СИЛОВОЙ ВЕРТЛЮГ ВЕРХНЕГО ПРИВОДА БУРОВОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к оборудованию для бурения нефтяных и газовых скважин, а также может быть использована в других отраслях, где проводятся спускоподъемные операции в процессе проводки скважин.
Известен вертлюг верхнего привода буровой установки, описанный в п. РФ №2027846 по кл. E21B 19/06, 21/02 «Вертлюг с верхним приводом», з. 03.02.91, оп. 27.01.95.
Известный вертлюг верхнего привода содержит корпус, пустотелый ствол с опорным фланцем, группу радиальных и опорных подшипников, планетарную зубчатую передачу и электродвигатель, отличающийся тем, что он снабжен установленными на корпусе вертлюга двумя асинхронными электродвигателями, реечным механизмом и гидротолкателями, при этом опорный фланец ствола вертлюга имеет зубчатый венец, верхняя часть которого находится в зацеплении с сателлитами планетарной передачи, причем сателлиты установлены в водиле, которое имеет центральное зубчатое колесо, кинематически связанное с установленными на валах асинхронных двигателей зубчатыми шестернями, а реечный механизм размещен в корпусе вертлюга с возможностью периодического взаимодействия с нижней частью зубчатого венца опорного фланца посредством связанных с рейкой гидротолкателей.
Недостатком известного вертлюга является сложность конструкции.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является силовой вертлюг верхнего привода буровой установки, разработанный американской фирмой National Oilwell Varco описанный в технической документации и выбранный в качестве прототипа.
Известный привод содержит адаптер штропов крюка, соединяющий привод с крюком или талевым блоком, силовой вертлюг и трубный манипулятор, направляющую тележку и направляющее устройство.
Силовой вертлюг представляет собой используемый для передачи мощности от гидромоторов к приводной штанге компактный двухступенчатый редуктор с полностью несущим валом приводной штанги.
Силовой вертлюг содержит установленную в корпусе снабженного роликовыми и коническими подшипниками редуктора бурильную штангу с приводом от вала для передачи крутящего момента от гидромоторов на бурильную трубу и восприятия нагрузки бурильной колонны, соединенную с помощью свободно плавающей шламовой трубы с установленным на крышке корпуса редуктора неподвижным гусаком, создающей канал для бурового раствора, при этом в редукторе использована косозубая цилиндрическая зубчатая передача, состоящая из двух мотор-редукторов, одной шестерни понижающей передачи, одной промежуточной шестерни и шестерни главной передачи. Корпус редуктора сверху и снизу закрыт крышками соответственно верхней и нижней зубчатых передач, поверх крышки верхней зубчатой передачи установлена крышка шламовой трубы, на которой размещен гусак. При этом корпус редуктора, крышка шламовой трубы и гусак выполнены методом литья под давлением из стали с толщиной стенок соответственно 15,2 мм (корпус) и 14,3 мм (крышка и гусак), а валы и шестерни зубчатой передачи, которые крепятся на радиально-упорных роликовых и конических подшипниках, изготовлены из стали марки 20ХН2М с объемным калением.
Недостатками известной конструкции являются нетехнологичность изготовления некоторых элементов конструкции и ненадежность работы ряда узлов, обусловленные следующим.
При указанной толщине стенок технология изготовления таких деталей как гусак, корпус редуктора и крышка шламовой трубы методом литья под давлением является весьма сложной и дорогой, а выполнение валов и шестерен зубчатой передачи из стали марки 20ХН2М с применением объемной закалки при работе в условиях Сибири приводит к частым сколам и поломке зубьев передач.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение технологичности изготовления ряда деталей и повышение надежности работы устройства при повышении экономичности изделия в целом.
Поставленная задача решается тем, что в силовом вертлюге верхнего привода буровой установки, содержащем установленную в корпусе редуктора бурильную штангу с приводом от вала, соединенную с помощью свободно плавающей шламовой трубы с неподвижным гусаком, при этом в редукторе для передачи крутящего момента от гидромоторов на бурильную трубу использована косозубая цилиндрическая зубчатая передача, состоящая из двух мотор-редукторов, одной шестерни понижающей передачи, одной шестерни промежуточной передачи и шестерни главной передачи, каждая из шестерен установлена на своем валу в радиально-упорных подшипниках, причем корпус редуктора сверху и снизу закрыт крышками соответственно верхней и нижней зубчатых передач, поверх крышки верхней зубчатой передачи установлена крышка шламовой трубы, на которой размещен гусак, при этом крышка шламовой трубы, корпус редуктора и гусак выполнены из стали с толщиной стенок не менее 14,3 мм методом литья, валы и шестерни зубчатой передачи выполнены из стали, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, корпус редуктора, крышка шламовой трубы и гусак выполнены с толщиной стенок 17-25 мм методом литья в глиняно-песчаные формы, а шестерни и валы зубчатой передачи выполнены из стали марки 18ХГТ с цементацией наружной поверхности.
Увеличение толщины стенок корпуса редуктора, крышки шламовой трубы и гусака до 17-25 мм позволяет при изготовлении улучшить проливаемость стали и применить литье в глиняно-песчаные формы, что упрощает и удешевляет изготовление названных элементов конструкции, а использование в качестве материала для изготовления валов и шестерен зубчатой передачи стали марки 18ХГТ в совокупности с применением последующей цементации наружной поверхности дает возможность получить наружную поверхность указанных деталей твердой и прочной, при том, что сердцевина их остается вязкой, что обеспечивает значительное повышение срока их службы, позволяя в совокупности получить заданный результат.
При этом увеличение толщины стенок указанных деталей увеличивает массу верхнего привода на 3,8%, что незначительно увеличивает нагрузку на опорные поверхности.
Технический результат - упрощение технологии изготовления ряда деталей и повышение срока службы деталей зубчатой передачи.
Заявляемая полезная модель обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение корпуса редуктора, крышки шламовой трубы и гусака с толщиной стенок 17-25 мм методом литья в глиняно-песчаные формы, и выполнение шестерен и валов зубчатой передачи из стали марки 18ХГТ с цементацией наружной поверхности, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.
Полезная модель может найти широкое применение в буровой технике, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежами, которые представлены на:
- фиг.1 - вид спереди силового вертлюга в сборе;
- фиг.2 - вид сбоку силового вертлюга в разрезе;
- фиг.3 - вид силового вертлюга спереди в разрезе;
- фиг.4 - вид сверху силового вертлюга в сборе;
- фиг.5 - вид снизу силового вертлюга в сборе;
- фиг.6 - вид в разрезе части силового вертлюга.
Силовой вертлюг верхнего привода буровой установки (фиг.1, фиг.2) содержит установленную в корпусе 1 редуктора бурильную штангу 2 с приводом от вала 3, соединенную с помощью свободно плавающей шламовой трубы 4 с неподвижным гусаком 5. При этом в редукторе для передачи крутящего момента от гидромоторов на бурильную трубу использована косозубая цилиндрическая зубчатая передача, состоящая из двух мотор-редукторов (на чертежах не показаны), одной шестерни 6 понижающей передачи, одной шестерни 7 промежуточной передачи и шестерни 8 главной передачи. Каждая из шестерен 6, 7, 8 установлена на своем валу 9, 3 и буровой штанге 2 в радиально-упорных подшипниках 10-13. Корпус 1 редуктора сверху и снизу закрыт крышками 14 и 15 соответственно верхней и нижней зубчатых передач. Поверх крышки 14 верхней зубчатой передачи установлена крышка 16 шламовой трубы 4, на которой размещен гусак 5.
При этом корпус 1 редуктора, крышка 16 шламовой трубы и гусак 5 выполнены с толщиной стенок 17-25 мм методом литья в глиняно-песчаные формы, а шестерни 6-8 и валы 2, 3, 9 зубчатой передачи выполнены из стали марки 18ХГТ с цементацией наружной поверхности.
Сборка силового вертлюга осуществляется следующим образом.
В корпус 1 редуктора вставляют бурильную штангу 2 с приводом от вала 3, которая устанавливается на упорный подшипник 17 и подшипник 11. Расстояние между упорным подшипником 17 и бурильной штангой 2 с приводом от вала 3 регулируется с помощью прокладки 19. На бурильную штангу 2 с приводом от вала 3 устанавливаются 2 втулки 20 под подшипник 21. На одну из втулок 20 и в корпус 1 редуктора ставится игольчатый подшипник 21. Втулки 20 под игольчатый подшипник 21 крепятся с помощью посадки с натягом. Игольчатый подшипник 21 закрывается нижней крышкой 18. В нижнюю крышку 18 для предотвращения протечек масла устанавливается нижнее масляное уплотнение 22. Далее устанавливается вал 3, который крепится на радиально-упорные подшипники 13. Затем устанавливается вал 9, который крепится так же на радиально-упорных подшипниках 12 и 13; на валу 9 закреплена с помощью посадки с натягом шестерня 6. В отверстия в корпусе 1 редуктора устанавливаются 2 подшипника 10, на которых крепятся валы 23 - 2 шт. Все радиально-упорные подшипники для устранения люфта регулируются с помощью регулировочных колец 24. В шлицевые отверстия в валах 23 устанавливаются 2 промежуточных вала 25, которые соединяют силовой вертлюг/редуктор с гидромотором и тормозом (на чертежах не показаны). Для предохранения редуктора от пыли и грязи устанавливается крышка 15 нижней зубчатой передачи, которая крепится на винты и шайбы 26 и 27. В резьбовые отверстия в крышке 15 нижней зубчатой передачи устанавливаются пробки 28-30, штифт 31, переходник 32, угольник 33, тройник 34, магнитная пробка 35. Сверху корпус 1 редуктора закрывается крышкой 14 верхней зубчатой передачи, которая крепится с помощью винтов и шайб 26 и 27. В крышку 14 верхней зубчатой передачи устанавливаются пробки 28-30 и, винты 43. На крышку 14 верхней зубчатой передачи устанавливается крышка 16 шламовой трубы. На бурильную штангу 2 с приводом от вала 3 устанавливается плавающая шламовая труба 4, которая крепится с помощью резьбы на штанге и в нижней сальниковой гайке плавающей шламовой трубы 4. Крышка 16 предохраняет плавающую шламовую трубу 4 от загрязнения. Между крышкой 14 верхней зубчатой передачи и плавающей шламовой трубой 4 устанавливается верхнее масляное уплотнение 36 и протектор уплотнения 37. Они предотвращают вытекание смазки от подшипника 10. Сверху на крышку 16 устанавливается гусак 5, который крепится на резьбу в верхней сальниковой гайке плавающей шламовой трубы 4, а так же закрепляется на винт 38, шайбу 39. На трубу 40 одевается гайка 41/3'', а затем труба 40 вкручивается в гусак 5. Также в гусак 5 вкручивается пробка 42 гусака 5.
Силовой вертлюг представляет собой компактный двухступенчатый редуктор с полностью несущим валом приводной штанги и используется для передачи мощности от гидромоторов к приводной штанге.
Он используется следующим образом.
Силовой вертлюг приводится в действие с помощью двух поршневых гидромоторов переменного рабочего объема, установленных на нижнем накладном листе вертлюга (на чертежах не показаны). В редукторе использована косозубая цилиндрическая зубчатая передача. Помимо того, что в редукторе помещаются зубчатые колеса и главный подшипник, он служит также в качестве опоры для консолидации нагрузки и образует траекторию для реактивных нагрузок бурильной колонны. Редуктор снабжен роликовыми и коническими подшипниками, воспринимающими силу трения и осевую нагрузку. Подшипники с роликовыми элементами контролируют центрирование зубчатых передач. Упорный подшипник с коническими роликами в корпусе 1 редуктора воспринимает направленную вниз осевую нагрузку и обеспечивает номинальную грузоподъемность. Это дает возможность объединить в одном устройстве функции вращения и удержания бурильной колонны. Бурильная штанга 2 с приводом от вала 3 передает крутящий момент от гидромоторов на бурильную трубу. Кроме того, штанга 2 воспринимает нагрузку бурильной колонны.
Шламовая труба 4 соединяет вращающуюся бурильную штангу 2 верхнего привода с неподвижным гусаком 5 и создает канал, по которому проходит поток бурового раствора (шлама). Буровой раствор, проходящий через шламовую трубу 4, имеет разную температуру и давление. Его прохождение в широком диапазоне скоростей вращения осуществляется благодаря «свободно плавающей» конструкции шламовой трубы 4.
В сравнении с прототипом заявляемый силовой вертлюг верхнего привода буровой установки является более технологичным в изготовлении и более надежным в работе.