Автомат для спуско-подъемных операций в бурении

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l) Дополнительное к авт. свиа-ву (22) Заявлено 01,07.74 (2!) 2039027/03 с присоединением заявки,йа (23) Приоритет (43) Опубликовано 251078,Бюллетень ЭЙ 39 (45) Дата опубликования описания 050978

Сфюз Соеетсииа

Сециапистнчаскяа

Респубики

< 629314 (5l) М. Кл.

Е 21 В 19/16

Государственный комитет

Совета Министров СССР ио деяаи изобретений и открытий т (53) УДК 622,242,053 (088. 8) Г.И.Барсуков, Г.К.Волосюк, А.A.Èâàíîâ, В.И.Игревский, A.Ì.Êîòëÿpoâ, Б.В.Малин, P.Þ.Ðàâè÷-щебро, Л.Г.Шраго, В.П.Блиновскоз, В.Н.Грамолин, В.В.Рудонскатель, В.И.Разуваев, Б.С. Сусликов, В.Е.Тимофеев, И.И.Селиверстов и IO.È.Àíäðèàíoâ (72) Авторы изобретения

Научно-исследовательский институт тяжелого машиностроения при заводе уралмаш и Всесоюзный научно-исследовательский институт методики и техники разведки

Pl) Заявители (54 ) АВТОМАТ ДЛЯ СПУСКО-ПОДЬЕМНЫХ ОПЕРАЦИЙ

В БУРЕНИИ

Изобретение относится к устройствам для автоматизации спуско-подъемных операций в буреиии, применяемым в нефтяной и газовой промышленности.

Известны буровые установки, содержащие цепные подъемники для перемещения элеваторов, механизмов соединения-отсоединения труб, устройства изс подачи и укладки в магазин *11!.

В таких установках скорость подъе- !0 ма колонны ограничена не только временем развинчивания реэьбового соедин ения ключом, но также временем цика перемещения механизмов соединенияотсоединения, закрепленных на цепи для периодического размещения их в исходное положение.

Известна также буровая установка, содержащая два элеватора (верхний и нижний) на каретках, раскрепитель резьбовых соединений на корпусе нижнего элеватора, ключ и механизм приподъема отсоеднненной трубы на верхней каретке над верхним элеватором, .свечеподающее устройство со свече" приемниками (2) .

При подъеме колонны нижним элеватором раснрепителем страгивают реэьбовое соединение верхней трубы с Ко-, лонной, верхний нагруженный элеватор в зто время опускается с замедлением, останавливается, поднимается, его догоняет. нижний элеватор, после чего вес колонны передается на верхний элеватор. Затем нижний элеватор открывается и с ускорением движется вниз, замедляя движение у своего крайнего нижнего положения. К моменту передачи веса колонны верхнему элеватору верхнее резьбовое соединение раскреплено и в работу вступает ключ на верхней каретке, который отвинчивает верхнюю трубу к моменту достижения своего верхнего крайнего положения верхним элеватором, после чего механизм приподъема свечи выводит ниппель верхней трубы из муфты, труба отводится в сторону к свечеподающему устройству и далее в,свечеприемники. К моменту отсоединения верхней трубы нижний элеватор достигает своего нижнего крайнего положения, останавливается и начинает движение вверх, затем захватывает колонну, одновременно с верхним элеватором, принимает íà себя вес колонны, вступает в работу докрепитель-раскрепнтель резьбовых соединений. Верхний элеватор освобождает колонну и начинает движение вниз до всгречи с нижним элеватором и так

629314 далее. При спуске колонны операции

Проводятся в обратном порядке, Предельная скорость непрерывного

Спуска-подъем=., у такого устрайстна ранна ходу верхнего элеватора, деленф»аму на время свинчивания-pа знипч ина- ния ключом замконаго соединения, Зта

Объясняется тем, что спуск-подъем колонны осуществляется двумя подъемны»и устройствами, попеременно спускающими (поднимающими) колонну, следонательнау снинчивание-разнинчивание 1О замкового соединения необходимо завершить к моменту перехвата передачи веса колонны от одного подъемного устройства к другому. Поэтому операция свинчивания-раэвинчинани» ограничинает возможность рационального увеличения мощности подъемников ограничивает увеличение Скоростей подъема бурильной колонны. При этом эланаторы же(.т1<а соединены сО cBОими каретками,. уп»-.Bëeíèe проводится пусабл»дени I ОТророА последонательиос:Гн Во н1емеHH Операций что BQ9 ма!" "-о лил!ь при очень не 9 на читр ль ных расхождениях длин бур»»ль них труб и требует Ilailò(и Я нысОкОТОч ных следЯ @ щих систем для управления скорОстью

И П ЛО г liHPI, 1 ЛаватаРОН ПРИ П>РЕДачЕ веса колонны GT ОднОГО к другoмуà На

rIpaI(tI -Ke ЗТО вызОнет OTKa9 aBToMBTHческай системы и переход на раздель- ЗО ную работу механизмов, возможно с приме н(и ием руч но о управления - o в конечном счете, приведет к унеличeнню затpaт Bремeни IIa cпускОподъемные операции. 35

Цель изобретения заключается н разработке автомата для спуска-подъема операций =-- бурении, позволяющего ускорить непрерывный спуска-подъем бурильной колонны„ 4О

Зто достигается тем, что автомат имеет дополнительную каретку с клю" чом, размещенную н на»»ранляющих выше нерйнего элеватора, причем ключ снабжен гидроцилиидром, установленньь» с ВОзможнОстью ГОризОнтальнОГО перемещения относительно каретки.

Благодаря расположению ключа над верхню» элеватором в автомате исключается Необходимость завершения свин- «О чинания-развинчивания замковогo соединения к моменту передачи веса бу" рильнОЙ КОлонны от ОДНОГО пОдъемнОГО механизма к другому. Развинчивание начинается после первоначального раскрепления замкового-соединения докрепителем-раскрепителем, установле»»ньи на нижнем элеваторе, и продолжается при. подъеме бурильной колонны этим элеватором, передаче веса колонны верхнему элеватору и подъеме ее no"" следним. Эта означ@вт, что при прочих равных у ловиях эа время свинчивания-развинчивания замкового соединения пройден путь равный двум ходам элеватора. Следовательно, обес-65 печинается ускорение непрерывно о спуска-подъема в дна раза.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый антомат, общий нид; на фиг, 2 — дополнительная верхняя каретка и ключ с захватом; на фиг. 3 верхняя каретка с элеватором; на фиг. 4 дана принципиальная гидравлическая схема упранления элеватором

H гидраупорами; на фиг. 5 схематически изображена нижняя каретка элеватора, общий вид, и докрепительраскрепитель на ней.

Автомат для спуска-подъемных опе-раций в бурении состоит из Bm(IKI» 1„ несущей н верхней части кронблочнув площадку с кронблоком 2. На жестких направляющих 3 соосно и подвижно установлены сверху вниз каретка 4 с ключом 5 и его захватом б,,каретка 7 с верхним элеватором 8 и каретка g с нижним элеватором 10 и докрепителем-раскрепителем 11. Каждая иэ кареток 4, 7 и 9 имеет собственный привод н ниде подъемника, который наУ пример, может быть одним из бараба нан

12, 13 и 14 трехбарабанной лебедки..

Кажцый барабан связан с одной из кареток 4, 7 и 9 канатом через кронблок 2 и соответственно снабжен ус-, тройством автоматического включения, выключения и регулирования скорости их н раще н ия.

Системы автоматического регулирования (не показаны). тормозных момен» тон на тормозных шкивах барабанов 12, 13 и 14 выполнены Как электрогидравлические с использованиям коладочных тормозов 15. На вышке 1 установлено снечепадающее устройство 16, которое имеет дна подающих поворотных рычага

17 для круговой установки свеч в свечеприемники (верхние 18 и нижнив 19), Эахватный орган 20 каждого рычага 17 может перемещаться горизонтальна-параллельно оси перемещения последнего и вертикально-параллельно аси скважины. Ротор 21 бурового автомата выполнен подвижным в направлении, перпендикулярном к аси скважины.

Каретка 4, на которой установлен ключ .5, снабжена роликами 22, удерживающими ее в .аправляющих Э вышки 1.

Ключ 5 снабжен захватам 6, который может перемещаться по направляющим

23 каретки 4 в вертикальном направ ленин и в горизонтальном направлении относительно каретки в сторону захватных Органов 20 свечепадающега устройства 16 гидроцилиидрами 24,через зубчато-реечный механизм 25. Все механизмы ключа 5, захват 6, редуктор 26 и Гидрадвигателъ 27, смонтированы в подвижном корпусе 28, который при вертикальном перемещении уравновешивается, например, противо весами 29. Посредством вышеуказанн..»х, устройств осуществляется удержание

5 629314 свечи на весу и ее свинчнвание-развинчиван re.

Управление работой каретки 4 и ключа 5 с захватом б и контроль выполняемых операций осуществляется при помощи датчиков 30-38, установленных как на каретке 4 и подвижном корпусе 28 ключа 5, так и на на- 5 правляющих 3 вышки 1, Датчик 30 осуществляет контроль наличия замка свечи в клиновом захвате б, датчик 31 контролирует положение клинового захвата 6 на оси сква- Щ жины или на оси захватных органов 20 свечеподакщего устройства 16, датчик 32 служит для контроля раскрытия клинового захвата б, а датчик для контроля вертикального переме- 15 щения клинового захвата б ключа 5.

Команды для переМода на предостановочную скорость каретки 4 при двИженин вверх и вниз осуществляют датчики 34 и 35; команды для остановки каретки 4 в крайних верхнем и нижнем положениях — датчики 36 и

37, а команду на закрытие захватного органа 20 свечеподакщего устройства

16 при получении свечи из захвата б ключа 5 — датчик 38.

Каретка 7 с элеватором 8,,связанная с барабаном 13, снабжена роликами 39, которые удерживают его в направляющих 3 вышки 1. Элеватор 8 состоит из самозаклинывающегося захвата 30

40 и гидравлически- управляемых упоров 41, расположенных в подвижном корпусе 42, имеющем возможность как горизонтального, так и вертикального перемещения по направляющим 43 карет- 35 ки 7 ° При вертикальном перемещении подвижный корпус 42 уравновешен, например, грузами 44, 8 направлении, перпендикулярном к оси скважины, в сторону установки ведущей штанги 40 (не показана) он перемещается гидроцилиндрами 45 через. зубчато-реечный механизм 46, а в вертикальном — гидроупорами 47. Причем управление гидроупорами 47 выполнено так, что корпус 42 может либо находиться в крайнем нижнем или в крайнем верхн ик ао- "45 ложениях относительно каретки 7, либо жестко фиксИРоваться относительно последней.

Н каретку 7 встроен маслонасос 48 с приводом от ролика 49 через редуктор 50. На роликах 49 подвешена каретка 7 с помощью талевого троса, проходящего через кронблок 2. Маслоиа.сос 48 подает рабочую жидкость из маслобака 51 через клапанную коробку и

52, фильтр 53 и обратный клапан 54 в пневмогидравлический аккумулятор

55, величина давления в котором контролируется манометрсм 56 и реле давления 57. 60

Реверсивный золотник 58 с электрогидравлическим управлением направля« ет Рабочую жидкость при получении б5 соответствующего электрического cHf нала в полости (штоковую или бесштоковую) rидроцилиндра 59, осуществляя закрытие или раскрытие элеватора 8, причем для блокировки при закрытии штоковая полость гидроцилиндра 59 ставится на гидрозамок 60, а величина давления в ней контролируется реле 61 давления.

Золотник 62 прн соответствующем электрическом сигнале управляет гидроэамком 63, который соединяет полости под гидроупорами 47 с емкостью

64 или запирает последнюю, благодаря чему элеватор 8 либо перемещается относительно каретки 7, либо фиксируется гидрозамками 63 относительно него.

Управление работой механизмов каретки 7 и контроль выполняемых ими операций осуществляется при помощи датчиков 65-76, установленных на каретке 7,.на подвижном корпусе 42 и на направляющих 3 выаки 1. Датчик 65 осуществляет контроль наличия в элеваторе S ниппеля замкового соединения свечи при посадке его в резьбу спускаемой колонны, датчики 66 и 67— контроль крайних (верхнего и нижнего) положений элеватора 8 относительно каретки 7, датчик 68- контроль раскрытия захвата 40 элеватора 8, датчик

69 — контроль наличия (отсутствия) перемещения элеватора 8 относ. ительно каретки 7 и наоборот, датчик 70— контроль положения элеватора 8 в горизонтальном положении. (либо на оси скважины, либо на оси шурфа под ведущую штангу).

Команды на остановку каретки 7 в крайних верхнем и нижнем положениях осуществляют датчики 71 и 72, команды для.перехода на предостановочную скорость при подъеме и спуске каретки 7 — датчики 73 и 74, команду для включения управляемых упоров 41 в режиме подъем колонны — датчик

75, а команду на перемещение захвата

6 ключа 5 — датчик 76, Каретка 9 с элеватором 10 и докрепителем-раскрепителем 11 также оснащена направляющими роликами 77 и канатными шкивами 78. B корпусе

79 каретки 9 установлен корпус 80 элеватора.l0, в котором расположены механизм 81 удержания колонны на весу, механизм 82 докрвпления-раскрепления замковых соединений и управляемые упоры 83, аналогичные механизму на каретке 7. Причем корпус 80 элеватора 10 с механизмами 81, 82 и

83 имеют воэможность вертикального перемещения относительно каретки 9 при помощи гидроупоров 84 и уравновешен (например, грузами 85.).

Управление механизмами 81, 82 и

83 осуществляется автонсмньми блоками (насосными и гидроавтоматики), аналогичными подобными на каретке 7

629314

ltPH ПОМОЩИ СООтнетствуЮщИХ ЭЛЕ1Стрнческ их с иг налов а к Онтрoлb В11Г! Олне— ния операций — при помощи датчиков, установленных на каретке 9, на корпусе 80 элеватора и на направляющих 3 вы15пси l, Сама каретка 9, cBЯЭBllиа11 с бЩабаном 14р упраВ,11Яетсл устройством автоматического п1слючения, Выключения

И регулиронания скорости вращениЯ барабана, Датчики 86 и 87 осуцествл11ют контраль крайних (верхнего и нижнего) положений корпуса 80 элеватОра 10 относительно каретки 9, датчик 88 контроль раскрытия. (Закрытия) клинового захвата механизма 81 удержания ь колонны по весу, датчик 89 -- контроль наличия (отсутст|зия) перемещения подвижногq корпуса 80 относительно каретки 9, Кома11ды на оста. Нов к у к аре тк и 9 в к ра и них В с1рх нс11 и и ижн ем положе н11ях осуществля1от датчики 90 и 91, команды для перехода на предостанавочную скорость при движении каретки 9 вверх и Вниз — датчики 91 и 93, команду на срабатывание управляемых упоров 43 элеватора 7 — датчик 94.

Работа бурового автомата в режиме Подъем бурильной колонны, Исходное положение механизмов:1. Свечеподающее устройство 16 захватный орган ?О одного из подающих поворотных рычагов 17 находится на оси передачи свечи в крайнем верхнем положении, раскрыт, а зев еГО охватывает с BBBop01 свечj

2. Каретка 4 на расстоянии 50 мм от крайнего верхнего положения. Кли-, новой захват б ключа 5 находится на оси передачи свечи В захватный орган

20 свечеподающего устройства 16 В, своем крайнем нижнем положении относительно каретки 4 и закрыт, удерживая очередну.о свечу.

3. Каретка 7 на раccTOIIHè I б M от своего крайнего верхнего положе= ния. Элеватор 8 закрыгу удерживая бурильную колонну на весу, и находится в крайнем нижнем положении относительно элеватора 7.

4. Каретка 9 находится в крайнем нижнем положении. Подвижный корпус

80 элеватора 10, B следовательно, механизм .81 удержания колонны на весу находятся в крайнем нижнем положении относительно корпуса 79 каретки 9, причем клиновой:захват раскрыт а бурильная колонна пропущена сквозь

ПОСЛедиий

По команде с пульта управления

Подъем бурильнОй колонны каретка

7 вместе с бурильной колонной начинает двигаться вверх, достигая номинальной скорости и воздействуя на ,датчик 75. По1 команде последнего выдвигаются управляемые упоры 83 элеватора 10, на которые воздействует торец нинпеля шщнимающейся вверх

cue«tI, При этом полости под гидроупорами 84 соедине11ы емкостью 64 блока гидроавтоматики (см, фиг. 4), что позволяет подвижному корпусу 80 элеВатора 10 перемещаться вверх под дейстнием свечи относительно корпуса 79.

Срабатывает датчик ° 87, по команде г которого начинается подъем каретки 9 с элеватором 10 и докрепителем-раскрепителем 11, н закрывается клиновой захват механизма 81 удержания колонны на.весу.

ЧО По команде с пульта одновременно с движением каретки 7 начинает перемещаться вниз каретка 4 с очередной свечой в захватн1х органах ключа 5.

Спуск каретки 4 с ключом 5 и его захватом б по команде от датчика 35 замедляется, а по команде от датчика 38 закрывается захватный орган 20 свечеподающего устройства 16, При дальнейшем движении вниз каретки 4 ключ 5 с захватом б смещаются относительно последней и по команде датчика

33 клиновой захват 6 раскрывается.

Одновременно подающий поворотный рычаг 17 свечеподающего устройства 16 начинает двигаться вниз в сторону в свечеприемники с очередной свечой, а на ось передачи свечи перемещается: второй подающий рычаг 17, установивший В свечеприемники предыдущую свечу, Б это время каретка 7 с элеватором

8 продолжает свое движение вверх с оптимальной скоростью, а каретка 9 с элеватором 10, связанная через свечу с кареткой 7 при помощи механизма

16 81 удержания колонны, разгоняется системой автоматического регулирования (cAP) своим подъемником до оптимальной скорости, что фиксируется датчиком 89. По команде датчика 89

40 СйР подъемником каретки 7 притормажиВает последняя. При этом подвижный корпус 80, приподнятый свечой отно-. сительно корпуса 79 каретки 9, фиксируется по команде датчика 89 относительно последней посредством перекрытия гидрозамками 63 гидрома4" гистралей между емкостью 64 и полостями под гидроупорами 84.

Каретка 4 после передачи свечи в захватные органы 20 свечеподающего устройства 1б на предостановочной

50 скорости продолжает идти вниз до датчика 37, и по команде последнего останавливается в своем край.;ем нижнем положении, при этом захват б ключа 5 перемещается на ось скважины

55 и фиксируется. Каретка 7 после притормаживання начинает двигаться с меньшей скоростью, чем элеватор 8, который продолжает подниматься с оптимальной скоростью кареткой,9 бла> годаря их жесткой связи через свечу.

Отйосительное перемещение каретки 7 и элеватора 8 фиксируется датчиком 69 и по команде последнего самозаклиниРедактор Ж.Фадеева

Составитель П. Павловский

Техред Н.Бабурка Корректор С.Шекмар

Закаэ 6034/30 Тираж 734 Подлисиов

Ф ИИП- 4 -Государственного комитета Совета Иинистров СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35 Рауик.кая наб., д, 4 5

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