюка относительно головки вокруг заданной оси. Это средство обеспечивает также перемещение хвостовика в проеме для увеличения и уменьшения размера зазора, тем самым приспосабливая устройство захвата к затягиванию секций труб различных диаметров. Регулируемое средство содержит гайку и резьбовое средство для установки гайки с возможностью вращения посредством резьбы на хвостовик на другой стороне головки. Регулируемое средство дополнительно содержит первое опорное средство так, что вращение гайки относительно хвостовика вызывает его перемещение в указанном проеме. Устройство имеет также силовое средство для приложения большого усилия к головке и обеспечения, тем самым, вращения головки вокруг секции трубы, захват которой осуществлен в указанном зазоре для обеспечения затягивания секции трубы с приложением больших крутящих моментов вокруг оси секции трубы и для приведения в действие конца крюка и головки с целью достижения более плотного захвата секции трубы в указанном зазоре.

Недостатком вышеописанного известного устройства являются значительные крутящие моменты, возникающие при свинчивании и развинчивании соединений в колоннах бурильных труб, уменьшающие надежность и точность устройства и усложняющие его регулировку.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности и надежности устройства для свинчивания и развинчивания соединений в колоннах бурильных труб и упрощение его регулировки.

Этот технический результат достигается тем, что в устройстве для свинчивания и развинчивания соединений в колоннах бурильных труб, содержащем по меньшей мере один узел захвата, предназначенный для приложения крутящего момента только в одном направлении к секции резьбовой трубы и имеющий головку, в которой выполнен сквозной проем, и крюк, имеющий хвостовик, проходящий через проем в головке, и конец, соединенный с хвостовиком на одной стороне головки, при этом конец крюка и головка образуют между собой зазор, предназначенный для приема секции трубы, и предназначенный для захвата секции трубы при ее расположении в зазоре, и имеет регулируемое средство соединения с возможностью поворота крюка с головкой для обеспечения движения поворота крюка относительно головки вокруг заданной оси, обеспечивающие также перемещение хвостовика в проеме для увеличения и уменьшения размера зазора, тем самым приспосабливая устройство захвата к затягиванию секций труб различных диаметров, причем регулируемое средство содержит гайку и резьбовое средство для установки гайки с возможностью вращения посредством резьбы на хвостовик на другой стороне головки. Регулируемое средство дополнительно содержит первое опорное средство так, что вращение гайки относительно хвостовика вызывает его перемещение в указанном проеме и имеется силовое средство для приложения большого усилия к головке и обеспечения, тем самым, вращения головки вокруг секции трубы, захват которой осуществлен в указанном зазоре для обеспечения затягивания секций трубы с приложением больших крутящих моментов вокруг оси секции трубы и для приведения в действие конца крюка и головки с целью достижения более плотного захвата секции трубы в указанном зазоре согласно изобретению, что участок внешней поверхности гайки представляет собой сегмент сферы; регулируемое средство дополнительно содержит второе опорное средство, расположенное на головке и функционально связанное с поверхностью вращения таким образом, что обеспечивается поворот крюка относительно головки вокруг заданной оси.

Указанный технический результат достигается и тем, что в устройстве для свинчивания и развинчивания соединений в колоннах бурильных труб, содержащем головку, имеющую сквозной проем, крюк, имеющий удлиненный хвостовик, проходящий через указанный проем, и конец крюка на хвостовике, причем конец крюка и головка предназначены для захвата между ними секции вращаемой трубы, гайку, установленную соосно на хвостовике на стороне головки, противоположной крюку, и резьбовое средство, выполненное соосно на хвостовике и на гайке для осуществления резьбового соединения хвостовика с гайкой, упорное опорное средство для связи гайки с головкой, предназначенное для осуществления движения поворота хвостовика относительно головки вокруг заданной оси, согласно изобретению сферическая поверхность выполнена на гайке и имеет свой центр на заданной оси и опорное средство установлено на гайке и контактирует со сферической поверхностью таким образом, что головка может поворачиваться относительно гайки вокруг центра сферической поверхности, причем упорное опорное средство, сферическая поверхность и опорное средство взаимодействуют, чтобы вызвать поворот хвостовика только вокруг заданной оси с одновременным обеспечением возможности точной регулировки размера зазора между концом крюка и головкой с помощью гайки.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в устройстве для свинчивания и развинчивания соединений в колонных бурильных труб, содержащем по меньшей мере один узел захвата, предназначенный для приложения крутящего момента в одном направлении к секции резьбовой трубы и имеющий головку, в которой предусмотрен сквозной проем, и крюк, имеющий хвостовик, проходящий через указанный проем в головке, и конец крюка, соединенный с хвостовиком на одной стороне головки, причем конец крюка и головка образуют между собой зазор, предназначенный для приема секции трубы, и предназначены для захвата секции труба при ее расположении в указанном зазоре, регулируемое средство для соединения с возможностью поворота крюка с головкой для обеспечения поворота крюка относительно головки вокруг заданной оси, обеспечивающее также перемещение хвостовика по меньшей мере в одном направлении в проеме для увеличения или уменьшения размера зазора, приспосабливая за счет этого устройства захвата к затягиванию секций труб различных диаметров, и соловое средство для приложения большого усилия к головке и обеспечения, тем самым, вращения головки вокруг секции трубы, захват которой осуществлен в указанном зазоре для обеспечения затягивания секции трубы с приложением больших крутящих моментов вокруг оси секции трубы, согласно изобретению первые губки расположены на конце крюка с возможностью поворота относительно конца крюка на относительно большой угол, а вторые губки установлены на головке.

Ниже приводится описание конкретных примеров выполнения изобретения со ссылками на фигуры, на которых: фиг. 1 вид в перспективе устройства, согласно изобретению установленного на бурильный замок; фиг. 2 основные части устройства при взгляде сверху на верхний уровень захватов и положения деталей перед свинчиванием замка; фиг. 3 изометрическая проекция захвата, показанного на фиг. 2; фиг. 4 частичный горизонтальный разрез одного из узлов захвата, который показан сомкнутым на замке; фиг. 5 вертикальный вид в разрезе вдоль линии 5-5 на фиг. 3; и фиг. 6 вид, в основном соответствующий части нижнего участка фиг. 4, но отображающий второй вариант осуществления конструкции, входящей в сцепление с замком губки, расположенной на головке захвата.

Устройство содержит прочную сварную раму 10, имеющую стойки 11 и подвешиваемую в устье скважины с помощью трехэлементного средства подвески 12.

На раме 10 установлены и разнесены по вертикали три узла захвата, каждый из которых расположен в горизонтальной плоскости. Верхний узел захвата обозначен позицией 21, средний узел позицией 22, а нижний узел позицией 23. Верхний и нижний захваты 21, 23 идентичны друг другу и ориентированы идентично друг другу.

Средний узел 22 захвата, ориентирован в обратном направлении относительно верхнего и нижнего узлов 21, 23, будучи предназначенных для поворота части бурильного замка в противоположном направлении. Средний узел 22 захвата должным образом отрегулирован по вертикали относительно верхнего и нижнего узлов 21, 23 захвата с целью надлежащей установки тех его частей, которые примыкают к бурильному станку.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения верхний и нижний захваты 21, 23 закреплены неподвижно на раме 10. В противоположность этому средний узел 22 захвата не закреплен неподвижно на раме 10, будучи установленным с возможностью поворота относительно нее, так что средний узел 22 захвата можно поворачивать относительно рамы 10 в горизонтальной плоскости. Ось такого движения поворота является осью вращения захватов 21, 23.

Движение поворота среднего узла 22 захвата осуществляется с помощью цилиндра 24 затягивания, изображенного на фиг. 2.

Цилиндр 24 прочно соединен с возможностью поворота с рамой 10 средством 25 поворота, имеющим вертикальную ось.

Второе прочное имеющее вертикальную ось средство 28 поворота связано со средним узлом 22 захвата, будучи соединенным с концом штока поршня (не показан) цилиндр 24 затягивания. Чтобы удержать средний узел 22 захвата в его горизонтальной плоскости, рама 10 включает верхний и нижний рамный элементы 10b и 10c, образующие горизонтальный паз 33, как показано, в частности, на фиг. 1. Средний узел 22 расположен с возможностью поворота в пазу 33, так что этот узел 22 остается в плоскости, параллельной плоскостям, в которых расположены верхний и нижний узлы 21, 23 захвата.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения все три узла 21, 22, 23 захвата идентичны друг другу, за тем исключением, что, как указано выше, средний узел 22 захвата ориентирован в обратном направлении относительно верхнего и нижнего узлов. Для удобства изложения приводится описание одного верхнего узла 21 захвата.

Верхний узел 21 имеет головку 36, в которой с возможностью поворота установлен крюк 37. Головка 36 неподвижно прикреплена к верхнему концу рамы 10. Взаимосвязи элементов конструкции таковы, что после первоначального захватывания бурильного замка головкой 36 и крюком 37 вращение головки 36 в направлении по часовой стрелке (все направления вращения указаны при взгляде сверху) вызовет дополнительное возбуждение (самовозбуждение) захвата 21, обеспечивая, тем самым, более прочное и эффективное захватывание бурильного замка для его затягивания.

Головка 36 имеет прочные толстые пластинчатые элементы 38 и 39, разнесенные в горизонтальной плоскости таким образом, что образуют проем, предназначенный для размещения в нем хвостовика 41 крюка 37 между указанными элементами 38, 39. Элементы 39 и 38 прочно закреплены верхней и нижней пластинами 42, 43 головки, которые способствуют образованию указанного проема и удерживаются в нужном положении болтами 44.

Элемент 38 головки прочно прикреплен к верхнему концу рамы 10 ребрами жесткости 46 (фиг. 2).

Хвостовик 41 крюка 37 имеет плоские верхнюю и нижнюю стороны, причем его верхняя и нижняя поверхность лежат в горизонтальных плоскостях и смыкаются с пластинами 42, 43 головки. В основном вертикальные противолежащие стороны хвостовика 41 на том его участке, который удален от конца 47 крюка 37, являются участками одного и того же цилиндра, на которых прочно нарезана резьба, обозначенная позицией 48. Такой цилиндр имеет ось, совпадающую с осью хвостовика 41.

На резьбу 48 навинчивают гайку 50 большого диаметра. Она имеет четыре ручки H для облегчения поворота в любом из двух возможных направлений. Гайка 50 связана не только с резьбой 48, но и с другими частями комбинированного механизма поворота и регулировки, более подробно описываемыми ниже. Взаимосвязи элементов конструкции таковы, что такой поворот гайки 50 заставляет захваты открываться и закрываться в желаемом положении относительно конкретного диаметра бурильного замка. Кроме того, механизм регулировки таков, что крюк 37 совершает поворот вокруг заданной вертикальной оси относительно головки 36.

Поворот крюка 37 относительно головки 36 осуществляют в два этапа. Сначала поворот осуществляют с помощью цилиндра 52 захватывания, который задействуется прежде всего для смыкания крюка 37 на бурильном замке, результате чего зубчатые части губок (описываемых ниже) осуществляют начальное захватывание бурильного замка. После этого головка поворачивается по часовой стрелке, а крюк 37 продолжает смыкаться на бурильном замке, чтобы крепче захватить его.

Торец основания корпуса цилиндра 52 захватывания соединен с возможностью поворота с кронштейном 52 (фиг. 2) на ребре 46 жесткости. Шток поршня цилиндра 52 соединен с возможностью поворота с крюком 37 около его конца 47 в кронштейне 52c.

Конец 47 крюка 37 выступает вперед из рамы 10. Зазор или промежуток между крайней точкой конца 47 крюка 37 и противолежащей частью головки 36 открыт, так что узел 21 захвата легко установить вокруг бурильного замка, когда все устройство в целом перемещается в направлении бурильного замка перед его свинчиванием или развинчиванием.

На чертежах изображен типовой бурильный замок, имеющий верхний элемент 56, свинчиваемый с нижним элементом 57.

В процессе работы верхний и нижний узел 21, 23 захвата переменно смыкаются для затягивания замка. Средний же узел 22 захвата всегда сомкнут (вокруг замка) для осуществления такого затягивания. Таким образом, средний узел 22 взаимодействует либо с верхним 21 узлом, либо с нижним узлом 23 для осуществления затягивания.

Как указано выше, нижний узел 23 захвата идентичен верхнему. Как тоже указано выше, средний узел 22 захвата идентичен указанным, за приведенным выше исключением.

Подобно верхнему и нижнему узлам 21, 23, средний узел 22 открывается наружу от рамы. На бурильном замке 56, 57 одновременно устанавливаются два узла захвата, когда устройство свинчивания и развинчивания перемещают к узлу. Как указано выше, средний узел 22 ориентирован в обратном направлении относительно верхнего и нижнего узлов 21, 23. Таким образом, конец крюка 37 среднего узла 22 захвата оказывает дополнительное воздействие на элемент бурильного замка и вращает его, когда средний узел 22 вращается против часовой стрелки (если смотреть сверху).

Средний узел 22 захвата соединен с возможностью поворота (как указано выше) с концом штока поршня цилиндра 24 затягивания с помощью средства 28 поворота. Говоря более конкретно, ребра жесткости 46, связанные со средством 28 поворота, соединены с головкой 36 среднего захвата.

Ниже описывается комбинированный механизм поворота и регулировки каждого из захватов 21, 22 и 23.

Обращаясь к фиг. 3-5, отмечаем, что наружная поверхность гайки 50, находящейся на хвостовике 41 крюка 37, представляет собой поверхность вращения вокруг оси этой гайки, ось которой совпадает с осью хвостовика 41. Наружная поверхность рабочего участка (левого участка, если смотреть на фиг. 3-5) гайки 50 представляет собой сегмент 61 сферы, то есть участок сферы, заключенный между параллельными плоскостями, каждая из которых перпендикулярна общей оси гайки 50 и хвостовика 41. Как показано на фиг. 3-5, такой сегмент сферы находится около правой стороны головки 36, причем эта правая сторона удалена от конца 47 крюка.

Диаметр сферического сегмента 61 относительно велик, предпочтительно гораздо больше, чем расстояние между верхней и нижней поверхностями головки 36.

Сферический сегмент 61 является выпуклым и имеет центр, расположенный в точке "C", как показано на фиг. 4. Такая точка "C" располагается в плоскости, находящейся посредине между параллельными плоскостями, содержащими соответственно верхнюю и нижнюю поверхности хвостовика 41. Чтобы удержать центральную точку "C" в такой промежуточной плоскости, а также на продольной оси хвостовика 41, гайка 50 снабжена прочной внутренней резьбой 62 (фиг. 4 и 5), которая сопрягается с вышеуказанной резьбой 48 на противолежащих кромках хвостовика 41.

Таким образом, в любой заданный момент диаметрально противоположные участки резьбы 62 сопрягаются с резьбой 48 (фиг. 4).

Далее будут описаны средства опоры и фиксатора, связанные с гайкой 50. Прочный блок 63 опоры вставлен между пластинами 42, 43 головки, как показано на фиг. 3 и 4, и очень надежно удерживается в нужном положении болтами 64. Внутренняя поверхность 66 блока 63 опоры является сферической (и вогнутой) и по существу совпадает с участком сферического сегмента 61, когда устройство собрано, как показано на чертежах.

Второй блок опоры (или фиксатора), обозначенный позицией 68 на фиг. 2 и 4, не должен обязательно быть столь же прочным; его крепят посредством пластины 69 и подходящих винтов к пластинчатому элементу 39. Второй блок 68 имеет вогнутую поверхность, расположенную вдоль поверхности 61, когда детали конструкции собраны, как показано на фигурах. Такая вогнутая поверхность может быть и сферической, но это не обязательно. Эта поверхность предпочтительно находится в неплотном контакте со сферой 61 и выполняет функции фиксатора.

Таким образом, блоки 63 и 68 опор и их сферическая поверхность образуют средства опоры и фиксатора для гайки 50 у сферического сегмента 61. Это позволяет вращать гайку 50 в двух направлениях, а именно вокруг продольной оси хвостовика 41 и вокруг вертикальной оси, которая перпендикулярна верхней и нижней поверхностям хвостовика 41 и проходит через центр C. Блок 63 опоры и соответствующие болты являются прочными, поскольку между поверхностями 61 и 66 возникают большие усилия в процессе работы устройства при вращении секции замка бурильной трубы.

Четыре вышеупомянутые ручки H приварены к гайке 50 и расположены на равных расстояниях друг от друга вокруг ее оси, чтобы обеспечить возможность вращения вручную гайки 50 на хвостовике 41 в одном из двух возможных направлений, в зависимости от того, проводится коррекция положения хвостовика 41 и всего крюка 37 в целом вправо или влево, как показано на фиг. 3 и 4.

Следует понять, что центр C не зафиксирован неподвижно относительно хвостовика 41. Вместо этого он зафиксирован неподвижно относительно сферического сегмента 61, который, в свою очередь, зафиксирован неподвижно посредством блоков 63 и 68 опор, а также с помощью опорных средств, описываемых в следующем абзаце.

Упорные опорные средства, которые также являются частью средств фиксации и позиционирования гайки 50, предусмотрены на головке 36 и содержат опорные поверхности, которые, независимо от того, в какое положение повернут крюк 37 относительно головки 36 лежат в одной из плоскостей (а именно, левых плоскостей на фиг. 3 и 4), ограничивающих сферический сегмент 61. Эти плоскости лучше всего различимы на фиг. 2, 3 и 5; при этом следует иметь ввиду, что несущая крышка (верхняя пластина) не показана на правой стороне фиг. 2, хотя на левой его стороне она показана. Упорные средства расположены на верхней и нижней сторонах головки 36 и представляют собой зеркальные отражения друг друга относительно горизонтальной плоскости, в которой лежит продольная ось хвостовика 41.

Аркообразный элемент 71, простирающийся несколько более, чем на 180^o, установлен с помощью болтов 72 на пластине 42 или 43. Вертикальная ось каждого аркообразного элемента 71 проходит через центр C и перпендикулярна верхней и нижней поверхностям хвостовика 41. Поворотная опора 73 установлена с возможностью поворота в каждом аркообразном элементе 71. Эта опора 73 является цилиндрической и имеет диаметр, который лишь немного меньше, чем диаметр внутренней поверхности арочного элемента 71.

Одна из сторон поворотной опоры 73 срезана в плоскости, которая параллельна оси опоры 73 (являющейся также осью арочного элемента 71). Таким образом, в рассматриваемой плоскости образована опорная поверхность 74 (фиг. 5), которая отстоит несколько дальше от конца 47 крюка 37, чем торцевые кромки арочного элемента 71. Поэтому рассматриваемая опорная поверхность может оставаться в скользящем контакте с гайкой 50 даже при небольшом повороте 37 относительно головки 36. Ближайшая к концу 47 крюка 37 лицевая поверхность 76 гайки 50 является радиальной, лежащей в вышеуказанной одной плоскости - плоскости среза и находится в скользящем контакте с каждой опорной поверхностью 74 (подчеркнем, что имеются являющиеся зеркальным отражением друг друга верхний и нижний узлы опор, каждый из которых имеет поверхность 74).

Лицевая поверхность 76 расположена достаточно далеко (фиг. 4) от головки 36, чтобы дать возможность крюку 37 совершать движение поворота в горизонтальной плоскости на угол, достаточный для смыкания захвата и приведения его в действие. Проем в головке, находящийся между пластинами 38, 39, 42 и 43, также достаточно велик, чтобы дать возможность осуществить такое движение поворота.

В каждом случае болты 72 проходят сквозь горизонтальную крышку 77, которая фиксирует опору 73 в нужном положении, но при этом не препятствует повороту опоры 73 вокруг вертикальной оси, проходящей через центр C.

Вышеописанное устройство работает следующим образом.

Предположим, что давление в различных цилиндрах не нагнетается и что желательно изменить размер зазора в каждом узле захвата таким образом, что устройство свинчивания и развинчивания могло работать при другом заданном диаметре бурильного замка 56, 57 в колонне бурильных труб такой, как изображенная на фиг. 1.

В таком случае нужно просто использовать рукоятки H с тем, чтобы повернуть три гайки 50 трех узлов 21, 22 и 23 захвата с целью установки их в предварительно заданное положение. (В некоторых случаях одновременно проводят регулировку только двух узлов захвата). Следует понять, что на хвостовике 41 каждого захвата предусмотрена линейка (или шаблон) на чертеже не показан (а)), и эти линейки имеют заранее нанесенные деления, которые при определении величины удаления лицевой поверхности каждой гайки 50 от лицевой поверхности 76 будут показывать потребителю, что крюк 37 отрегулирован и занимает правильное положение относительно конкретного диаметра замка.

Поскольку каждая гайка 50 заключена с возможностью вращения между опорами 73, 63 и 68, вращение каждой гайки 50 в одном из двух возможных направлений приведет посредством резьб 48, 62, к прецизионному перемещению хвостовика 41 в одном из двух возможных направлений для достижения желаемой наладки. Например, не будет иметь значения, перемещается ли хвостовик вправо или влево, если смотреть на фиг. 3, 4, поскольку легко осуществимо движение в любом из двух возможных направлений.

Переналадка на другой диаметр бурильного замка включает также установку (регулировку) элементов упоров таких, как раскрыто в указанном патенте США N 5060542, в результате чего определяются положения торцев 91 упоров, как показано на фиг. 3 упомянутого патента. Эти торцы предназначены для ввода в сцепления с бурильным замком для правильной установки предлагаемого устройства свинчивания и развинчивания относительного конкретного диаметра бурильного замка.

После того как устройство установлено и растворы двух из трех захватов охватывают бурильный замок, в соответствующих цилиндрах 52 захватывания (фиг. 2) давление нагнетается так, что связанные с ним крюки 37 выдвигаются вперед и происходит захват бурильного замка. После этого, с целью свинчивания и развинчивания замка, в цилиндре 24 затягивания нагнетают давление, чтобы выдвинуть из него шток поршня (не показан) и таким образом обеспечить положение второго средства 28 поворота, в котором оно далеко отстоит от цилиндра 24. При этом происходит две вещи: каждый узел захвата затягивается (возбуждается), так что значительно возрастает усилие захватывания, прилагаемое к соответствующей секции бурильного замка, и происходит поворот соответствующей секции бурильного замка в желаемое положение для свинчивания и развинчивания замка. Свинчивается замок или развинчивается зависит от того, какой из узлов 21, 23 захвата используется (на фиг. 1 показан случай, когда используется верхний узел захвата, а нижний не используется).

Когда каждый узел задействован указанным образом и когда приведен в действие каждый цилиндр 52 захватывания, каждый крюк 37 поворачивается вокруг вертикальной оси, проходящей через точку C, изображенную на фиг. 4. Такая ось является центром каждой опоры 37, а такая точка C является центром сферического сегмента 61.

Следует подчеркнуть, что, когда крюк 37 поворачивается в горизонтальной плоскости относительно связанной с ним головки 36, используются только два небольших участка сферического сегмента 61. Это те два участка, которые находятся в контакте со сферическими поверхностями опор 63, 68. Эти малые участки лежат в той же плоскости, что и крюк 37. С другой стороны, при регулировке размера раствора захвата в любом из двух возможных направлений, перед тем как устройство будет на самом деле использовано при свинчивании или развинчивании, рукоятки H поворачивают так, что кольцевые участки сферического сегмента 61 задействуются вокруг (как правило) всей окружности гайки 50.

Таким образом, раскрыт механизм поворота и регулировки крюка захвата, который работает с большой точность и обладает большой прочностью. Нагрузки в опорах, возникающие между поверхностями 74 и 76 и поверхностями 61 и 66, исключительно велики в период, когда бурильный замок на самом деле свинчивают или развинчивают. Симметричный характер указанных деталей, а также размеры и прочность элементов приводят к получению исключительно прочных и износостойких конструкций, таких, которые необходимы на месторождениях нефти.

После того как замок свинчен или развинчен, цилиндры 52 захватывания приводятся в действие с целью отвода крюков 37 от колонны бурильных труб, после чего колонну бурильных труб перемещают в осевом направлении в такое положение, что можно при желании свинтить или развинтить следующий замок.

В особенности, из-за возникающих больших усилий, вышеупомянутая точность относительно оси каждого крюка 37, наладка каждого крюка 37 и т.д. приобретают огромное значение. Помимо всего прочего обнаружено, что, предусматривая определенные имеющие или не имеющие возможность поворота или имеющие возможность поворота на малый угол конструкции губок на противолежащих поверхностях конца крюка и головки, можно значительно повысить прочность и устойчивость захвата.

Обращаясь к фиг. 2-4, отмечаем, что на них изображен первый вариант выполнения конструкции губок.

На конце 47 крюка 37 расположен поворотный сегмент 81 губки (фиг. 4), который несет съемную зубчатую вогнутую губку 82 и поворачивается в опоре 83 в конце крюка. На торцах сегмента 81 губки установлены с помощью винтов торцевые пластины 84. Между пальцем 85 на конце крюка и длинными аркообразными прорезями в торцевых пластинах 84 происходит взаимодействие, позволяющее сегменту 81 губки, а тем самым и губке 82, поворачиваться на большой угол относительно вертикальной оси.

Поэтому, а также потому, что указанные элементы 81, 82 и 84 поворачиваются относительно свободно вокруг указанной вертикальной оси, губка 82 будет сама поворачиваться на желаемый угол, при котором значительные количества вертикальных зубцов губки войдут в контакт с наружной поверхностью секции 56 бурильного замка (фиг. 4). Для более подробного описания губки и связанного с ней сегмента губки, используемого на конце крюка захвата, обратимся к фиг. 7 указанного ранее патента США N 5060452, на которой торцевые плиты больше, чем те, которые показаны здесь.

К настоящему времени установлено, что в предлагаемом устройстве величина перемещения губки на головке 36 должна быть ограничена (а не быть произвольной) тем же углом охвата, что и в случае губки, связанной с концом 47 крюка. В варианте, изображенном на фиг. 4 (и на остальных чертежа за исключением фиг. 6), губка на головке 36 закреплена неподвижно и совсем не поворачивается относительно головки. Как показано в центральной области нижней части фиг. 4, изображенная губка 87 установлена в неподвижном прямоугольном блоке 89, который установлен без возможности поворота в дополнительной прямоугольной выемке в пластинчатом элементе 39 головки 36. Губка 87 диаметрально противоположна губке 82, когда секция 56 бурильного замка отцентрована, как показано на фиг. 4. Верхняя и нижняя пластины 89а и соответствующие винты удерживают элементы 87, 89 в нужном положении.

При сочетании губок, изображенных на фиг. 4, обеспечивается большая устойчивость, чем при сочетании губок, раскрытом в указанном патенте, ввиду того, что губка 87 не поворачивается относительно головки 36. Отсюда следует, что, когда крюк 37 поворачивается против часовой стрелки (если смотреть сверху) из положения, изображенного на фиг. 4, губка 87 будет менее склонна к сдвигу относительно секции 56 бурильного замка. Одним из результатов этого является то, что угол, на который поворачивается секция этого замка при полном удлинении (то есть при полном выдвижении штока поршня) цилиндра 24 затягивания (фиг. 2) максимизируется.

Чтобы добиться по существу всех преимуществ варианта, изображенного на фиг. 4, но при более простой прецизионной установке захвата на секции 56 замка, а также при более приемлемом распределении нагрузки по различным зубцам губки 87, предусмотрен другой вариант осуществления изобретения, изображенный на фиг. 6. Этот вариант во всех аспектах идентичен раскрытому ранее варианту применительно ко всем вышеупомянутым частям настоящего изобретения, за тем единственным исключением, что узел губки, связанный с головкой 36 каждого узла захвата, выполнен таким, как изображенный на фиг. 6, а не таким, как изображенный на фиг. 4.

На фиг. 6 узел губки на головке 36 представляет собой поворотный сегмент 90, который совершает поворот вокруг вертикальной оси, как и в случае сегмента 81 губки. Сегмент 90 совершает поворот в цилиндрической выемке или опорном участке 39b пластины 39a. Этот сегмент 90 несет губку 91. Кроме того, имеются верхняя и нижняя пластины 92, которые прикреплены винтами 92a к сегменту 90 губки, как и в случае пластин 84, связанных с концом крюка. Винты 92a взаимодействуют со связанными с ними аркообразными прорезями 94, а также с пальцем 93, чтобы удержать сегменты губок в надлежащих положениях в периоды, когда не происходит свинчивание или развинчивание замков.

Пластины 92 малы, поскольку сегмент 90 губки и губка 91 поворачиваются только на малый угол относительно вертикальной оси. Типовой малый угол поворота составляет 5^o, что значительно меньше (составляет лишь малую долю) угла, на который может повернуться сегмент 81 губки, связанный с концом 47 крюка.

В данном варианте осуществления поворот сегмента губки в головке прекращается под воздействием стопорящего усилия, оказываемого упорным средством. В предыдущем варианте осуществления крюков и губок и во всех вариантах осуществления губок согласно вышеуказанному патенту поворот губки прекращается за счет трения, а не за счет воздействия средств упоров.

Над и под пластиной 39a находятся широкие толстые верхний и нижний аркообразные фланцы 90a. Эти фланцы расположены в выемках в верхней пластине 42a и в не показанной нижней пластине, причем между элементами и фланцами 90a снаружи последних имеются радиальные зазоры G.

Прорези 94 и связанные с ними пальцы 93 совершенно не регулируют угол, на который сегмент 90 губки поворачивается при установке на секции замка или во время собственно затягивания. Прорези 94 настолько длины, что их концы никогда не вступают в контакт с пальцем 93. Вместо этого угол поворота регулируется очень прочным пальцем 95 большого диаметра, который закреплен в отверстии в пластинчатом элементе 39a головки 36. Этот большой палец 95 проходит вверх и вниз, над и под пластиной 39a, в крепежные канавки, выполненные в верхней пластине 42a и в не показанной нижней пластине. Он также проходит над и под пластиной 39a, в верхнюю и нижнюю короткие выемки (полупазы) 96 в верхнем и нижнем фланцах 90a сегмента 90.

При работе варианта конструкции согласно фиг. 6 большой палец 95 после установки захвата на секции бурильного замка обычно отведен от торцевой стенки 98 каждой короткой выемки 96 перед тем, как затягивание начинается на самом деле. (Можно сформулировать и так, что торцевая стенка 98 отведена от пальца 95). Тем не менее, определенная величина поворота сегмента 90 губки допустима с целью регулирования положения губки 91 или ее центра относительно поверхности бурильного замка (окружности) таким образом, что относительно большое число зубцов губки входит в контакт, а нагрузка распределяется между ними, и достигается большая площадь соприкосновения. Таким образом, когда начинается затягивание, палец 95 (как указано выше) часто отведен от торцевой стенки 98 и, как правило, не контактирует с ней. Положения выемок или пазов 96 таковы, что сегменты губок устанавливаются в центральном положении, то есть входят в соприкосновение до того, как стенки 98 входят в контакт.

После начала затягивания, т.е. выдвижения штока поршня цилиндра 24 затягивания в соответствии с изложенным выше и с изложенным в вышеупомянутом патенте, направление поворота таково, что большой палец 95 имеет тенденцию к перемещению в направлении торцевой стенки 98. Поэтому максимальная величина перемещения при повороте, которое сегмент 90 губки и губка 91 могут совершать относительно пальца 95, составляет (как правило) 5^o. После (максимального) перемещения примерно на 5^o палец 95 входит в контакт с торцевой стенкой 98, и оба эти элемента продолжают перемещаться вместе. Сегмент 90 губки больше не может поворачиваться относительно пластины 39a головки. Поэтому возникает усилие, стопорящее поворот пальца 95 ввиду воздействия стенки 98 ввиду воздействия пальца 95.

Следовательно, при наличии конструкции согласно фиг. 6 губка 91 может саморегулироваться и перераспределять нагрузку между зубцами, но такое регулирование не настолько велико, чтобы создавать сколько-нибудь существенную тенденцию к возникновению неустойчивостей или допустить большой "мертвый" ход в процессе собственно затягивания.

Вышеизложенное подробное описание нужно, безусловно, понимать только как иллюстрацию и пример осуществления изобретения, дух и объем которого ограничены только прилагаемой формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Устройство для свинчивания и развинчивания соединений в колоннах бурильных труб, содержащее по меньшей мере один узел захвата, предназанченный для приложения крутящего момента только в одном направлении к секции резьбовой трубы и имеющий головку, в которой выполнен сквозной прием, и крюк, имеющий хвостовик, проходящий через проем в головке, и конец, соединенный с хвостовиком на одной стороне головки, при этом конец крюка и головка образуют между собой зазор, предназначенный для приема секции трубы, и предназначены для захвата секции трубы при ее расположении в зазоре, и имеет регулируемое средство соединения с возможностью поворота крюка с головкой для обеспечения движения поворота крюка относительно головки вокруг заданной оси, обеспечивающие также перемещение хвостовика в проеме для увеличения и уменьшения размера зазора, тем самым приспосабливая устройство захвата к затягиванию секций труб различных диаметров, причем регулируемое средство содержит гайку и резьбовое средство для установки гайки с возможностью вращения посредством резьбы на хвостовик на другой стороне головки, регулируемое средство дополнительно содержит первое опорное средство так, что вращение гайки относительно хвостовика вызывает его перемещение в указанном проеме, и имеется силовое средство для приложения большого усилия к головке и обеспечения, тем самым, вращения головки вокруг секции трубы, захват которой осуществлен в указанном зазоре для обеспечения затягивания секции трубы с приложением больших крутящих моментов вокруг оси секции трубы и для приведения в действие конца крюка и головка с целью достижения более плотного захвата секции трубы в указанном зазоре, отличающееся тем, что участок внешней поверхности гайки представляет собой сегмент сферы, регулируемое средство дополнительно содержит второе опорное средство, расположенное на головке и функционально связанное с поверхностью вращения так, что обеспечивается поворот крюка относительно головки вокруг заданной оси.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что второе опорное средство представляет собой участок указанной сферы.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первое опорное средство установлено на головке и предназначено для поворота с крюком, а гайка имеет в основном радиальную лицевую поверхность, которая опирается с возможностью поворота на первое опорное средство.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что положение заданной оси неподвижно относительно головки.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что центр сферы расположен на оси хвостовика.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что заданная ось проходит по существу через центр сферы.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что центр сферы расположен на оси хвостовика, заданная ось проходит по существу через центр сферы, первое опорное средство установлено на головке и предназначено для поворота с крюком, гайка имеет в основном радиальную лицевую поверхность, которая опирается с возможностью поворота на первое опорное средство, а ось первого опорного средства является заданной осью.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первые входящие в контакт с трубой губки установлены с возможностью поворота на конце крюка для обеспечения движения поворота относительно конца крюка, а вторые входящие в контакт с трубой губки установлены на головке без возможности поворота относительно нее.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первые входящие в контакт с трубой губки установлены с возможностью поворота на конце крюка для обеспечения поворота на большой угол относительно конца крюка, а вторые входящие в контакт с трубой губки установлены на головке для обеспечения перемещения на угол, который значительно меньше, чем допустимый угол поворота первых губок на конце крюка.

10. Устройство для свинчивания и развинчивания соединений в колонках бурильных труб, содержащее головку, имеющую сквозной проем, крюк, имеющий удлиненный хвостовик, проходящий через указанный проем, и конец крюка на хвостовике, причем конец крюка и головка предназначены для захвата между ними секции вращаемой трубы, гайку, установленную соосно на хвостовике на стороне головки, противоположной крюку, и резьбовое средство, выполненое соосно на хвостовике и на гайке для осуществления резьбового соединения хвостовика с гайкой, упорное опорное средство для связи гайки с головкой, предназначенное для осуществления поворота хвостовика относительно головки вокруг заданной оси, отличающееся тем, что сферическая поверхность выполнена на гайке и имеет свой центр на заданной оси, а опорное средство установлено на гайке и контактирует со сферической поверхностью так, что головка может поворачиваться относительно гайки вокруг центра сферической поверхности, причем упорное опорное средство, сферическая поверхность и опорное средство взаимодействуют, чтобы вызвать поворот хвостовика только вокруг заданной оси с одновременным обеспечением возможности точной регулировки размера зазора между концом крюка и головкой с помощью гайки.

11. Устройство для свинчивания и развинчивания соединений в колоннах бурильных труб, содержащее по меньшей мере один узел захвата, предназначенный для приложения крутящего момента только в одном направлении к секции резьбовой трубы и имеющий головку, в которой выполнен сквозной проем, и крюк, имеющий хвостовик, проходящий через проем в головке, и конец крюка, соединенный с хвостовиком на одной стороне головки, причем конец крюка и головка образуют между собой зазор, предназначенный для приема секции трубы, и предназначены для захвата секции трубы при ее расположении в зазоре, регулируемое средство для соединения с возможностью поворота крюка с головкой для обеспечения поворота крюка относительно головки вокруг заданной оси, обеспечивающее также перемещение хвостовика по меньшей мере в одном направлении в проеме для увеличения или уменьшения размера зазора, приспосабливая за счет этого устройства захвата к затягиванию секций труб различных диаметров, и силовое средство для приложения большого усилия к головке и обеспечения, тем самым, вращения головки вокруг секции трубы, захват которой осуществлен в указанном зазоре для обеспечения затягивания секции трубы с приложением больших крутящих моментов вокруг оси секции трубы, отличающееся тем, что первые губки установлены на конце крюка с возможностью поворота относительно конца крюка на относительно большой угол, а вторые губки установлены на головке.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что имеет средства для неподвижной установки вторых губок на головке для предотвращения поворота вторых губок относительно головки.

13. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что в нем предусмотрены средства для установки вторых губок с возможностью поворота относительно головки на малый угол, составляющий малую долю угла, на который могут поворачиваться первые губки относительно конца крюка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6