Канатная направляющая для силового вертлюга мобильной буровой установки
CABLE GUIDE FOR POWER SWIVEL OF MOBILE DRILLING UNIT

Изобретение относится к области бурового оборудования, а именно, к устройствам, используемым в составе силовых вертлюгов, устанавливаемых на мобильные буровые установки (МБУ) и предназначенных для текущего и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин.
Силовые вертлюги обеспечивают: - создание крутящего момента и реверсивное вращение бурильной колонны; - свинчивание и развинчивание бурильных труб в процессе спуско-подъемных операций; - торможение, остановку вращения и удержание в заданном положении бурильной колонны. Работа силового вертлюга обусловлена возможностью передачи реактивного крутящего момента от корпуса вертлюга на металлоконструкцию мачты МБУ через направляющую с одновременным вертикальным перемещением вдоль нее вверх-вниз при помощи лебедки талевого блока.
Известны направляющие силового вертлюга, выполненные в виде балки, механически закрепленной к металлоконструкции мачты МБУ (патенты RU 2369713, приоритет 26.12.2007, E21B 3/00); RU 2558871, приоритет 07.07.2014, E21B 3/00). Силовой вертлюг со штропами и средствами подвеса к крюкоблоку с помощью ползуна перемещается по направляющей балке вдоль мачты вверх-вниз за счет лебедки и крюкоблока МБУ. Направляющая вместе с узлами крепления предназначена для обеспечения направленного перемещения вертлюга вверх-вниз, передачи реактивного крутящего момента с корпуса вертлюга через ползун и направляющую на металлоконструкцию мачты. Направляющая - секционного типа. Каждая секция представляет собой металлоконструкцию замкнутого прямоугольного профиля. Фиксация секций в единую направляющую производится путем вставки наконечника нижней секции в нижний паз верхней секции и фиксацией состыкованных секций с помощью пальца. Геометрия соединения наконечника с пазом обеспечивает единую конструкцию и необходимую крутильную жесткость направляющей при передаче крутящего момента от силового вертлюга на металлоконструкцию мачты. Ползун представляет собой несущую трубчатую конструкцию, в поперечном сечении - прямоугольник, разомкнутый по одной из длинных сторон. По всем рабочим поверхностям внутри ползуна установлены и закреплены вкладыши из капролона. Вместо ползуна может применяться каретка - узел, состоящий из рамы, ложемента и 4-6-ти роликовых тележек. Каждая роликовая тележка имеет по 2 ролика ходовых, обеспечивающих перемещение каретки по направляющей, и по одному ролику упорному, ограничивающему возможные перекосы каретки при перемещениях вдоль направляющей.
Достоинством направляющей в виде балки является возможность работы силового вертлюга с большим крутящим моментом, обусловленным прочностными характеристиками направляющей и ползуна.
К недостаткам конструкции можно отнести сложность, трудоемкость и небезопасность монтажа и демонтажа направляющей балки, которые необходимо выполнять каждый раз при развертывании-свертывании работы МБУ с силовым вертлюгом. Операции стыковки выполняются вручную на большой высоте (превышающей длину нижней секции) специально подготовленными монтажниками-высотниками с обязательным привлечением автогидроподъемника АГП (автолюлька), часто в условиях низких температур и при сильных порывах ветра.
Известна канатная направляющая (сайт АО "ПромТехИнвест"; Системы верхнего привода; Вертлюг гидравлический силовой ВГС-100), представляющая собой трос, предназначенный для восприятия реактивного момента силового вертлюга. Верхний конец троса образует петлю с вложенным в нее коушем за счет использования зажимов. Через данную петлю продевается мешкообразная скоба, с помощью которой верхний конец троса (каната оттяжки) подвешивается на верхний узел крепления, закрепленный на мачте МБУ. Нижний конец каната оттяжки аналогично верхнему образует петлю с вложенным в нее коушем за счет использования зажимов. Далее петля заводится в одну из вилок талрепа и фиксируется пальцем. Другая вилка талрепа стыкуется с соединительным звеном, к которому одним концом присоединена цепь. На другом конце этой цепи также находится соединительное звено, через которое продета еще одна мешкообразная скоба, посредством которой цепь крепится к кронштейну анкерной трубы. Кроме того, к последней мешкообразной скобе через еще одно соединительное звено одним концом крепится цепь, а на ее другом конце через соединительное звено установлен укорачивающий крюк. Цепь необходимо закрепить в качестве оттяжки, препятствующей провороту анкерной трубы относительно своей оси во время работы силового вертлюга. Регулировка натяжения каната оттяжки осуществляется изменением длины цепи и талрепом.
К канату оттяжки прилагается комплект средств крепления, обеспечивающих его крепление к мачте МБУ. Средства крепления каната оттяжки на мачте МБУ включают: страховочный канат, узел крепления верхний, узел крепления нижний.
Страховочный канат предназначен для дополнительного крепления балки, узла крепления верхнего, к подкронблочному основанию мачты МБУ. Это техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатками канатной направляющей являются: ограничение крутящего момента силового вертлюга из-за упругости троса и значительных угловых (крутильных) колебаний вертлюга; необходимость установки элементов конструкции - средств крепления троса на корпусе противовыбросового оборудования скважины, что не соответствует предъявляемым требованиям безопасности, установленным в нефтегазовой промышленности.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании канатной направляющей для силового вертлюга, обладающей улучшенными эксплуатационными показателями.
Технический результат заключается:
- в повышении угловой (крутильной) жесткости канатной направляющей,
- в снижении ограничений по передаваемому крутящему моменту за счет уменьшения угловых колебаний силового вертлюга во время работы,
- в обеспечении возможности установки средств крепления тросовой оттяжки при соблюдении требований безопасности в нефтегазовой промышленности,
- в обеспечении минимальной трудоемкости монтажа-демонтажа силового вертлюга на МБУ.
Поставленная задача решается следующим образом.
Канатная направляющая для силового вертлюга мобильной буровой установки содержит направляющую, связанную с вертлюгом, узлы верхнего и нижнего крепления направляющей, закрепленные на мачте, узел регулировки натяжения троса, отличается тем, что:
- она выполнена в виде двух симметрично расположенных относительно оси мачты тросов, установленных параллельно оси скважины,
- тросы проходят через скобы, установленные на концах рычагов, закрепленных на корпусе силового вертлюга, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения по тросам,
- верхние концы тросов выполнены в виде петель, в которые вложены коуши, зафиксированные зажимами, через упомянутые петли продеты мешкообразные скобы, посредством которых тросы подвешены на верхние узлы крепления к мачте,
- нижние концы тросов пропущены через роликовые узлы, которые установлены в рычагах, прикрепленных к рабочей площадке мачты и через опоры с сошниками к грунту,
- нижние концы выполнены в виде петель, в которые вложены коуши, зафиксированные зажимами, петли заведены в вилки талрепов и зафиксированы пальцами, а противоположные вилки талрепов состыкованы соединительными звеньями с цепями, на другом конце которых выполнены соединительные звенья, посредством которых цепи крепятся к рычагам.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1а - приведен вид спереди мачты с силовым вертлюгом и двумя тросами (канатной направляющей), на фиг. 1б - увеличенный чертеж верхнего узла крепления троса, на фиг. 1в - вид слева фиг. 1а, на фиг. 1г - увеличенный чертеж нижнего узла крепления троса.
На фиг 2а - вид сверху фиг. 1в, на фиг. 2б - увеличенный чертеж узла грубой регулировки натяжения троса, на фиг. 2в - увеличенный чертеж нижнего узла крепления троса.
На фиг. 3а - вид спереди верхнего узла крепления тросов, на фиг. 3б - вид слева верхнего узла крепления тросов.
На фиг. 4а - вид слева нижнего узла крепления троса, на фиг. 4б - вид спереди нижних узлов крепления тросов.
Канатная направляющая представляет собой два троса 1, предназначенных для восприятия реактивного момента от вертлюга 2 посредством двух симметрично расположенных на вертлюге 2 рычагов 3, на концах которых установлены скобы 4, через которые пропущены тросы 1 (для оттяжки).
Верхние концы тросов 1 выполнены в виде петель 5, в которые вложены коуши 6, зафиксированные зажимами 7. Через петли продеты мешкообразные скобы 8, с помощью которых верхние концы тросов 1 оттяжки подвешивают на верхние узлы крепления 9, закрепленные на мачте МБУ 10. Тросы 1 оттяжки установлены параллельно оси скважины 11, нижний конец каждого троса 1 пропущен через ролик 12 и узел нижнего крепления 13.
Аналогично верхним концам тросов на нижних концах образованы петли 14 с вложенными в них коушами 15, зафиксированные зажимами 16. Каждая из петель 14 заведена в одну вилку талрепа 17 и зафиксирована пальцем 18. Другая вилка талрепа 17 состыкована с соединительными звеньями 19 (фиг. 2а), к которым одним концом пристыкована цепь 20. На другом конце цепи 20 выполнены соединительные звенья 21, посредством которых цепь крепится неподвижно к нижним креплениям 13.
Грубую регулировку троса осуществляют натяжением цепи 20 через соединительные звенья 22, которые одним концом закреплены к неподвижной опоре нижнего крепления 13. На другом конце цепи 20 через соединительные звенья установлены укорачивающие крюки 23.
Полную регулировку натяжения тросов 1 оттяжки осуществляют изменением длины цепей 20 и талрепами 17.
Тросы 1 оттяжки устанавливают и крепят на мачте МБУ 10 за счет средств крепления, которые включают: страховочные канаты 24, узлы крепления верхние 9, узлы крепления нижние 13. Страховочные канаты предназначены для дополнительного крепления верхнего узла крепления к подкронблочному основанию мачты МБУ.
Узел крепления верхний 9 (фиг. 3 а, б) содержит балку 25, соединенную с тросом оттяжки 1, прижимы 26, шпильки 27 и гайки 28, посредством которых балка 25 крепится к мачте 10.
Узел крепления нижний 13 (фиг. 4 а, б) содержит рычаг 29, ролик 12, опору 30 с сошниками 31, а также кронштейн 32. Опора 30 крепится шарнирно к рычагу 29 с помощью пальца 33, а кронштейн 32 - с помощью пальца 34. Сошники 31 обеспечивают фиксацию рычага 29 относительно грунта, а палец 35 - фиксацию кронштейна 32 относительно рабочей площадки МБУ.
При этом использование автогидроподъемника не требуется, а процесс инсталляции направляющей осуществляют с минимальной трудоемкостью и максимальной скоростью. Монтаж двух верхних узлов крепления и стыковка к ним тросовых оттяжек производится только один раз - при первой установке силового вертлюга на МБУ. Последующие монтажно-демонтажные работы включают в себя только подвес силового вертлюга на крюкоблок МБУ и привязку нижних узлов крепления тросовых оттяжек к рабочей площадке МБУ с регулировкой натяжения тросов.
Изобретение просто в изготовлении, не требует применения специального оборудования и может быть использовано в мобильных буровых установках, предназначенных для текущего и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин.