Установка для контактной стыковой сварки обсадных труб над устьем скважины

 

УСТАНОВКА ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ОБСАДНЫХ ТРУБ НАД УСТЬЕМ СКВАЖИНЫ, содержащая неразъемную сварочную машину проходного типа и внутренний захват, связанный с талевой системой буровой вьшки.отличающаяся тем, что, с целью упрощения оборудования и повышения качества свариваемого соединения при сварке труб большого диаметра и большой длины, внутренний захват выполнен в виде гидроцилиндра, в сквозных отверстиях корпуса которого размещены радиальные плунжеры, взаимодействующие с рабочей " средой и охватываемые снаружи пружинящим кольцом, в свою очередь взаимодействундаим с внутренней поверхностью трубы, при этом гидроцилиндр снабжен устройством для создания предварительного давления в его полости.i

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ.(21) 1782593/25-27 (22) 10,05.72 (46) 23.04.84. Бюл. Р 15 (72) Б.А.Галян, А.Н.Попов, В.А.Сахарнов, В.И.Тишура, Ю.П.Борисенко и А.П.Мирошниченко (71) Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт электросварки им. Е,Î.Патона (53) 621.791.762.039(088.8) (54)(57) УСТАНОВКА ДЛЯ КОНТАКТНОЙ

СТЫКОВОЙ СВАРКИ ОБСАДНЫХ ТРУБ НАД

УСТЬЕМ СКВАЖИНЫ, содержащая неразъем— ную сварочную машину проходного типа и внутренний захват, связанный с талевой системой буровой вышки, З 51) В 23 К 11/04; В 23 К 37/04;

Е 21 В 17/08; Е 21 В 19/06 отличающаяся тем, что, с целью упрощения оборудования и повышения качества свариваемого соединения при сварке труб большого диаметра и большой длины, внутренний захват выполнен в виде гидроцилиндра в сквозных отверстиях корпуса которого размещены радиальные плунжеры, взаимодействующие с рабочей средой и охватываемые снаружи пружинящим кольцом, в свою очередь взаимодействующим с внутренней поверхностью трубы, при этом гидроцилиндр снабжен устройством для создания предварительного давления в его полости.

1 4417

Контактная стыковая скварка обсадных труб широко распространена »а газовых и нефтяных промыслах.

Наиболее высокое качество сварного соединения (особенно при сварке обсадных труб большого диаметра) достигается нераэъемными проходными сварочными машинами, осуществляющими сварочный процесс автоматически и обладающими высокой производитель- 1О ностью, Известна установка для контактной стыковой сварки обсадных труб над устьем скважины, которая содержит внутренний .захват (элеватор) для труб, связанный с талевой системой буровой вышки. Применение такой установки исключает дополнительные операции по перемещению сварочной машины относительно эоны сварки,чем достигается проектная производительность установки.

Однако применение этой устсновки возможно лишь при сварке обсадных колонн, имеющих сравнительно неболь- > шую длину, а следовательно, и вес, что обусловлено конструктивными особенностями внутреннего захвата для . труб. При большом весе обсадной колонны появляется необходимость в многоступенчатом захвате. При этом затрудняется регулировка каждой ступени эажимных губок относительно остальных ступеней, результатом чего является неравномерное распределение усилия зажатия по внутренней поверхности трубы, что может привести к ее деформации и разрушению.

Кроме того, прочность такого внутрен

0 него захвата лимитируется прочностью цилиндрической части ступенчатой клиновидной штанги, в то время как диаметр цилиндрической части для каждого диаметра зажимаемой трубы имеет вполне определенное максимапьное значение, зависящее от минималь-,45 но возможных размеров (по длине) зажимных губок.

Цель изобретения - упрощение оборудования и повышение качества сва- 50 рнваемого соединения при сварке труб большого диаметра и большой длины.

Это достигается тем, что в предлагаемой установке внутренний захват для труб выполнен в виде гидро- 55 цилиндра, в сквозных отверстиях корпуса которого размещены радиальные плунжеры, взаимодействующие с

59 рабочей средой и охватываемые снаружи пружинящим кольцом, в свою очередь взаимодействующим с внутренней ,поверхностью трубы, при этом гидроцилиндр снабжен устройством для создания предварительного давления в его полости.

На фиг. 1 показана предлагаемая установка, общий вид; на фиг. 2 внутренний захват в продольном разрезе; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 — вариант исполнения внутреннего захвата.

Сварочная машина 1 проходного типа (см. фиг. 1) смонтирована на системе подвески 2 соосно с обсадной колонной 3, проходящей через ротор

4 буровой вышки 5. Машина может также жестко монтироваться непосредственно на роторе. Внутренний захват

6 расположен соосно со сварочной машиной 1 и соединен с талевой системой 7 буровой вышки. Внутренний захват (см. фиг. 2 и 3) содержит цилиндр 8, внутри которого расположен поршень 9. Последний несет один или несколько рядов плунжеров 10, проходящих через сквозные отверстия, выполненные в корпусе цилиндра 8 и расположенные радиально относительно продольной оси цилиндра. Каждый ряд плунжеров содержит охватывающее их пружинящее кольцо 1 1, которое взаимодействует с внутренней поверхностью трубы 12. Ка цилиндре 8 укреплен привод 13, представляющий собой коническую передачу 14, одна из шестерней которой служит гайкой для винта 15, расположенного по оси цилиндра и взаимодействующего через сухарь 16 и пружины (или на бор пружин) 17 с поршнем 9. Винт

15 удерживается от поворота шпонкой (на чертежах не показана). Полость

Б цилиндра (см. фиг. 2) заполнена рабочей средой, например маслом и гидропластом. Шток 18 предохраняет окна цилиндра от засорения. Проушина 19 служин для соединения захвата с талевой системой.

Для работы внутреннего захвата необходимо, чтобы Р > 6, где PTP тр суммарная сила трения между кольцевыми пружинящими элементами и внутренней поверхностью трубы, Я вЂ” вес обсадной колонны.

В свою очередь Р . = P Е, где

Р— суммарное осевое усилие, разви8

ТР F2

20 з 4417 ваемое плунжерами; f — коэффициент трения между пружинящим кольцом и внутренней поверхностью трубы.

Суммарное осевое усилие, развиваемое плунжерами, равно P = F y где F суммарная площадь поперечного сечения; р — давление в ïî-! лости цилиндра. и где F2 — площадь по12

10 перечного сечения поршня.

После подстановок значений Р и р получаем

Следовательно

1- — АЗЫ т.e F ЕзГ

Я

Е < q 2

Отсюда очевидно, что работа внутреннего захвата возможна при условии, когда произведение суммарной площади поперечного сечения плунжеров на коэффициент трения меж- 2 ду кольцевыми пружинящими элементами и трубой будет равно или больше площади поперечного сечения поршня.

Внутренний захват работает следующим образом.

В исходном положении винт 15 привода 13 выводят иэ соприкосновения с сухарем 16. При этом пружинящие кольца 11 сжимаются и сводят каждый ряд плунжеров 10 к центру (к оси цилиндра). Между кольцами и внутрен35 ней поверхностью трубы образуется зазор, необходимый для введения в

:трубу и выведения из нее внутреннего захвата. После введения внутреннено захвата в трубу при помощи привода 13 винт 15 вводят в соприкосновение с сухарем 16 и йроизводят перемещение поршня 9 и цилиндра 8 относительно друг друга. При этом пру45 жина 17 сживается, а в полости

l возникает некоторое первоначальное давление, под действием которого. плунжеры 10 перемещаются в направ-. лении от оси цилиндра к внутрен50 ней поверхности трубы 12, разжимая пружинящие кольца 11 до их соприкосновения с внутренней поверхностью трубы 12 или обсадной колонны, после чего поршень 9 фиксируется

59

4 относительно трубы 12. Происходит предварительное зажатие трубы с усилием, пропорциональным силе сжатия пружины 17. При нагруженин внутреннего захвата весом обсадной колонны или отдельной трубы, когда проушина 19 соединена с талевой системой буровой вышки, давление в полости Б возрастает, увеличивая в конечном итоге силы трения между пружинящими кольцами и внутренней поверхностью трубы. Происходит полное зажатие обсадной колонны (трубы) .

Внутренний захват такой конструкции позволяет осуществить зажатие и спуск обсадных колонн практически любого веса. Основным несущим элементом такого захвата является корbye цилиндра 8. Имеющаяся возможность максимально развивать диаметр цилиндра делает его практически равнопрочным трубам обсадной колонны. Воздействие одинакового давления на все плунжеры позволяет равномерно распределять усилие зажатия по всей зажимаемой поверхности, что исключает деформацию и разрушение трубы.

На фиг. 4 показан вариант исполне. ния внутреннего захвата для спуска обсадных колонн небольшого веса, когда основным несущим элементом является шток поршня. Работа захвата в таком исполнении аналогична работе описанного.

Работа установки в целом заключается в следующем.

Обсадная колонна 3 зажата клиньями ротора 4 ° Внутренним захватом 6 подают очередную трубу 12. Сварочная машина 1, постоянно находящаяся в зоне сварки, осуществляет зажим .труб, их центровку, оплавление и осадку.

После удаления грата и термооб:работки стыка внутренним захватом вновь зажимают колонну, клинья ротс. ра разжимают и производят спуск обсадной колонны до размещения торца S на уровне сварки. Клиньями ротора вновь зажимают колонну, освобождают внутренний захват и подают очередную привариваемую трубу.

Цикл повторяется.

Заказ 248б/6

Тираж 1037 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Л.Письман Техред В.Далекорей Корректор, И.Шароши