КАРЕТКА УКЛАДЧИКА

Предполагаемая полезная модель относится к области подземного капитального и текущего ремонта нефтяных и газовых скважин. Колтюбинговые установки предназначены для спуска и подъема длинномерных безмуфтовых труб (ДБТ), наматываемых на барабан, оснащенный, в том числе, кареткой укладчика ДБТ. Колтюбинг используется для промывки песчаных, гидратных и парафиновых пробок, а также для геофизических исследований скважин.
Известен укладчик для намотки длинномерных безмуфтовых (стальных) труб на барабан, содержащий привод барабана, ходовой винт, каретку укладчика длинномерных стальных труб на барабан, ролики охвата трубы, устройство для регулировки положения укладчика по высоте относительно барабана и привод ходового винта. Каретка укладчика оборудована двумя парами роликов, одна из которых расположена горизонтально, а другая вертикально. Расстояние между роликами каждой пары в зоне охвата трубы больше, чем наружный диаметр трубы. [Свидетельство на полезную модель РФ №13231, МПК E21B 19/00, от 27.03.2000 г.]
Недостатком известного укладчика для намотки длинномерных стальных труб является отсутствие возможности самостоятельного, без укладчика, перемещения каретки с вертикальной степенью свободы, что снижает надежность и технологические возможности при эксплуатации.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому, является устройство для намотки длинномерной стальной трубы, содержащее барабан, закрепленный на раме, привод барабана, механизм укладки витков трубы, включающий ходовой винт, привод ходового винта, каретку выполненную с возможностью перемещения по ходовому винту, ролики охвата трубы, устройство для регулирования положения механизма укладки витков трубы по высоте, наружный и внутренний манифольды, а также механизм укладки витков трубы, дополнительно содержащий направляющую с корпусом и двумя парами горизонтально расположенных роликов охвата трубы, установленную на каретке с возможностью вертикального перемещения, при этом корпус снабжен системой смазки трубы и механическим счетчиком длины трубы, а на вал барабана установлено устройство для передачи сигнала с геофизического оборудования, расположенного на конце длинномерной стальной трубы, наружный манифольд имеет два входа с кранами, а на конце вала барабана установлен вертлюг, при этом привод барабана выполнен гидравлическим с гидромотором и редуктором с тормозом, а также барабан и механизм укладки витков трубы в транспортном положении прикреплены к раме с помощью талрепов. [Патент на полезную модель РФ №103127, МПК E21B 19/22, от 20.09.2010 г.]
Недостатком известного устройства является возникновение дополнительных изгибающих нагрузок на ДБТ, появляющихся от веса подвижного узла. Вместе с тем, отсутствует устройство компенсации веса подвижного узла, состоящего из каретки, корпуса, направляющей, механического счетчика, системы смазки и других деталей, (например, рукава высокого давления, крепежа и др.), вес которого воздействует на длинномерную стальную трубу с дополнительной изгибающей нагрузкой, что способствует уменьшению периода эксплуатации длинномерной стальной трубы. А также крепление каретки механизма укладки витков в транспортном положении с помощью талрепа, увеличивает трудоемкость подготовки в монтажу на скважине и демонтажу после проведения скважинной операции.
Заявляемая полезная модель направлена на решение задачи создания каретки укладчика колтюбинговой установки, включающей корпус, направляющую, пружину, фиксатор, гайку, ползун, винт, втулку, вилку, корпус роликов, ось, ролики, привод счетчика метража с мерным колесом, механический счетчик метража длинномерной стальной трубы с циферблатом и устройство смазки, повышения надежности работы каретки укладчика, посредством использования угла наклона направляющей, крепление каретки в транспортном положении тангенциальным зажимом и устройством компенсации веса подвижного узла, включающего каретку укладчика.
Заявляемая каретка укладчика, характеризуется достижением технических результатов, объективно проявляющихся при использовании, а именно:
- повышение ресурса эксплуатации ДБТ путем снижения дополнительных изгибающих нагрузок на направляющую с корпусом, появляющихся от результирующей силы реакции опоры в крайних положениях каретки укладчика, при отсутствии ее вертикального перемещения, численное значение угла наклона результирующей силы меньше значения центрального угла конуса трения;
- достижение меньшей трудоемкости подготовки в монтажу на скважине и демонтажу после проведения скважинной операции, посредством использования тангенциального зажима-фиксатора направляющей каретки укладчика;
- повышение периода эксплуатации ДБТ путем компенсации веса подвижного узла, состоящего из каретки, корпуса, направляющей, механического счетчика, системы смазки и других деталей, (например, рукава высокого давления, крепежа и др.), вес которого воздействует на ДБТ с дополнительной изгибающей нагрузкой;
- снижение материальных затрат.
Указанные результаты при использовании заявляемой полезной модели достигаются за счет того, что угол наклона направляющей отличен от вертикального, направляющая имеет тангенциальный зажим-фиксатор и пружину компенсации веса подвижного узла.
Между совокупностью предложенных в заявляемой полезной модели признаков и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
В отличие от аналогов и прототипа, в конструкции заявляемой полезной модели, наличие угла наклона направляющей отличного от вертикального, обеспечивает не только повышение надежности работы при проведении ремонта нефтяных и газовых скважин с применением ДБТ, а также достижение меньшего угла «зоны затрудненного обзора» для машиниста из кабины колтюбинговой установки. Использования тангенциального зажима-фиксатора направляющей каретки укладчика, снижает трудоемкость подготовки в монтажу на скважине и демонтажу после проведения скважинной операции. Наличие пружины компенсации веса подвижного узла способствует повышению периода эксплуатации ДБТ, посредством уменьшения дополнительной изгибающей нагрузки на ДБТ. По совокупности признаков, предложенная каретка укладчика более конкурентоспособна и долговечна, чем аналоги и прототип.
Приведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявления источников, содержащих сведения об аналогах заявляемой полезной модели, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными признакам заявляемой полезной модели, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленная полезная модель «Каретка укладчика» соответствует критерию «новизна», согласно действующего законодательства.
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемой полезной модели «Каретка укладчика», использовано и может быть многократно использовано в производстве и применении кареток укладчиков колтюбинговых установок при проведении ремонта нефтяных и газовых скважин с применением ДБТ, с получением технического результата, заключающегося в повышении надежности и долговечности, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию «промышленная применимость».
Таким образом, приведенная совокупность существенных признаков в заявляемой полезной модели «Каретка укладчика», отсутствует в вышеописанных аналогах и не известна из уровня техники в области нефтегазовой промышленности, в частности, кареток укладчиков колтюбинговых установок, при проведении ремонта нефтяных и газовых скважин, с получением нового полезного технического результата, в связи с чем можно сделать вывод, что заявляемая «Каретка укладчика» соответствует критериям ее патентоспособности.
В графических материалах заявляемой полезной модели представлены рисунки, где на фиг.1 приведен общий вид каретки укладчика, на фиг.2 - разрез А-А; на фиг.3 - сечение Б-Б, на фиг.4 - сечение В-В, на фиг.5 - схема каретки укладчика колтюбинговой установки с наибольшим углом наклона ДБТ выше линии горизонта, на фиг.6 - схема каретки укладчика колтюбинговой установки с наибольшим углом наклона ДБТ ниже линии горизонта.
Сущность заявляемой полезной модели состоит в следующем. Каретка укладчика состоит из корпуса 1, направляющей 2, имеющей кинематическое соединение с корпусом 1 посредством гайки 3, ползуна 4 и винта 5. На верхнем конце направляющей 2 выполнена вилка 6, входящая в шарнирное соединение с корпусом роликов 7, посредством оси 8. Корпус роликов 7 содержит ролики 9, привод счетчика метража 10 и механический счетчик метража 11 длинномерной стальной трубы с циферблатом 12. Длинномерная безмуфтовая труба (ДБТ) 13 контактирует с роликами 9. Корпус 1 расположен на двух направляющих 14, снабженными втулками 15. Нижняя часть направляющей 2 расположена внутри пружины растяжения 16. Верхний торец пружины 16 свободно контактирует с нижним торцем гайки 3, а нижний торец пружины 16 жестко связан с нижним концом направляющей 2. Корпус роликов 7 также снабжен тягой 17, шарнирно удерживающей узел смазки 18 ДБТ 13. Направляющая 2 расположена под углом «а» к линии горизонта, причем, угол наклона направляющей 2 отличен от вертикального положения. Узел смазки 18 содержит две разъемные крышки, внутри которых расположен набор прокладок, пропитанных ингибитором, подводящимся с узлу смазки 18 через рукав высокого давления 19, с подачей ингибитора от насоса 20. Тангенциальный зажим-фиксатор 21 расположен в нижней части гайки 3 и контактирует с наружной поверхностью направляющей 2. Тангенциальный зажим-фиксатор 21 состоит из ручки-винта 22, левой втулки 23, правой втулки 24, пружины 25 и стопорного кольца 26. Между левым торцем стопорного кольца 26 и правым торцем правой втулки 24, имеется зазор «Г» при зажиме направляющей 2.
Работа заявляемой каретки укладчика осуществляется следующим образом.
При работе на скважине, ДБТ 13 от барабана колтюбинговой установки 27 (показана частично), движется к механизму подачи 28 и спускается в устьевую арматуру 29 для подземного капитального и текущего ремонта нефтяных и газовых скважин. Во время работы колтюбинговой установки 27 с наибольшим углом наклона «β» ДБТ 13 выше линии горизонта. При этом, корпус 1 располагается вдоль ДБТ 13 в соответствии с наличием шарнирного соединения с корпусом роликов 7, посредством оси 8. Узел смазки 18 также располагается вдоль ДБТ 13 в соответствии с наличием шарнирного соединения кронштейна 17 с корпусом роликов 7.
При работе по перемотке ДБТ 13 с барабана колтюбинговой установки 27 (показана частично) на транспортный барабан 30 или обратно, угол наклона ДБТ 13 располагается ниже оси горизонта под углом «γ». При этом, корпус 1 располагается в нижнем или транспортном положении, как и вся каретка укладчика.
Угол «α» наклона оси направляющей 2 к линии горизонта рассчитан из соотношения:
а=90°-(β+γ)/2
Угол «а» наклона оси направляющей 2 к линии горизонта иллюстрирован на фиг.1.
+100
В транспортном положении каретка укладчика, в том числе и направляющая 2, фиксируются от осевого перемещения тангенциальным зажимом-фиксатором 21. Соответственно, пружина растяжения 16 находится в растянутом положении. При этом, ручка-винт 22 находится в крайнем положении до упора, а левая втулка 23 и правая втулка 24 контактируют с направляющей 2, удерживая ее в заневоленном положении. Зажим направляющей 2 осуществляется посредством резьбового соединения ручки-винта 22 с правой втулкой 24. Пружина 25 находится с сжатом положении, а между левым торцем стопорного кольца 26 и правым торцем правой втулки 24, имеется зазор «Г». Для разневоливания направляющей 2 при подготовке к монтажу колтюбинговой установки 27 на скважине и демонтажу после проведения скважинной операции и предания направляющей 2 возможности свободного осевого перемещения, ручка-винт 22 переводится в другое крайнее положение до упора, с выбиранием зазора «Г», что соответствует контакту левого торца стопорного кольца 26 с правым торцем правой втулки 24. При этом, угол поворота ручки-винта 22 соответствует значению 200градусов.
При работе на скважине, ДБТ 13 от барабана колтюбинговой установки 27 (показана частично), движется к механизму подачи 28 и ДБТ 13 имеет вертикальное перемещение от начального транспортного положения. Суммарный угол наклона ДБТ 13 относительно линии горизонта соответствует сумме углов: β+γ. В результате вертикального перемещения ДБТ 13 при подъеме укладчика 31 колтюбинговой установки 27, направляющая 2 имеет осевое перемещение, синхронизированное с ДБТ 13, в соответствии кинематической связи ДБТ 13 с роликами 9. В следствии постоянного значения угла «а» относительно корпуса 1 и переменных значений углов «β» и «γ», возникают дополнительные изгибающие нагрузки на ДБТ 13. С целью снижения дополнительных изгибающих нагрузок на ДБТ 13 и повышению ресурса ее эксплуатации, в точке «Д» пересечения оси направляющей 2 с результирующей веса подвижного узла (корпуса 1, направляющей 2, механического счетчика метража 11 и других подвижных узлов и деталей), образуется определенный угол, численное значение которого меньше значения центрального угла конуса трения, вследствие наличия угла «а». Также, увеличение периода эксплуатации ДБТ 13 и снижение дополнительной изгибающей нагрузки посредством компенсации веса подвижного узла (корпуса 1, направляющей 2, механического счетчика метража 11 и других подвижных узлов и деталей), обеспечивается работой пружины растяжения 16, усилие растяжения которой направлено вверх по оси движения направляющей 2.
Таким образом, использование заявленной каретки укладчика, позволяет достичь повышения надежности работы при проведении ремонта нефтяных и газовых скважин с применением ДБТ, посредством применения перемещения каретки по углом, отличном от вертикального, достижение меньшей трудоемкости подготовки в монтажу на скважине и демонтажу после проведения скважинной операции, посредством использования тангенциального зажима-фиксатора направляющей каретки укладчика, а также увеличение периода эксплуатации ДБТ путем компенсации веса подвижного узла, посредством использования пружины растяжения в кинематическом соединении между корпусом каретки и направляющей, а также снижение материальных затрат.
Заявляемая полезная модель каретки укладчика используется колтюбинговой установке, выпускаемой ООО «РГМ-Нефть-Газ-Сервис». Конкурентоспособность и промышленная применимость указанной каретки укладчика колтюбинговой установки, подтверждается наличием постоянного спроса в рыночной нише нефтегазового машиностроения РФ и стран СНГ.