Устройство для поддерживания вертикальной трубы под натяжением

 

Изобретение относится к области морского бурения, в частности к устройствам, обеспечивающим компенсацию вертикальной качки бурового судна для обеспечения поддержания буровых труб под натяжением. Сущность изобретения: устройство для приведения вертикальных труб в состояние натяжения содержит вертикальные полые направляющие стойки буровой вышки, захватное средство, предназначенное для взаимодействия с вертикальной трубой, соединенное с зубчатыми рейками, и приводные узлы, размещенные на буровой вышке. Зубчатые рейки расположены в вертикальных полых направляющих стойках, а приводные узлы выполнены с возможностью перемещения зубчатых реек в вертикальных полых направляющих стойках. Захватное средство включает платформу, имеющую захватные элементы, выполненные в виде заслонок для взаимодействия с трубой, при этом приводные узлы включают гидравлические двигатели, а пол буровой вышки выполнен с возможностью соединения посредством гидравлических замков с зубчатыми рейками. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции устройства. 6 з.п. ф-лы, 15 ил.

Настоящее изобретение относится к устройствам для приведения вертикальных труб в состояние натяжения, компенсации вертикальной качки полов буровых вышек и для направления оборудования по буровой шахте и в, частности, к устройству для поддерживания вертикальной трубы под натяжением.

Из заявки РСТ WO 85/01775, кл. Е 21 В 19/09, 1985 известно устройство для приведения вертикальных труб в состояние натяжения, содержащее вертикальные полые направляющие стойки буровой вышки, захватное средство, предназначенное для взаимодействия с вертикальной трубой, соединенное с зубчатыми рейками, и приводные узлы, размещенные на буровой вышке. Направляющие стойки выполнены в виде труб большого внутреннего диаметра. Зубчатые рейки расположены независимо от направляющих стоек. Данное устройство имеет довольно сложную конструкцию.

Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение конструкции устройства для приведения вертикальных труб в состояние натяжения.

В соответствии с настоящим изобретением создано устройство для приведения вертикальных труб в состояние натяжения, содержащее вертикальные полые направляющие стойки буровой вышки, захватное средство, предназначенное для взаимодействия с вертикальной трубой, соединенное с зубчатыми рейками, и приводные узлы, размещенные на буровой вышке. Согласно изобретению, зубчатые рейки расположены в вертикальных полых направляющих стойках, а приводные узлы выполнены с возможностью перемещения зубчатых реек в вертикальных полых направляющих стойках.

Захватное средство может включать платформу, имеющую захватные элементы для взаимодействия с вертикальной трубой.

Захватные элементы могут быть выполнены в виде заслонок, закрепленных на платформе с возможностью поворота по направлению друг к другу, при этом каждая заслонка имеет выемку, согласованную с полуокружностью вертикальной трубы.

Приводные узлы могут включать гидравлические приводные двигатели.

Пол буровой вышки может быть выполнен с возможностью соединения с зубчатыми рейками.

Пол буровой вышки может быть соединен с зубчатыми рейками посредством гидравлических замков.

Пол буровой вышки может быть соединен с гидравлическими замками посредством рабочих гидроцилиндров, так что пол буровой установки можно регулировать по высоте относительно замков.

Далее изобретение будет подробно описано со ссылками на чертежи, на которых изображено следующее:

фигура 1 изображает вид сбоку буровой вышки;

фигура 2 - вид спереди буровой вышки;

фигура 3 - вид сбоку устройства согласно изобретению;

фигура 4 - вид спереди устройства согласно изобретению;

фигура 5 - более детальный вид сбоку устройства согласно изобретению;

фигура 6 - более детальный вид спереди устройства согласно изобретению;

фигура 7 - вид сверху устройства согласно изобретению;

фигура 8 - вид сверху буровой вышки при наблюдении в направлении пола буровой вышки;

фигура 9 - детализированный вид приводного механизма буровой вышки и устройства согласно изобретению;

фигура 10 - вид в разрезе устройства согласно изобретению, имеющего привод и пол вышки с компенсацией вертикальной качки;

фигура 11 - детализированный вид привода устройства согласно изобретению;

фигура 12 - вид в разрезе устройства согласно изобретению, имеющего привод и пол вышки с компенсацией вертикальной качки;

фигура 13 - вид сверху платформы с захватным средством для вертикальной трубы согласно настоящему изобретению;

фигура 14 - вид спереди платформы с захватным средством для вертикальной трубы;

фигура 15 - вид сбоку платформы с захватным средством для вертикальной трубы.

На фигуре 1 показана буровая вышка 1, содержащая приводной механизм для ротора с верхним приводом, описанного в публикации Международной заявки WO 98/00130. В настоящем описании приводной механизм не будет поясняться более подробно; вместо этого сделана ссылка на вышеуказанный документ, в котором этот механизм всесторонне рассмотрен. На фигуре 2 представлен вид сбоку буровой вышки 1, и здесь приводной механизм 2 с зубчатой рейкой 3 виден более ясно. На фиг.3 представлен вид сбоку устройства согласно изобретению, тогда как на фигуре 4 представлен вид спереди того же самого устройства. Предпочтительно устройство содержит четыре, но, по меньшей мере, две зубчатые рейки 4, которые расположены по существу параллельно друг другу. Зубчатые рейки 4 связаны с платформой 5 захватного средства предпочтительно через относительно нежесткое шарнирное соединение 6.

На фигурах 5-7 устройство согласно изобретению показано более подробно. Зубчатые рейки 4 расположены таким образом, что они проходят вниз в полость, образованную в части конструкции буровой вышки. В показанном случае каждая зубчатая рейка 4 размещена в соответствующей вертикальной направляющей полой стойке 7, которая образует деталь решеточной конструкции буровой вышки. Привод 8, который в показанном случае выполнен в виде приводных узлов, содержащих восемь гидравлических двигателей 9, расположенных парами сбоку от каждой зубчатой рейки 4, предназначен для введения реек 4 в полые стойки 7 и выведения из них. По усмотрению, для синхронизации восьми гидравлических двигателей 9 их можно соединить друг с другом посредством валов 10, 11. Конечно, синхронизацию восьми двигателей можно также получить другими способами, например с помощью гидравлических или электронных средств.

Четыре зубчатые рейки 4 связаны с платформой 5 захватного средства посредством шарнирного или гибкого соединения 6. Шарнирное или гибкое соединение 6 способно нейтрализовать силы, которые возникают вследствие любого небольшого расхождения в одновременном введении зубчатых реек 4 в полые стойки 7 и выведения из них. Платформа 5 захватного средства содержит две заслонки 12, которые предназначены для осуществления захвата ниже упорного кольца на непоказанной вертикальной трубе.

Предпочтительно привод 8 расположен под полом 13 буровой вышки. Кроме того, сам пол 13 буровой вышки может быть по усмотрению соединен с зубчатыми рейками 4, например, посредством гидравлических замков 14. В этом случае пол 13 буровой вышки способен следовать за перемещением платформы 5 захватного средства и поэтому может быть автоматически компенсированным относительно вертикальной качки. Для регулирования по высоте положения пола буровой вышки его можно снабдить рабочими гидроцилиндрами 15, при этом исключается необходимость разъединения гидравлических замков 14 и повторного присоединения их к зубчатым рейкам 4 при осуществлении небольших регулировок положения по высоте пола 13 буровой вышки.

На фигуре 8 представлен вид сверху пола 13 буровой вышки и, кроме того, в разрезе показана конструкция буровой вышки 1. На этой фигуре также показаны вертикальные направляющие полые стойки 7, в которых проходят зубчатые рейки 4. Когда зубчатые рейки 4 проходят в полых стойках 7, рейки 4 не возвышаются над полом буровой вышки и не представляют какой-либо опасности для персонала и не занимают пространство. Кроме того, на фигуре 8 показаны стеллаж 16 для труб и средство 17 для манипулирования трубами. На полу 13 буровой вышки также расположены рельсы 18 для тележки 19, которая предназначена для перемещения оборудования в нужное положение над буровой шахтой.

На фигуре 9 представлен вид в разрезе приводного механизма 2 ротора 20 (фиг.2). Кроме того, на этой фигуре показан гидравлический двигатель 9 для приведения в движение зубчатой рейки 4.

На фигуре 10 представлен более детализированный вид в разрезе привода 8 для зубчатых реек 4 и показаны два машинных помещения 21, в которых размещены гидравлические двигатели 9. Кроме того, на фигуре 10 показан вал 10 и конец вала 11, которые соединяют гидравлические двигатели, находящиеся в каждом машинном помещении 21, друг с другом, для обеспечения их синхронной работы. На этой фигуре также показан пол 13 буровой вышки, который снабжен четырьмя гидравлическими замками 14 и четырьмя регулирующими высоту рабочими гидроцилиндрами 15.

На фигуре 11 показан гидравлический двигатель 9, который посредством зубчатого колеса 22 находится в зубчатом зацеплении с зубчатой деталью (не показана) рейки 4. Как можно видеть, валы 10 и 11 снабжены на концах зубчатыми колесами 23 и 24, и эти зубчатые колеса находятся в зацеплении с зубчатыми деталями (не показаны) реек 4. В показанном случае валы 10, 11 не находятся в непосредственном рабочем соединении с гидравлическим двигателем 9, но находятся в зацеплении с рейками 4. Однако также возможно непосредственное рабочее соединение между гидравлическими двигателями 9.

На фигуре 12 представлен вид сбоку устройства согласно настоящему изобретению, на котором можно видеть зубчатые колеса 22 на гидравлических двигателях 9, а также можно видеть вал 11 и зубчатые колеса 23, 24. Кроме того, показан пол 13 буровой вышки.

На фигуре 13 представлен вид сверху платформы 5 захватного средства, тогда как на фигуре 14 представлен вид спереди платформы 5 захватного средства, а на фигуре 15 - вид сбоку платформы 5 захватного средства. Заслонки 12 захватного средства снабжены соответствующими гидроцилиндрами 25, которые предназначены для поворота заслонок 12 захватного средства между горизонтальным и вертикальным положением. В вертикальном положении заслонок 12 захватного средства обеспечивается возможность свободного прохождения между ними вертикальной трубы и другого оборудования. В горизонтальном положении заслонки 12 захватного средства входят в соприкосновение с вертикальной трубой (не показана), которая находится в выемках 26 в заслонках 12 захватного средства. Выемки 26 совместно образуют по существу круговое отверстие, которое имеет меньший диаметр, чем упорное кольцо на вертикальной трубе, и это упорное кольцо находится на верхней части заслонок захватного средства. Заслонки 12 захватного средства снабжены упорами 27, которые опираются на платформу 5 захватного средства, так что нагрузка, испытываемая гидроцилиндрами 25, не является особенно большой.

В дополнение к выполнению функций устройства для натяжения вертикальной трубы и компенсатора вертикальной качки для пола буровой колонны устройство согласно изобретению также может функционировать как подъемник для оборудования, которое должно пропускаться через буровую шахту на буровом и эксплуатационном судне. Для выполнения этой функции платформа 5 захватного средства может быть снабжена валиком или подобным средством, который можно приводить в соприкосновение со стенками буровой шахты, чтобы исключить любую опасность удара платформы захватного средства о стенки буровой шахты, вызывающего повреждение. В этом случае противовыбросовый превентор можно безопасно и надежно перемещать через буровую шахту, при этом он закреплен с помощью платформы захватного средства в продолжение операции спуска и до тех пор, пока он не отойдет от днища судна.

Гидравлическими двигателями 9 могут быть двигатели обычного типа, снабженные коробкой передач. Постоянное натяжение вертикальной трубы можно легко обеспечить путем их работы при постоянном давлении, когда вертикальная труба удерживается под натяжением, и передачей давления через аккумулятор. Вследствие постоянного натяжения зубчатые рейки 4 всегда будут следовать за волновым движением и поэтому грузовая стрела, которая связана с рейками, также будет следовать за волновым движением. В частности, это будет выгодно при спуске трубы в бухте, поскольку трубу в бухте можно поместить на пол буровой вышки, и труба в бухте не будет подвергаться большим нагрузкам во время спуска.

Предпочтительно зубчатые рейки выполнены жесткими, но для определенных целей их можно также выполнить шарнирными.

В условиях качки обнаружено, что рейки под натяжением без трубы выдерживают нагрузки вплоть до 300 т.

Формула изобретения

1. Устройство для приведения вертикальных труб в состояние натяжения, содержащее вертикальные полые направляющие стойки буровой вышки, захватное средство, предназначенное для взаимодействия с вертикальной трубой, соединенное с зубчатыми рейками, и приводные узлы, размещенные на буровой вышке, отличающееся тем, что зубчатые рейки расположены в вертикальных полых направляющих стойках, а приводные узлы выполнены с возможностью перемещения зубчатых реек в вертикальных полых направляющих стойках.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что захватное средство включает платформу, имеющую захватные элементы для взаимодействия с вертикальной трубой.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что захватные элементы выполнены в виде заслонок, закрепленных на платформе с возможностью поворота по направлению друг к другу, при этом каждая заслонка имеет выемку, согласованную с полуокружностью вертикальной трубы.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что приводные узлы включают гидравлические приводные двигатели.

5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что пол буровой вышки выполнен с возможностью соединения с зубчатыми рейками.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что пол буровой вышки соединен с зубчатыми рейками посредством гидравлических замков.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что пол буровой вышки соединен с гидравлическими замками посредством рабочих гидроцилиндров, так что пол буровой установки можно регулировать по высоте относительно замков.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15