БУРОВАЯ УСТАНОВКА С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ МЕХАНИЗМОМ ВЫРАВНИВАНИЯ
HYDRAULIC RIG LEVELING MECHANISM

Изобретение относится к нефтегазопромысловому машиностроению, в частности к производству буровых установок для кустового строительства нефтяных и газовых скважин, оснащенных механизмами выравнивания и перемещения по двум параллельно расположенным направляющим, которые, как правило, размещаются на насыпных площадках. Сезонные изменения податливости грунта приводят к проседанию направляющих и, как следствие, к наклону вышки, установленной на основании вышечно-лебедочного блока (ВЛБ). При достижении критического угла наклона вышки, определяемого условиями сборки резьбовых соединений бурильных и обсадных труб, рабочую площадку основания вместе с вышкой приводят в исходное горизонтальное положение специальной системой выравнивания основания, которая в определенной степени взаимосвязана с системой передвижки буровой установки.
Выполнение операции выравнивания, включая передвижку буровой установки на новую точку бурения, выполняется специализированной монтажной службой по запросу буровой бригады. Выполнение этих работ занимает значительное время в цикле строительства скважин. Одним из основных направлений в сокращении времени на выполнение этих операций является совершенствование системы выравнивания и перемещения ВЛБ и, в том числе, конструкции гидравлических домкратов и способов фиксации основания в заданном положении.
Наиболее близким к заявленной конструкции является «Передвижная буровая установка», патент на полезную модель RU 51099 Е21В 43/30, который принят в качестве прототипа. К недостаткам этого решения следует отнести наличие устройства выравнивания, которое по конструктивному исполнению аналогично известной конструкции Уральского завода тяжелого машиностроения («УЗТМ») [1, 2], которая принята в качестве прототипа.
Особенность указанных конструкций состоит в том, что выравнивание ВЛБ выполняется гидравлическими домкратами двухстороннего действия, которые подвешены на кронштейнах с симметричным расположением относительно рамы двухколесной тележки. Каждый из домкратов размещен в цилиндрической расточке кронштейна. В исходном положении домкрат свободно подвешен в расточке кронштейна, который закреплен к колесной тележке основания. В нижней части штока домкрата размещена пята, снабженная сферическим шарниром, который обеспечивает плоскостное прилегание к полкам направляющей. После выполнения операций выравнивания и фиксации ВЛБ в заданном положении шток с опорой поднимается обратным ходом поршня и подвешивается к проушинам на гидроцилиндре установкой пальца в совмещенные отверстия. Фиксация ВЛБ в заданном положении и передача рабочей нагрузки на направляющие осуществляется винтовыми опорами, которые симметрично расположены с противоположной стороны рамы тележки. Корпус винтовой опоры жестко закреплен к раме тележки, а нижняя часть винта имеет сферическую опору и рукоятки для вращения винта вручную до упора пяты в поверхность полки направляющей. Применительно к существующей конструкции механизма передвижения с расположением рельса по центру направляющей в каждой из четырех тележек размещено по 4 винтовых опоры и по 2 домкрата, что в целом по ВЛБ составляет 24 узла.
К недостаткам рассматриваемых конструкций относятся:
- большое число ручных операций по обслуживанию домкратов и винтовых опор;
- опорные поверхности механизма выравнивания смещены от центра тумбы направляющей, где размещается рельс для колес механизма передвижения, что создает в поперечном сечении тумбы три независимых силовых потока, которые обуславливают нерациональное использование несущей способности тумбы, что отражается в величине их металлоемкости;
- отсутствует защита резьбы винтовых опор от грязи и влаги, что создает дополнительное сопротивление при вращении винта, особенно в зимнее время.
Цель изобретения состоит в разработке устройства, обеспечивающего выполнение функций выравнивания и фиксации в заданном положении, а также подвески домкрата при передвижке, в одной конструктивной сборке с обеспечением минимизации числа операций и трудоемкости по обслуживанию и подготовке к работе.
Технический результат при реализации изобретения заключается в следующем:
- снижение числа применяемых узлов для выравнивания ВЛБ при прочих равных условиях исполнения направляющих;
- снижение числа ручных операций по обслуживанию домкрата с уменьшением физических усилий для их выполнения;
- защита всех подвижных частей от попадания грязи и влаги;
- фиксация штока в заданном положении при выравнивании ВЛБ за счет вращения опорной гайки с минимальными затратами усилий и времени;
- подъем и автоматическая фиксация штока при передвижке с последующим возвратом в рабочее положение;
- снятие и замена домкрата с кронштейном без его разборки;
- возможность размещения опорной пяты как на полках направляющей, так и по центру рельса.
Поставленная задача достигается за счет того, что в буровой установке, содержащей ВЛБ и модули эшелона с колесами на подшипниках качения с гидравлическими домкратами механизма толкания, выравнивание ВЛБ осуществляется подвешенными на кронштейнах комплексными домкратами. Каждый из домкратов снабжен механическим устройством фиксации, состоящим из штока, нижняя часть которого снабжена резьбой определенной длины взаимодействующей с резьбовой втулкой, встроенной в опорную гайку, для перемещения вращением до упора в сборку корпуса гидроцилиндра в заданном положении выдвижения штока для передачи рабочей нагрузки через шток и шаровое соединение шток-пята на полку балки направляющей. Домкрат дополнительно снабжен двумя автоматическими защелками шарового типа, закрепленными на гидроцилиндре с возможностью удержания сборки штока в поднятом состоянии по отношению к направляющей при выполнении операции перемещения буровой установки на новую точку бурения. Резьбовая часть штока закрыта гофрированным чехлом, закрепленным с одной стороны к гайке, а с другой - к фланцу со стороны шаровой опоры штока.
Новая конструкция буровой установки с механизмом передвижения и выравнивания (МПВ), включающая подвесные домкраты, иллюстрируется следующими чертежами:
фиг. 1 - общий вид сборочных компонентов основания ВЛБ;
фиг. 2 - общий вид тележки с основными компонентами сборки;
фиг. 3 - общий вид сборки домкрата с кронштейном;
фиг. 4 - общий вид домкрата в сборе с кронштейном в разрезе;
фиг. 5 - общий вид домкрата в сборе с кронштейном в разрезе в исходном (сжатом) состоянии;
фиг. 6 - общий вид домкрата в сборе с кронштейном в разрезе в рабочем положении (полное выдвижение штока) с указанием выносных элементов для масштабирования;
фиг. 7 - выносной элемент «А» сборки шарового фиксатора в разрезе;
фиг. 8 - выносной элемент «В» узла сборки штуцера для подвода рабочей жидкости к поршневой полости гидроцилиндра;
фиг. 9 - выносной элемент «Б» узла сборки штуцера для подвода рабочей жидкости к нижней (штоковой) полости гидроцилиндра;
фиг. 10 - узел опорной пяты домкрата в контакте с полками.
Система выравнивания ВЛБ буровой установки устроена следующим образом.
На фиг. 1 показан общий вид нижней части ВЛБ, который включает:
1 - поперечные балки (лонжероны) ВЛБ,
2 - колесную тележку с встроенными механизмами выравнивания ВЛБ (правое и левое исполнение),
3 - балку направляющей (тумбу) с двумя продольными рельсами для колес тележек ВЛБ и модулей эшелона (правое и левое исполнение),
4 - механизм толкания (четыре гидроцилиндра с каретками).
Колесная тележка на фиг. 2 состоит из рамы 5, колесных блоков 6 и сборки кронштейнов с домкратами 7, которые размещены двумя группами (четыре сборки с каждой из сторон рамы).
На фиг. 3 показан в изометрии общий вид сборки кронштейна 8 и подвесного домкрата 9.
Цилиндро-поршневая группа домкрата двухстороннего действия (фиг. 4) состоит из гидроцилиндра 12, поршня 10 и штока 11. Верхняя часть штока имеет цилиндрическую поверхность, которая формирует совместно с поршнем 10 гидроцилиндром 12 и нижней направляющей втулкой 13, включая уплотнения и центрирующую втулку 14, нижнюю полость для подъема штока в верхнее положение. Нижняя цилиндрическая часть поверхности штока 11 имеет резьбу, на которой размещается резьбовая втулка 17, встроенная в корпус опорной гайки 15.
Нижняя торцевая часть штока 11 выполнена в виде внешней шаровой поверхности, которая опирается на внутреннюю шаровую поверхность пяты 20. Соединение пяты 20 с шаровой частью штока 11 обеспечивается разрезной крышкой 21 с болтовым закреплением к пяте 20.
Торец гидроцилиндра 12 закрыт крышкой 25 с использованием резьбового соединения. Внешняя поверхность крышки 25 имеет сферическую поверхность для контакта с плоской поверхностью рамы тележки без передачи изгибающего момента на сборку гидроцилиндра. Для герметизации крышки 25 в торце гидроцилиндра 12 предусмотрена канавка для укладки уплотнения 34 (фиг. 8). Крышка 25 снабжена цилиндрическим кожухом 35 для защиты зазора между внешней поверхностью гидроцилиндра 12 и расточкой кронштейна 8 от попадания влаги и грязи. Зазор между расточкой кронштейна 8 и наружной поверхностью гидроцилиндра 12 контролируется антифрикционными направляющими 37. В верхней и нижней части гидроцилиндра 12 встроены штуцеры 36 (фиг. 8) и 40 (фиг. 9) для подвода рабочей жидкости в полости гидроцилиндра 12.
Поршень 10 соединен со штоком 11 резьбовой расточкой с уплотнительным пояском. Поверхность контакта поршня 10 с рабочей поверхностью гидроцилиндра 12 снабжена уплотнением и центрирующей антифрикционной втулкой 38 (фиг. 39).
Для защиты открытой резьбовой части штока (фиг. 4) от попадания пыли и грязи домкрат снабжен гофрированным кожухом 16, который вращается вместе опорной гайкой 15. Нижняя часть кожуха 16 закреплена к свободно вращающемуся фланцу 18, который зафиксирован от вертикального перемещения пазом во втулке 19, закрепленной к штоку с помощью резьбовой расточки, что обеспечивает полное перекрытие резьбы в любом положении фиксации штока гидроцилиндра 11.
Подвесной домкрат 9 (фиг. 9) снабжен автоматическим устройством фиксации штока в верхнем положении, который состоит их двух сборок шаровых фиксаторов 22 (фиг. 4), которые симметрично закреплены к втулке 13 с помощью болтового соединения 23 и цилиндрического штифта 24. Сборка шарового фиксатора 22 (фиг. 7) состоит из корпуса 26, толкателя 27, набора тарельчатых пружин 28, втулки 29, нажимного болта 30, кожуха 31, седла 32 и шара 33.
Шаровая пята 20 (фиг. 10) снабжена прорезью для обеспечения контакта с полками направляющей балки 3 (фиг. 1) при расположении по центру профиля рельса 42 (фиг. 10). Высота и ширина рельса 42 определяется профилем опорной поверхности колеса 41, включая размеры реборды.
Работа механизма выравнивания во взаимодействии с механизмом передвижения осуществляется в следующей последовательности: выравнивание в процессе бурения, передвижка на новую точку бурения и выравнивание на новой точке бурения.
Исходным этапом для выравнивания в процессе бурения является состояние, при котором рабочая нагрузка от ВЛБ передается на шаровую пяту 20 через сборку гидроцилиндра и опорную гайку 15, находящуюся на резьбовой части штока 11. При подаче рабочей жидкости в управляемую группу из четырех домкратов 7 (фиг. 2) с каждой из сторон колесных блоков произойдет выдвижение штоков для создания нового положения ВЛБ, обеспечивающего вертикальность вышки. В результате выдвижения штока между гайкой 15 и нижней направляющей втулкой 13 сборки гидроцилиндра появится зазор, который устраняется вращением опорной гаки до упора в направляющую втулку. После сброса давления в рабочей полости гидроцилиндра силовой поток от ВЛБ будет передаваться на шаровую пяту 20 через механические компоненты сборки, т.е. через сборку гидроцилиндра, опорную гайку и шток.
Этап передвижки ВЛБ начинается с подачи рабочей жидкости под давлением во все гидроцилиндры механизма передвижения для разгрузки опорных гаек 15. Все опорные гайки вращением вручную перемещаются по резьбовой части штока 11 в нижнее положение до упора в поворотную втулку 19. Поэтапным сбросом рабочей жидкости из гидроцилиндров ВЛБ опускается до соприкосновения колес механизма передвижения с поверхностью рельсов. Подачей рабочей жидкости в нижнюю полость гидроцилиндров производится подъем сборки штока с шаровой пятой до положения, при котором автоматически срабатывают шаровые защелки 22 и удерживают сборку штока в подвешенном состоянии на период передвижки после сброса давления в гидроцилиндрах. Величина подъема шаровой пяты (фиг. 10) рассчитана на обеспечение условия, когда боковая поверхность рельса 42 становится направляющей для прорези в шаровой пяте и не допускают разворота пяты 20 относительно рельсов.
Фиксация штока в поднятом положении осуществляется автоматически шаровой защелкой 22, которая входит в контакт с коническими поверхностями «q» опорной гайки 15 (фиг. 7). Углы контакта конических поверхностей выбираются из условия удержания всей сборки штока на период передвижки. Выдвижение штока 11 сопровождается выходом из состояния подвески на шаровых фиксаторах 22. При вращении опорной гайки до упора в направляющую втулку сборки гидроцилиндра фиксация восстанавливается.
Источники информации
1. В.Г. Колчерин, А.И. Ильиных, В.Г. Грамолин. Новое поколение буровых установок завода «Уралмаш» в Западной Сибири. ОАО «Сургутнефтегаз». Рекламно-издательский информационный центр «Нефть Приобья». 2001 г. Стр. 266-268.
2. Буровые комплексы. Современные технологии и оборудование. Под общей редакцией А.М. Гусмана и К.П. Порожского. Научное издание. Екатеринбург, УГТА, 2002 г. Стр. 386-388.