Устройство для захвата бурильных труб в роторе буровой установки

 

Изобретение относится к области глубокого бурения и, в частности, представляет собой клиновое устройство для захвата бурильных труб в роторе буровой установки. Устройство включает корпус с установленными в нем вкладышами, клиньями и плашками с пилообразной зубчатой насечкой. Подвеска клиньев соединена с планками. Подроторное кольцо выполнено с верхней и нижней ребордами. Подъемный рычаг с роликами шарнирно соединен с силовым цилиндром, качающимся на оси в верхней крышке и установленным на кронштейне с траверсой в консольном кольцевом патрубке, прикрепленном к ротору. Подъемный рычаг с роликами имеет возможность ограниченного поперечного поворота. Имеется зажим ведущей трубы В нижней реборде подроторного кольца симметрично с двух сторон выполнены сквозные пазы в зоне горизонтальных перемещений роликов подъемного рычага. На боковых поверхностях сквозных пазов выполнены наклонные заходные поверхности. Размещение роликов подъемного рычага посередине между ребордами подроторного кольца осуществляется взаимодействием подпружиненного стакана, установленного в верхней части поршня, с верхней крышкой силового цилиндра. Наклонные заходные поверхности сквозных пазов в нижней реборде подроторного кольца выполнены с углом не более 30° к внутренней плоскости нижней реборды и высотой от этой плоскости на боковых поверхностях сквозных пазов до начала наклонной заходной фаски, соответствующей ходу роликов подъемного рычага от положения при захвате клиньями трубы до стыковки клиньев. Подпружиненный стакан поршня силового цилиндра выполнен с ограничителем хода в верхней крышке поршня, причем ход подпружиненного стакана соответствует перемещению роликов подъемного рычага из крайнего нижнего положения в положение посередине между ребордами подроторного кольца. Планки связаны с подроторным кольцом Т-образным соединением с фиксирующим пальцем в нижней расширенной части Т-образного соединения, с обеспечением удельных давлений на контактных поверхностях, не превышающих допускаемых для материала направляющих планок и подроторного кольца. Технический результат: автоматическое отсоединение и присоединение привода к клинозажимному устройству; автоматическая установка роликов подъемного рычага посередине между ребордами подроторного кольца при вращении колонны труб на клиньях; исключены износ и поломки соединения направляющих планок с подроторным кольцом за счет малого удельного давления в контактных узлах; исключена необходимость использования роторного кронштейна с разводными полозьями; снижена масса и трудоемкость изготовления приводных узлов. 3 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области глубокого бурения и, в частности, представляет собой клиновое устройство для захвата бурильных труб в роторе буровой установки.

Известно устройство для захвата бурильных труб [1], содержащее корпус с размещенными в нем вкладышами с гнездом для зажима ведущей бурильной трубы, клинья, подроторное кольцо с планками и привод с подъемным рычагом и роликами, а также соединенные с ротором направляющие, перпендикулярные оси подроторного кольца, и узел фиксации.

Недостатками данной конструкции являются трудоемкие длительные работы по отводу-подводу привода с вскрытием полов, перемещению и фиксации привода, попаданию без визуального контроля роликов подъемного рычага между ребордами подроторного кольца.

Известно также техническое решение [2], защищающее устройство для захвата бурильных труб в роторе, включающее корпус с установленными в нем вкладышами, клиньями и плашками, подвеску клиньев, соединенную с планками, подроторным кольцом с ребордами, рычаг с роликами, соединенный с силовым цилиндром, качающимся на оси в верхней крышке, соединенным с кронштейном с траверсой, установленной в консольном кольцевом патрубке, с возможностью ограниченного поворота рычага с роликами. Указанное устройство может быть принято за прототип заявляемого технического решения.

Устройство позволяет обеспечить прилегание обоих роликов подъемного рычага к ребордам подроторного кольца, однако, сохраняя недостатки вышеуказанного аналога, еще более затруднено попадание роликов подъемного рычага между ребордами подроторного кольца.

При этом, опасаясь осложнений в скважине при длительных работах по отводу-подводу привода, в ряде случаев работы производятся без отвода привода, что приводит к преждевременному выходу из строя приводных узлов, а также к опасности искрообразования непосредственно над скважиной.

В связи с изложенным основной технической задачей, на решение которой направлено настоящее предлагаемое изобретение, является создание такого устройства для захвата бурильных труб в роторе буровой установки, которое обеспечило бы автоматическое отсоединение-присоединение привода к клинозажимному устройству, автоматическую установку роликов подъемного рычага между ребордами подроторного кольца при вращении колонны труб на клиньях, исключение проскальзывания при вращении колонны труб на клиньях, а также износа и поломок соединения планки с подроторным кольцом.

Для решения поставленной задачи устройство для захвата бурильных труб в роторе включает корпус с установленными в нем вкладышами, клиньями и плашками с пилообразной зубчатой насечкой, подвеску клиньев, соединенную с планками, связанными подроторным кольцом, подъемный рычаг с роликами, шарнирно соединенный с силовым цилиндром, качающимся на оси в верхней крышке и установленным на кронштейне с траверсой, установленной в консольном кольцевом патрубке, с возможностью ограниченного поворота рычага с роликами, и зажим ведущей трубы.

В нижней реборде подроторного кольца симметрично с двух сторон выполнены сквозные пазы в зоне горизонтальных перемещений роликов подъемного рычага, а на обеих боковых поверхностях сквозных пазов на нижней реборде подроторного кольца выполнены наклонные заходные поверхности, причем автоматическая установка роликов подъемного рычага посередине между ребордами подроторного кольца осуществляется через подпружиненный стакан в верхней части поршня силового цилиндра.

Наклонные заходные поверхности сквозных пазов в нижней реборде подроторного кольца выполнены с углом не более 30° к внутренней плоскости нижней реборды и высотой от этой плоскости на боковых поверхностях сквозных пазов до начала наклонной заходной поверхности, соответствующей ходу роликов подъемного рычага от положения при захвате трубы клиньями до стыковки клиньев.

Подпружиненный стакан с ограничителем хода в верхней крышке поршня силового цилиндра взаимодействует с верхней крышкой силового цилиндра, причем ход подпружиненного стакана соответствует перемещению роликов подъемного рычага из крайнего нижнего в положение посередине между ребордами подроторного кольца.

Планки связаны с подроторным кольцом Т-образным соединением с фиксирующим пальцем в нижней расширенной части соединения, с обеспечением удельных давлений на контактных поверхностях, не превышающих допускаемых для материала направляющих планок и подроторного кольца.

Перечень фигур чертежей

Фиг.1 - устройство для захвата труб в роторе в соответствии с настоящим предполагаемым изобретением - разрез по оси устройства при захвате клиньями колонны труб в процессе спускоподъемных операций.

Фиг.2 - то же устройство при вращении колонны труб на клиньях.

Фиг.3 - то же устройство с зажимом ведущей трубы в процессе бурения.

Фиг.4 - разрез по линии I-I, фиг.1.

Фиг.3 - разрез по линии II-II, при стыковке клиньев без захватываемой трубы (фиг.4).

Фиг.6 - разрез по линии III-III, фиг.5, (изображение повернуто).

Фиг.7 - место IV, фиг.1.

Фиг.8 - разрез по линии V-V, фиг.3.

Фиг.9 - вид на подроторное кольцо с подъемным рычагом, находящимся в крайнем нижнем положении.

Фиг.10 - разрез по линии VI-VI, фиг.9.

Фиг.11 - разрез по линии VII-VII (фиг.10, изображение повернуто).

Фиг.12 - разрез по линии VIII-VIII (фиг.9).

Фиг.13 - разрез по линии IX-IX, (фиг.12, изображение повернуто).

Устройство для захвата бурильных труб в роторе включает корпус 1 (фиг.1) с установленными в нем вкладышами 2, клиньями 3 и плашками 4 с пилообразной зубчатой насечкой 5, подвеску 6 клиньев 3, соединенную с планками 7, подроторное кольцо 8 с верхней 9 и нижней 10 ребордами, подъемный рычаг 11 с роликами 12, соединенный с силовым цилиндром 13, качающимся на оси 14 в верхней крышке 15, и установленным на кронштейне 16 с траверсой 17 в консольном кольцевом патрубке 18, прикрепленном к ротору 19, с возможностью ограниченного поперечного поворота подъемного рычага 11.

В нижней реборде 10 подроторного кольца 8 симметрично с двух сторон выполнены сквозные пазы 20 в зоне горизонтальных перемещений роликов 12 подъемного рычага 11. На боковых поверхностях 21 сквозных пазов 20 выполнены наклонные заходные поверхности 22, причем размещение роликов 12 подъемного рычага 11 посередине между ребордами 9 и 10 подроторного кольца 8 осуществляется взаимодействием подпружиненного стакана 23, установленного в верхней части поршня 24, с верхней крышкой 15 силового цилиндра 13. Наклонные заходные поверхности 22 сквозных пазов 20 в нижней реборде 10 подроторного кольца 8 выполнены с углом не более 30° к внутренней плоскости 25 нижней реборды 10 и высотой "а" от плоскости 25 на боковых поверхностях 21 сквозных пазов 20 до начала наклонной заходной поверхности 22, соответствующей ходу роликов 12 подъемного рычага 11 от положения при захвате клиньями 3 трубы 26 до стыковки клиньев 3, когда стыкуются их боковые поверхности 27.

Подпружиненный стакан 23 поршня 24 силового цилиндра 13 выполнен с ограничителем хода 28, размещенным в верхней крышке 29 поршня 24, причем ход подпружиненного стакана 23 соответствует перемещению роликов 12 подъемного рычага 11 из крайнего нижнего положения в положение посередине между ребордами 9 и 10 подроторного кольца 8.

Планки 7 связаны с подроторным кольцом 8 Т-образным соединением с фиксирующим пальцем 33 в нижней расширенной части 34 Т-образного соединения. Зажим ведущей трубы 35 устанавливается между клиньями 3 и центратором 36.

Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом. Как и в прототипе, подъем и опускание клиньев 3 осуществляется с помощью подвески 6, соединенной с планками 7, подроторного кольца 8, подъемного рычага 11, силового цилиндра 13 на кронштейне 16, крана управления 37.

Как показано на фиг.1, действие сжатого воздуха в силовом цилиндре 13 в полости 38 обеспечивает захват труб с дополнительным усилием, что дает возможность исключить проскальзывание труб в клиньях до полной сработки зубчатой насечки 5. При этом подпружиненный стакан 23 поршня 24 сжат с зазором "б", соответствующим ходу клиньев 3 от положения захвата трубы до стыковки боковых граней 27 клиньев 3. Вращение колонны труб 26 на клиньях 3 показано на фиг.2. При этом подпружиненный стакан 23 поршня 24 (фиг.7) после установки крана управления 37 в положение, когда сжатый воздух выпущен в атмосферу из полостей 38 и 39 силового цилиндра 13, отталкиваясь от верхней крышки 15, устанавливается в положение, показанное на фиг.2 и 7. При этом ролики 12 подъемного рычага 11 устанавливаются посередине между верхней 9 и нижней 10 ребордами подроторного кольца 8 (S₁=S, фиг.2) и не задевают реборды при вращении колонны труб 26. Зубчатая насечка 5 (фиг.2, 5) поднимается в направлении вращения гранью 31 вверх, что исключает проскальзывание колонны труб 5 при вращении на клиньях 3.

В процессе бурения используется зажим ведущей трубы 35, на который опускаются клинья 3 после их установки на центратор 36 (фиг.3), причем клинья 3 устанавливаются с зазором относительно ведущей трубы 40. Затем корпус 1 с вкладышем 2, клиньями 3, планками 7, подроторным кольцом 8, зажимом ведущей трубы 35 и центратором 36 поворачивается так, что ролики 12 оказываются против сквозных пазов 20 (фиг.9, 10).

Далее подъемный рычаг 11 опускается в крайнее нижнее положение и начинается бурение. По завершении бурения рычаг 11 роликами 12 заводится через сквозные пазы 20 между верхней 10 и нижней 10 ребордами подроторного кольца 8. Для исключения износа и поломок при вращении стыковочный узел подроторного кольца 8 с планками 7 выполнен в виде Т-образного соединения с фиксирующим пальцем 33 в нижней расширенной части соединения 34, с обеспечением удельных давлений на контактных поверхностях, не превышающих допускаемых для материала направляющих планок и подроторного кольца.

В случае вращения колонны труб 26 на клиньях 3 при подаче сжатого воздуха в полость 38 силового цилиндра 13 и для исключения при этом поломки ролики 12 устанавливаются в положение (фиг.9, 10), когда высота "а" от внутренней плоскости 25 нижней реборды 10 до начала наклонной заходной поверхности 22 соответствует крайнему нижнему положению роликов 12.

Указанные выше технические признаки, являющиеся отличительными для заявляемого устройства и отраженные в формуле изобретения, могут быть реализованы с помощью известных средств; они необходимы и достаточны для его осуществления, т.к. обеспечивают решение поставленной задачи - создание устройства для захвата бурильных труб в роторе, которое обеспечило бы автоматическое отсоединение-присоединение привода к клинозажимному устройству, автоматическую установку роликов подъемного рычага между ребордами подроторного кольца при вращении колонны труб на клиньях, а также исключение износа и поломок соединения направляющих планок с подроторным кольцом.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №844760, кл. Е 21 В 19/10, 1981 г.

2. Авторское свидетельство RU 2142551, кл. Е 21 В 19/10, 1999 г.

Формула изобретения

1. Устройство для захвата бурильных труб в роторе буровой установки, включающее корпус с установленными в нем вкладышами, клиньями и плашками с пилообразной зубчатой насечкой, подвеску клиньев, соединенную с планками, связанными с подроторным кольцом, подъемный рычаг, шарнирно соединенный с силовым цилиндром, качающимся на оси в верхней крышке и установленным на кронштейне с траверсой, и зажим ведущей трубы, отличающееся тем, что подроторное кольцо выполнено с верхней и нижней ребордами, подъемный рычаг выполнен с роликами, силовой цилиндр установлен на кронштейне с траверсой в консольном кольцевом патрубке, прикрепленном к ротору, с возможностью ограниченного поперечного поворота подъемного рычага с роликами, при этом в нижней реборде подроторного кольца симметрично с двух сторон выполнены сквозные пазы в зоне горизонтальных перемещений роликов подъемного рычага, а на боковых поверхностях сквозных пазов выполнены наклонные заходные поверхности, причем в верхней части поршня силового цилиндра установлен подпружиненный стакан для обеспечения размещения роликов подъемного рычага посередине между ребордами подроторного кольца при взаимодействии упомянутого подпружиненного стакана с верхней крышкой силового цилиндра.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наклонные заходные поверхности сквозных пазов в нижней реборде подроторного кольца выполнены с углом не более 30° к внутренней плоскости нижней реборды и высотой от этой плоскости на боковых поверхностях сквозных пазов до начала наклонной заходной поверхности, соответствующей ходу роликов подъемного рычага от положения при захвате клиньями трубы до стыковки клиньев.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подпружиненный стакан поршня силового цилиндра выполнен с ограничителем хода в верхней крышке поршня, причем ход подпружиненного стакана соответствует перемещению роликов подъемного рычага из крайнего нижнего положения в положение посередине между ребордами подроторного кольца.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что планки связаны с подроторным кольцом Т-образным соединением с фиксирующим пальцем в нижней расширенной части Т-образного соединения с обеспечением удельных давлений на контактных поверхностях, не превышающих допускаемые для материала направляющих планок и подроторного кольца.

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