СИСТЕМА ВЕРХНЕГО ПРИВОДА БУРОВОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к буровому оборудованию и может быть использована для буровых установок с верхним приводом вращения.
Система верхнего привода нашла широкое применение в буровых установках вследствие возможности выполнения целого ряда функций, обеспечивающих процесс бурения и выполнения спуско-подъемных операций.
В качестве наиболее близкого аналога к заявляемой полезной модели выбрана система верхнего привода (СВП), изображенная в каталоге фирмы «Canrig Drilling Technology Ltd (Model 8050AC-712 Manual Top Drive Drilling System, Canrig Drilling Tecnology Limited, 2001 г., в качестве приложения к материалам заявки из каталога скопированы страницы с изображением элементов конструкции СВП). Система верхнего привода содержит вертлюг-редуктор с приводом вращения, в свою очередь, вертлюг-редуктор содержит траверсу с установленным на ней трубным манипулятором, содержащим вертикальный телескопический корпус, пружинный механизм с двумя пружинами сжатия, надетыми соответственно на два вертикальных стержня. Пружины сжатия упираются в поверхность нижнего элемента. На пружину сжатия воздействует опора, выполненная в виде верхнего элемента, толкающего пружину сжатия, верхний элемент жестко установлен на верхнем конце вертикального стержня, т.е. пружина сжатия расположена между нижним и верхним элементами. Телескопический корпус трубного манипулятора содержит неподвижный относительно траверсы наружный полый корпус и внутренний полый корпус, выступающий конец внутреннего корпуса соединен с трубным зажимом с образованием выдвижной секции. Трубный зажим соединен с центратором, расположенным соосно со стволом вертлюга-редуктора, установленным над трубным зажимом, для перемещения выдвижной секции трубный манипулятор содержит гидроцилиндр, корпус которого связан с наружным корпусом, а шток - с корпусом трубного зажима. Кроме того, в корпусе трубного манипулятора установлен регулировочный элемент.
Расположение гидроцилиндра в полости корпуса ограничивает доступ к данному элементу при необходимости ремонта и обслуживания. Так, для устранения возможных неисправностей гидроцилиндра (наиболее часто встречающаяся неполадка связана с протеканием масла) неизбежен демонтаж трубного манипулятора, разборка корпуса трубного манипулятора и последующие операции по приведению в рабочее состояние данного механизма. Следовательно, отрицательным свойством известной конструкции является низкий уровень ремонтопригодности из-за того, что для ремонта гидроцилиндра необходимо демонтировать трубный манипулятор с траверсы системы верхнего привода.
Следует отметить очевидный факт, что в период обслуживания и ремонта гидроцилиндра, установленного в корпусе трубного манипулятора, вся система верхнего привода не может быть использована в работе.
Кроме указанных недостатков трубный манипулятор характеризуется сложностью конструкции, т.к. корпус трубного манипулятора содержит гидроцилиндр, регулировочный элемент, две пружины сжатия, (надетые соответственно на два стержня), расположенные за гидроцилиндром и регулировочным элементом. Регулировочный элемент, выполняя функцию ограничителя перемещения поршня гидроцилиндра, содержит трубчатый элемент, в котором перемещается стопорящее средство, а для установки регулировочного элемента в полости корпуса трубного манипулятора содержится узел крепления, состоящий, в свою очередь, из нескольких элементов.
Таким образом, известная система верхнего привода буровой установки обладает рядом причин, препятствующих достижению технического результата, к ним относятся: низкий уровень ремонтопригодности, т.к. при ремонте и замене гидроцилиндра необходимо демонтировать трубный манипулятор, сложность конструкции трубного манипулятора.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в улучшении ремонтопригодности системы верхнего привода за счет обеспечения доступа к элементам трубного манипулятора без необходимости его демонтажа. Кроме того, заявляемая полезная модель обеспечивает упрощение конструкции трубного манипулятора.
Указанная задача решается тем, что в системе верхнего привода буровой установки, содержащей вертлюг-редуктор с приводом вращения, траверсой с установленным на ней трубным манипулятором, содержащим вертикальный телескопический корпус с расположенным в нем пружинным механизмом с пружиной сжатия, надетой на вертикальный стержень и расположенной между нижним элементом и верхним элементом, установленным на верхнем конце вертикального стержня и предназначенным для воздействия на пружину сжатия, при этом телескопический корпус содержит неподвижный относительно траверсы наружный корпус и внутренний корпус, выступающий конец которого соединен с трубным зажимом, содержащим центратор, расположенный соосно со стволом вертлюга-редуктора, установленным над трубным зажимом, трубный манипулятор содержит гидроцилиндр, корпус которого связан с наружным корпусом трубного манипулятора, а шток - с корпусом трубного зажима, согласно полезной модели, гидроцилиндр установлен снаружи телескопического корпуса, пружинный механизм расположен в наружном корпусе, нижний элемент выполнен в виде поперечной перегородки с отверстием, установленной с разделением полости наружного корпуса на нижнюю и верхнюю полости, нижний конец вертикального стержня, свободно проходящего через отверстие поперечной перегородки, закреплен на торцевой части внутреннего корпуса, расположенной в нижней полости наружного корпуса.
В заявляемой полезной модели верхний элемент выполнен в виде гайки, выступающей за поверхность вертикального стержня, при этом пружинный механизм снабжен втулкой, расположенной между пружиной сжатия и вертикальным стержнем, верхний конец втулки выполнен с наружным выступом, упирающимся сверху в пружину сжатия.
В заявляемой полезной модели в корпусе трубного зажима содержится два гидроцилиндра, установленные таким образом, что их штоки-поршни перемещаются навстречу друг другу, каждый шток-поршень соединен с челюстями, предназначенными для захвата трубы и установленными в корпусе с возможностью перемещения по направляющим, при этом на каждой челюсти установлены по две плашки из твердосплавного материала.
Сущность полезной модели поясняется следующим.
Улучшение ремонтопригодности системы верхнего привода обеспечивается за счет того, что при расположении гидроцилиндра снаружи телескопического корпуса трубного манипулятора доступ к данному элементу становится беспрепятственным. В этом случае нет необходимости демонтировать трубный манипулятор с траверсы системы верхнего привода и извлекать гидроцилиндр из корпуса трубного манипулятора для целей ремонта и обслуживания.
Отсутствие гидроцилиндра в составе трубного манипулятора во время его ремонта при необходимости может не останавливать процесс бурения. Так, трубный манипулятор, находящийся на траверсе системы верхнего привода, возможно перемещать не с помощью гидроцилиндра, а вручную, фиксируя положение выдвижной секции, содержащей трубный зажим, с помощью, например, домкрата.
Таким образом, расположение гидроцилиндра снаружи телескопического корпуса трубного манипулятора обеспечивает ряд преимуществ системе верхнего привода, а именно: доступ к гидроцилиндру для его ремонта исключает необходимость демонтажа трубного манипулятора с траверсы системы верхнего привода (СВП), тем самым улучшается ремонтопригодность СВП, а отсутствие гидроцилиндра в период ремонта может не прерывать процесс бурения, т.к. в это время перемещение выдвижной секции трубного манипулятора осуществляется вручную с использованием средств фиксации.
Упрощение конструкции трубного манипулятора достигается за счет исключения из полости телескопического корпуса регулировочного элемента, средств крепления регулировочного элемента и содержащихся в пружинном механизме дополнительной пружины сжатия и, соответственно, дополнительного стержня.
При расположении пружинного механизма в полости наружного корпуса обеспечивается уменьшение размеров телескопического корпуса трубного манипулятора. Это достигается благодаря тому, что нижний элемент выполнен в виде поперечной перегородки с отверстием, данная поперечная перегородка установлена в полости наружного корпуса с ее разделением на нижнюю и верхнюю полости. Следовательно, пружина сжатия расположена в верхней полости наружного корпуса между поперечной перегородкой (являющейся упором для пружины) и верхним элементом, установленным на верхнем конце вертикального стержня и предназначенным для воздействия на пружину сжатия.
Вертикальный стержень свободно проходит через отверстие поперечной перегородки, при этом нижний конец вертикального стержня закреплен на торцевой части внутреннего корпуса, расположенной в нижней полости наружного корпуса.
Оптимальным решением для верхнего элемента является его выполнение в виде гайки, выступающей за поверхность вертикального стержня.
Для центрирования пружины целесообразно снабдить пружинный механизм втулкой, расположенной между пружиной сжатия и вертикальным стержнем, причем при выполнении верхнего конца втулки с наружным выступом, упирающимся в пружину сжатия, становится возможным воздействие на пружину сжатия ввиду того, что выступающий край втулки находится под гайкой.
Следует отметить, что при свинчивании/развинчивании резьбового соединения, удерживаемых в трубном зажиме трубных элементов, пружинный механизм предназначен для компенсации изменения расстояния между соединяемыми торцевыми поверхностями трубных элементов.
Таким образом, при развинчивании резьбового соединения с фиксированным положением внутреннего корпуса компенсация перемещения наружного корпуса осуществляется пружиной сжатия, а именно: при сжатии пружины наружный корпус перемещается вверх.
При свинчивании резьбового соединения пружина сжатия находится в отжатом положении, наружный корпус перемещается вниз.
Таким образом, расположение пружинного механизма в полости наружного корпуса трубного манипулятора обеспечивает новую компактную компоновку элементов данного механизма. В свою очередь, компактность приводит к уменьшению поперечных размеров телескопического корпуса трубного манипулятора и его массы.
На основании вышесказанного следует, что конструкция корпуса трубного манипулятора претерпела изменения, приводящие к ее упрощению, следовательно, к повышению надежности работы трубного манипулятора, что оказывает влияние на надежность работы системы верхнего привода.
Трубный зажим, предназначенный для фиксации трубных элементов, содержит корпус с установленными в полости корпуса следующими элементами: двумя гидроцилиндрами, расположенными таким образом, что штоки-поршни перемещаются навстречу друг другу, каждый шток-поршень соединен с челюстями, предназначенными для захвата трубы, установленными в корпусе с возможностью перемещения по направляющим, при этом на каждой челюсти установлены по две плашки из твердосплавного материала.
Наличие двух цилиндров, обеспечивающих перемещение челюстей навстречу друг другу, увеличивает скорость зажима в два раза по сравнению с традиционно применяемым односторонним зажимом трубного соединения (с помощью одного цилиндра). Кроме того, указанная конструкция трубного зажима дает возможность зафиксировать трубное соединение, равномерно распределяя усилие зажима по его наружной поверхности, тем самым, обеспечивая надежность зажима.
Эти и другие особенности полезной модели объясняются с помощью чертежей.
На фигуре 1 изображен общий вид трубного манипулятора, установленного на траверсе системы верхнего привода, на фигуре 2 трубный зажим (вид сверху).
Система верхнего привода содержит вертлюг-редуктор 1 с приводом вращения (на чертеже не показан), траверсу 2 в виде втулки, установленной на неподвижную втулку 3 с возможностью вращения относительно последней.
К траверсе 2 посредством фланцевого соединения закреплен трубный манипулятор 4, содержащий вертикальный телескопический корпус 5 прямоугольного сечения, состоящий из наружного корпуса 6 и внутреннего корпуса 7, трубного зажима 8 с центратором 9.
Трубный манипулятор 4 содержит гидроцилиндр 10, установленный и вдоль телескопического корпуса 5 снаружи.
В полости наружного корпуса 6 расположен пружинный механизм, содержащий установленную поперечную перегородку 11 с отверстием 12; пружинный механизм содержит также пружину сжатия 13, надетую на вертикальный стержень 14 с верхним элементом (позицией не обозначен), выполненным в виде гайки, жестко установленной на верхнем конце стержня 14.
Пружинный механизм снабжен втулкой 15, расположенной между пружиной сжатия 13 и стержнем 14, верхний конец втулки 15 выполнен с наружным выступом, упирающимся сверху в пружину сжатия 13. Таким образом, пружина 13 расположена между поперечной перегородкой 11 и ступенью втулки 15.
Стержень 14 соединен с внутренним корпусом 7 путем закрепления нижнего конца стержня на торце внутреннего корпуса 7.
Для возможности свободного перемещения стержня 14 через отверстие 12 перегородка 11 выполнена фасонной формы, такой как показано на чертеже (см. фиг.1). В соответствии с фигурой 1 продольный элемент (на чертеже не обозначен) перегородки 11 служит направляющей для перемещения стержня 14. С продольным элементом перегородки 11 соединена гильза 16, установленная между пружиной сжатия 13 и стержнем 14. Такое сочетание элементов служит для обеспечения хода пружины сжатия 13 между продольным элементом перегородки 11 и гильзой 16 как по направляющим.
Корпус гидроцилиндра 10 соединен с наружной поверхностью наружного корпуса 6, а шток - с корпусом трубного зажима 8, оба соединения 17, 18 выполнены идентичными в виде пальца, установленного в проушине. Верхнее соединение 17 расположено на поверхности наружного корпуса 6, не доходя до уровня перегородки 11.
Перегородка 11 разделяет полость наружного корпуса 6 на нижнюю и верхнюю полости.
Высота нижней полости над торцом внутреннего корпуса 7 и высота верхней полости над верхним концом стержня 14 примерно равны, их величина не менее необходимой длины перемещения наружного корпуса 6 со стержнем 14, выбранной в соответствии с длиной хода поршня гидроцилиндра 10.
Трубный зажим 8, изображенный на фигуре 2, содержит два гидроцилиндра, установленные таким образом, что их штоки-поршни 19 перемещаются навстречу друг другу, каждый шток-поршень 19 соединен с челюстями 20, предназначенными для фиксации трубного соединения, и установленными в корпусе трубного зажима 8 с возможностью перемещения по направляющим 21. При этом на каждой челюсти 20 установлены по две плашки 22 из твердосплавного материала.
Заявляемое устройство для выполнения функции замены переходного переводника 23, установленного на стволе 24 вертлюга-редуктора 1 работает следующим образом.
Трубный зажим 8 с центратором 9 устанавливают соосно стволу 24 вертлюга-редуктора 1, на ствол 24 вертлюга-редуктора 1 устанавливают шаровые краны (механизированный и ручной, на чертежах не обозначены) с переходным переводником 23.
Предварительно сняв бандаж (на чертеже не показан), удерживающий разъем «переходной переводник - кран шаровой ручной», подают давление рабочей жидкости в штоковую полость гидроцилиндра 10 и трубный зажим 8 перемещается и занимает верхнее положение. При этом внутренний корпус 7 со стержнем 14 при отжатом положении пружины 13 перемещаются вверх соответственно в нижней и верхней полостях наружного корпуса 6.
Для захвата переходного переводника давление рабочей жидкости подают в поршневую полость гидроцилиндров трубного зажима 8, при этом челюсти 20 (на фиг.2) совершают перемещение навстречу друг другу по направляющим 21, плашки 22 из твердосплавного материала внедряются в тело переходного переводника 23, после чего трубный элемент становится зафиксированным в трубном зажиме 8.
Привод вращения включают в режим, который обеспечивает раскрепление резьбы трубчатых деталей.
Далее трубный зажим 8 включают на разжатие, предварительно приняв меры для удержания переходного переводника 23 от падения в скважину.
Следующей манипуляцией является - перемещение трубного зажима 8 вниз, фиксация заменяемого переходного переводника 23, затем трубный зажим 8 приподнимают до упора. Заключительные манипуляции - привод вращения включают в режим, обеспечивающий завинчивание резьбы, устанавливают бандаж на соединенные трубчатые элементы.
При необходимости гидроцилиндр 10, установленный снаружи телескопического корпуса 5 трубного манипулятора 4, демонтируют, при этом корпус 5 трубного манипулятора 4 не подлежит демонтажу с траверсы 2 системы верхнего привода. В этом случае возможно выполнять операции по замене переходного переводника вручную с помощью домкрата.
При фиксированном положении трубного зажима 8 для выполнения операции свинчивания резьбового соединения пружина сжатия 13 под воздействием гайки, установленной на стержне 14, взаимодействующей с втулкой 15, компенсирует перемещение соединяемых (свинчиваемых) торцевых поверхностей трубных элементов в резьбовом соединении.
Заявляемая система верхнего привода буровой установки обладает повышенной ремонтопригодностью за счет возможности свободного доступа к гидроцилиндру трубного манипулятора, расположенного вне корпуса трубного манипулятора. Дополнительным преимуществом полезной модели является упрощение конструкции корпуса трубного манипулятора, выполненной компактной, с меньшими габаритами и массой.