ВЫШЕЧНО-ЛЕБЕДОЧНЫЙ БЛОК КУСТОВОЙ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к нефтегазовому оборудованию, а именно к буровым установкам, предназначенным для кустового бурения разведочных и эксплуатационных скважин на нефть и газ, содержащим вышечно-лебедочный блок с механизмом перемещения по рельсам направляющих от одной скважины к другой внутри куста.
Перемещение вышечно-лебедочного блока и связанных с ним блоков-модулей эшелона кустовой буровой установки по рельсам направляющих в пределах одного куста позволяет освободить устье пробуренной скважины для ее освоения и незамедлительно приступить к испытанию пробуренной скважины и оценке разведываемой площадки.
Известна буровая установка Волгоградского завода буровой техники БУ 2900/200 ЭПК-БМ для кустового строительства скважин (Колчерин В.Г., Колесников И.В., Копылов B.C., Баренбойм Ю.Л. Новое поколение буровых установок Волгоградского завода в Запанной Сибири, ГУП ХМАО «Сургутская типография», 2000 г., стр.298-303). Указанная кустовая буровая установка содержит вышечный блок и модули буровой установки, расположенные эшелоном на рельсах направляющих.
Вышечный блок включает основание, механизм перемещения вышечного блока, содержащий колесные тележки, на которые устанавливается основание вышечного блока, станцию насосную гидроцилиндров, гидроцилиндры. Гидроцилиндры снабжены проушинами, посредством которых крепятся одним концом к основанию вышечного блока буровой установки, а другим - к механическому зажиму с упорами. Механический зажим обеспечивает упор гидроцилиндра в рельс и выполнен в виде корпуса с боковыми зацепами и двумя горизонтальными поперечными отверстиями, в одном из которых на оси установлены два вертикальных упора. При работе гидроцилиндров в толкающем варианте, при перемещении зажима по рельсу, упоры упираются в опоры, выполненные на рельсовой направляющей. Для работы гидроцилиндров в тянущем варианте снимают упоры и ось с корпуса зажима, поворачивают упоры на 180° и устанавливают их на оси в следующем отверстии корпуса зажима. Для предотвращения самопроизвольных перемещений вышечного блока служат башмаки, устанавливаемые под колеса тележки.
Недостатком такой кустовой буровой установки является наличие большого количества элементов, усложняющих конструкцию механизма перемещения вышечного блока и модулей, а также значительные затраты времени как на ручную переустановку упоров в отверстия корпуса зажима в зависимости от работы гидроцилиндров в тянущем или толкающем вариантах, так и на установку башмаков под колеса тележки и очистку зажима и рельс от грязи.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели по совокупности существенных признаков является вышечно-лебедочный блок кустовой буровой установки, снабженный механизмом перемещения по рельсам направляющих. Вышечно-лебедочный блок связан тягой и осями с ближайшим из блоков-модулей эшелона, снабженных ходовыми роликами для перемещения по рельсам направляющих (Буровые комплексы. Современные технологии и оборудование / Коллектив авторов; Под общей редакцией A.M.Гусмана и К.П.Порожского: Научное издание. Екатеринбург, УГГГА, 2002 стр. стр.375, 386-387).
Вышечно-лебедочный блок с одной точки на другую в кусте перемещается с комплектом бурильных труб, установленных на подсвечниках. Механизм перемещения вышечно-лебедочного блока кустовой буровой установки в пределах куста по рельсам направляющих включает основание, гидроцилиндры перемещения, шарнирно соединенные с основанием вышечно-лебедочного блока и расположенные напротив друг друга двухколесные балансирные тележки, каждая из которых содержит корпус и установленные на валах колеса, расположенные вдоль рельса направляющей, при этом в поперечном направлении относительно рельсов направляющих колеса балансирных тележек образуют парные колеса. Для привода гидроцилиндров перемещения предусмотрен гидроагрегат с гидросетью. Гидроцилиндры перемещения соединены шарнирно с одной стороны с основанием вышечно-лебедочного блока, а с другой - с устройствами крепления гидроцилиндров к рельсам, выполненными в виде захватов. Захваты установлены на рельсах направляющих с возможностью продольного перемещения и фиксации и содержат рычаг для крепления захвата осью к балке направляющей. При этом гидроцилиндры установлены под углом к рельсу.
Для перемещения вышечно-лебедочного блока на очередную точку бурения рабочая жидкость от гидроагрегата подается в силовые полости гидроцилиндров и захваты подтягиваются до совпадения отверстий в рычагах и балках, после чего закрепляются осями к балке направляющей. Гидроцилиндры реверсируются гидрораспределителем гидроагрегата, и вышечно-лебедочный блок вместе с блоками-модулями эшелона перемещается по рельсам направляющих за один ход гидроцилиндров, после чего процесс повторяется (дискретное перемещение).
Недостатком выше указанного механизма перемещения вышечно-лебедочного блока буровой установки является сложность конструкции механизма перемещения, обеспечивающего только «пошаговое» дискретное перемещение, требующее дополнительных затрат времени на ручное закрепление осью рычага захвата к балке направляющей после каждого дискретного перемещения. Кроме того, указанная операция является трудоемкой. При этом дискретное перемещение создает многоразовые динамические нагрузки в перемещаемом объекте, что может повлиять на прочность элементов конструкции.
Применение в качестве привода гидроцилиндров, каждый из которых закреплен с одной стороны с захватом, установленным на рельсе, а с другой - с основанием вышечно-лебедочного блока, создает негоризонтальное тянущее усилие, вертикальная составляющая которого создает дополнительное удельное давление на переднем по ходу перемещения колесе балансирной тележки. При этом увеличение мощности гидроцилиндра для перемещения тяжелого вышечно-лебедочного блока (тяжелой буровой установки) приводит к дальнейшему увеличению вертикальной составляющей тянущего усилия, что еще больше повышает удельное давление и препятствует перемещению тяжелых буровых установок.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является сокращение времени на перемещение в кусте вышечно-лебедочного блока от одной скважины до другой, в том числе тяжелой буровой установки с пакетом свечей на подсвечниках, и исключение трудоемких ручных операций при перемещении.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в упрощении конструкции механизма перемещения вышечно-лебедочного блока.
Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в вышечно-лебедочном блоке кустовой буровой установки, включающем основание, механизм перемещения вышечно-лебедочного блока по рельсам направляющих, образующим колею, содержащий привод и шарнирно соединенные с основанием двухколесные балансирные тележки, каждая из которых содержит корпус и установленные на валах колеса, расположенные вдоль рельса, при этом в поперечном направлении относительно рельсов колеса балансирных тележек образуют парные колеса, согласно полезной модели, привод механизма перемещения выполнен в виде не менее одной пары мотор-редукторов, причем корпус каждого мотор-редуктора закреплен на расположенной вне колеи части корпуса балансирной тележки так, что выходной вал мотор-редуктора связан с валом соответствующего парного колеса, при этом каждый мотор-редуктор содержит встроенный тормоз.
В частном случае мотор-редуктор выполнен с электромагнитным тормозом и полым выходным валом, который связан шлицевым соединением с валом соответствующего парного колеса балансирной тележки.
В частном случае корпус мотор-редуктора закреплен на корпусе балансирной тележки при помощи фланцевого соединения.
Шарнирное соединение балансирных тележек с основанием вышечно-лебедочного блока обеспечивает равномерную загрузку колес тележки, при этом большое удельное давление под колесами вышечно-лебедочного блока позволяет установить привод непосредственно на валу колеса балансирной тележки, исключая его пробуксовку.
Выполнение привода механизма перемещения вышечно-лебедочного блока кустовой буровой установки в виде не менее одной пары мотор-редукторов позволило путем приложения постоянного тягового усилия непосредственно к валу колеса упростить конструкцию привода механизма перемещения и перейти от дискретного перемещения к непрерывному. При этом непрерывное перемещение мотор-редукторами исключает применения трудоемких ручных операций при эксплуатации, что приводит к снижению времени на перемещение.
Закрепление корпуса каждого мотор-редуктора на расположенной вне колеи части корпуса балансирной тележки обеспечивает свободный доступ к каждому мотор-редуктора при его замене и эксплуатации.
Благодаря связи валов пары мотор-редукторов с валами соответствующих парных колес, расположенных в поперечном направлении относительно рельсов на разных балансирных тележках, исключается перекос.
Применение каждого мотор-редуктора со встроенным тормозом позволяет обеспечить синхронное включение, выключение механизма перемещения и остановку вышечно-лебедочного блока в нужном для бурения месте. При этом выполнение привода в виде мотор-редукторов с полым выходным валом и встроенным электромагнитным тормозом обеспечивает компактность привода механизма перемещения.
Применение мотор-редуктора с полым выходным валом позволяет установить каждый мотор-редуктор при помощи шлицевого соединения непосредственно на валу соответствующего парного колеса, что обеспечивает максимальное упрощение конструкции.
Возможно применение мотор-редуктора с выходным валом, при этом связь выходного вала и вала одного из парных колес обеспечивается через муфту при помощи шпоночного соединения.
Закрепление корпуса мотор редуктора на расположенной вне колеи части корпуса балансирной тележки при помощи фланцевого соединения обеспечивает жесткость крепления, свободный доступ и возможность замены при поломке мотор-редуктора.
Кроме того, механизм перемещения с приводом, выполненным в виде попарно установленных мотор-редукторов на парных колесах балансирных тележках, где число пар мотор-редукторов может быть более одной, например, при установке мотор-редукторов на всех парных колесах двух и более балансирных тележек, позволяет перемещать тяжелый вышечно-лебедочный блок с пакетом свечей на подсвечниках. Число мотор-редукторов определяется расчетным путем в зависимости от веса вышечно-лебедочного блока.
Таким образом, совокупность вышеперечисленных признаков вышечно-лебедочного блока кустовой буровой установки с механизмом перемещения, привод которого выполнен в виде не менее одной пары мотор-редукторов, обеспечивает упрощение конструкции, сокращение времени на перемещение и позволяет исключить тяжелый ручной труд при обслуживании.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели условию патентоспособности «новизна».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного выполнения вышечно-лебедочного блока кустовой буровой установки.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг.1 - изображен общий вид вышечно-лебедочного блока кустовой буровой установки;
на фиг.2 - вид А на фиг.1;
на фиг.3 - схема подключения привода механизма перемещения вышечно-лебедочного блока;
на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3.
Вышечно-лебедочный блок 1 содержит основание 2, оборудованное опорами 3 и гидродомкратами 4, включает механизм перемещения 5 (фиг.2) вышечно-лебедочного блока 1 для перемещения в пределах куста по рельсам 6, смонтированным на направляющих 7.
Механизм перемещения 5 содержит балансирные тележки с корпусом 8 и привод 9 механизма перемещения 5. Основание 2 вышечно-лебедочного блока 1 шарнирно соединено с двухколесными балансирными тележками. В корпусе 8 на валах установлены колеса 10 и колеса 11, расположенные вдоль рельса. Двухколесные балансирные тележки, установленные в поперечном направлении одна напротив другой относительно рельсов 6, образуют парные колеса 10-10, 11-11. При этом часть корпуса 8 каждой балансирной тележки обращена в сторону рельсовой колеи. Другая часть корпуса 8, направленная в противоположную сторону, расположена вне колеи.
В конкретном исполнении привод 9 механизма перемещения 5 выполнен в виде одной пары мотор-редукторов 12. Каждый мотор-редуктор 12 закреплен на расположенной вне колеи части корпуса 8 одной из двух балансирных тележек, расположенных на разных сторонах основания 2, и связан с соответствующим парным колесом 10 (фиг.2). Мотор-редукторы 12, посредством электрического кабеля подключены параллельно к источнику питания 13, связанному с пультом управления 14 механизма перемещения (фиг.3).
Мотор-редуктор 12 содержит полый выходной вал 15 (фиг.4) и электромагнитный тормоз (на чертеже не показан). Полый выходной вал 15 связан шлицевым соединением с валом парного колеса 10. На расположенной вне колеи части корпуса 8 и на корпусе мотор-редуктора выполнены элементы крепления в виде фланцев 16, к которым при помощи болтов 17 крепится мотор-редуктор 12.
Устройство работает следующим образом.
Во время бурения вышечно-лсбедочный блок 1 установлен на опоры 3 и находится на оси, совмещенной с осью центра скважины.
Перед началом перемещения вышечно-лебедочного блока 1 на очередную точку бурения при помощи гидродомкратов 4 освобождают опоры 3 и опускают вышечно-лебедочный блок 1 вместе с пакетом свечей на колеса 10, 11 балансирных тележек. Благодаря шарнирному соединению основания 2 с балансирными тележками обеспечивается равномерное распределение нагрузки на колеса 10, 11, которые устанавливаются на рельсы 6 направляющих 7.
Перемещение вышечно-лебедочного блока 1 на очередную точку бурения осуществляется следующим образом. При помощи пульта управления 14 включают электропитание мотор-редукторов 12, которые благодаря параллельному подключению к источнику питания 13 начинают одновременно работать и обеспечивают синхронное вращение выходных валов 15, передавая вращение на валы парных колес 10. Вышечно-лебедочный блок 1 начинает непрерывно перемещаться на заданную позицию. После перемещения вышечно-лебедочного блока 1 на заданную позицию при помощи пульта управления 14 отключают питание двигателей мотор-редукторов 12, после чего осуществляется торможение парных колес 10 при помощи встроенных в мотор-редуктор 12 электромагнитных тормозов.
При перемещении вышечно-лебедочного блока 1 в противоположном направлении не требуется каких-либо переустановок привода механизма перемещения.
Вышечно-лебедочный блок 1 с описанным выше механизмом перемещения 5 при необходимости обеспечивает перемещение связанных с ним блоков-модулей, установленных на колеса или ролики на рельсы направляющих.
Описанный выше пример конкретного исполнения с использованием в качестве привода механизма перемещения пары планетарных мотор-редукторов фирмы «Bonfiglioli Group» был рассчитан для перемещения вышечно-лебедочного блока массой Q=400 т со скоростью 1,2 м/мин на четырех двухколесный балансирных тележках с радиусом колеса R=0,355 м. При этом в качестве привода механизма перемещения используют два мотор-редуктора со следующими параметрами:
частота вращения выходного вала редуктора - 1,1 об/мин;
передаточное число - 1266;
момент на выходном валу - 55422 Нм;
номинальная мощность двигателя - 7,5 кВт;
частота вращения двигателя - 1440 об/мин;
встроенный электромагнитный дисковый тормоз;
тормозной момент - 100 Нм.
При увеличении тягового усилия для перемещения вышечно-лебедочного блока тяжелой буровой установки с пакетом свечей в подсвечнике расчетным путем определяют необходимое количество пар мотор-редукторов, которые могут быть установлены попарно, как на парных колесах двух балансирных тележек, так и на парных колесах последующих балансирных тележек.
Таким образом, выполнение вышечно-лебедочного блока с механизмом перемещения, снабженным приводом, выполненным в виде не менее пары мотор-редукторов, каждый из которых содержит встроенный тормоз, закреплен на расположенной вне колеи части корпуса балансирной тележки, а также обеспечение связи вала каждого из пары мотор-редукторов с валом соответствующего парного колеса позволило упростить конструкцию механизма перемещения, автоматизировать процесс перемещения вышечно-лебедочного блока, сократить время на перемещение от скважины к скважине в пределах куста.