САМОМОНТИРУЮЩИЙСЯ КОЗЛОВОЙ КРАН
SELF-MOUNTING GANTRY CRANE

[0001]
Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США № 62/670,913, озаглавленной «GANTRY CRANE FOR TRAIN RIG», поданной 14 мая 2018 г., содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002]
Передвижные краны, применяемые для монтажа установки для бурения нефтяных скважин, предназначены для монтажа скважинного оборудования и перемещения оборудования с одного места на другое. Стандартная конструкция подвижного крана предполагает его размещение на различных площадках для сооружения установок для бурения нефтяных скважин в качестве независимого блока, который должен быть самостоятельно построен на площадке. Использование подвижных кранов требует многочисленных перемещений кранов во время всех процессов и операций по монтажу и демонтажу буровых установок, которые занимают очень много времени и требуют отведения домкратных рычагов и цилиндров, отведения стрелы, перемещение, размещение, подготовку устойчивой домкратной площадки, поддомкрачивание крана и т. д. Из-за изменяющихся поверхностных условий могут возникать ситуации, когда краны застревают в грязи или подготовка устойчивых домкратных площадок требует больших затрат времени и материалов.
[0003]
Кроме того, в зависимости от массы отдельных контейнерных элементов необходимы краны с различной грузоподъемностью. В некоторых случаях на конкретном участке недостаточно кранов с требуемой грузоподъемностью. Это может либо приводить к задержкам, либо создавать опасные ситуации при использовании оборудования, не предназначенного для выполнения определенных задач, вследствие сжатых сроков. Из-за размера и массы кранов транспортировка полностью смонтированного крана с одной площадки на другую является практически нецелесообразной. Затраты времени и средств, связанные с эксплуатацией таких подвижных кранов, являются относительно высокими, и требуется более эффективное решение.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004]
Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к системе козлового крана для установки для бурения нефтяных скважин. Система содержит подкрановую балку, имеющую первый конец и второй конец, причем подкрановая балка поддерживает массу груза для перемещения груза от первого конца ко второму концу. Подкрановая балка имеет первую сторону и вторую сторону. Система содержит первый опорный рычаг, имеющий проксимальный конец и дистальный конец, причем проксимальный конец соединен с возможностью поворота с первым концом и проходит вниз к первой стороне подкрановой балки; второй опорный рычаг, имеющий проксимальный конец и дистальный конец, причем проксимальный конец соединен с возможностью поворота со вторым концом и проходит вниз к первой стороне подкрановой балки; третий опорный рычаг, имеющий проксимальный конец и дистальный конец, причем проксимальный конец соединен с возможностью поворота с первым концом и проходит вниз к первой стороне подкрановой балки; и четвертый опорный рычаг, имеющий проксимальный конец и дистальный конец, причем проксимальный конец соединен с возможностью поворота со вторым концом и проходит вниз ко второй стороне подкрановой балки. Система также содержит колесные соединительные устройства, прикрепленные к дистальным концам опорных рычагов и выполненные с возможностью перемещения по рельсам, которые проходят в направлении, поперечном подкрановой балке. Опорные рычаги и подкрановая балка выполнены с возможностью перемещения вдоль рельсов. Система также содержит подъемное устройство, функционально соединенное с подкрановой балкой и выполненное с возможностью подъема и опускания подкрановой балки. Опорные рычаги вращаются относительно подкрановой балки и рельсов по мере подъема и опускания подкрановой балки подъемным устройством.
[0005]
В дополнительных вариантах осуществления настоящее изобретение относится к козловому крану для установки для бурения нефтяных скважин, содержащему два параллельных рельса, проходящих вдоль пути между рабочими площадками на установке для бурения нефтяных скважин, и множество колесных соединительных устройств, выполненных с возможностью перемещения по рельсам. Колесные соединительные устройства расположены парами, перемещающимися по двум параллельным рельсам. Козловой кран также содержит множество опорных рычагов, соединенных с колесными соединительными устройствами посредством шарнира, который обеспечивает вращение опорных рычагов относительно колесных соединительных устройств, и подкрановую балку, соединенную с опорными рычагами напротив колесных соединительных устройств. Опорные рычаги могут вращаться относительно подкрановой балки. Козловой кран дополнительно содержит подъемное устройство, соединенное с подкрановой балкой и выполненное с возможностью подъема и опускания подкрановой балки путем перемещения вверх и вниз. Перемещение подъемного устройства вверх и вниз приводит к вращению опорных рычагов относительно колесных соединительных устройств и подкрановой балки таким образом, что пары колесных соединительных устройств перемещаются друг к другу и друг от друга вдоль рельсов, а подкрановая балка остается в горизонтальном положении, причем подкрановая балка, опорные рычаги и колесные соединительные устройства выполнены с возможностью одновременного перемещения как единое целое вдоль рельсов.
[0006]
Дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к способу эксплуатации козлового крана на установке для бурения нефтяных скважин, включающему размещение тумб на поверхности земли, размещение рельс на тумбах, причем рельсы являются параллельными и проходят между рабочими площадками на установке для бурения нефтяных скважин, а также размещение подкрановой балки, поддерживаемой подъемной конструкцией на рельсах. Подъемная конструкция выполнена с возможностью подъема и опускания подкрановой балки. Способ также включает перемещение подкрановой балки и подъемной конструкции вдоль рельс между рабочими площадками на установке для бурения нефтяных скважин и управление подкрановой балкой в качестве крана для выполнения нефтепромысловых работ, таких как монтаж буровых установок, демонтаж буровых установок и спуск-подъем труб.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0007]
На Фиг. 1 изображен самомонтирующийся кран в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0008]
На Фиг. 2 представлен вид рельс и тумб в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0009]
На Фиг. 3 изображены подъемные устройства в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0010]
На Фиг. 4 изображена крановая балка, прикрепленная к подъемным устройствам.
[0011]
На Фиг. 5 изображены опорные рычаги, прикрепленные к рельсам посредством колесных соединительных устройств и к крановой балке посредством шарнирных соединительных устройств в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0012]
На Фиг. 6 показаны подъемные устройства, начинающие свое движение вверх, поднимая крановую балку вверх от рельсов, что приводит к вращению опорных рычагов относительно колесных соединительных устройств и шарнирных соединительных устройств в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0013]
На Фиг. 7 показан кран в смонтированном состоянии с полностью поднятыми подъемными устройствами и крановой балкой, расположенной в ее самой высокой точке в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0014]
На Фиг. 8 и 9 представлены виды сбоку крана в полуподнятом и полностью поднятом положении, соответственно, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0015]
На Фиг. 10 представлен вид сбоку подъемного устройства в различных состояниях между сложенным и раздвинутым положениями в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0016]
На Фиг. 11 представлен вид в изометрии подъемного устройства, показанного на Фиг. 10, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0017]
На Фиг. 12 показан кран в соответствии с дополнительными вариантами осуществления настоящего изобретения.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0018]
Ниже приведено подробное описание в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения. Системы и способы по настоящему изобретению могут заменить подвижные краны для монтажа и демонтажа модульных контейнерных буровых установок эшелонного типа и, таким образом, сделать операции монтажа и демонтажа более безопасными и быстрыми. Бурение нефтегазовых скважин выполняется с буровой установки, установленной на буровой площадке. Каждая буровая площадка обеспечивает бурение множества скважин. Часто площадку сооружают из большого количества неуплотненного песка для поднятия поверхности, как правило, выше уровня воды, которая будет присутствовать в теплое время года. Поверхность буровой площадки достаточно ровная и горизонтальная. Буровую установку со всем ее оборудованием, как правило, сооружают в виде эшелона, перемещающегося по рельсам. Рельсы опираются на длинные и широкие наземные опорные конструкции, иногда называемые «тумбами», которые поддерживают и распределяют массу буровой установки и вспомогательного оборудования по большей поверхности таким образом, чтобы неуплотненный грунт мог поддерживать массу.
[0019]
Буровая установка в сборе может содержать центральный блок и вспомогательную секцию, которые могут включать в себя систему промывки буровым раствором, насосную систему, систему управления электроснабжением, систему регулирования давления и т. д. Такая вспомогательная секция является относительно длинной. Ее длина может составлять даже до 50 метров. Вспомогательная секция может состоять из множества механических элементов, прикрепленных друг к другу и надлежащим образом поддерживаемых как одно целое. Данная вспомогательная секция и центральный блок могут быть оснащены колесами для перемещения буровой установки по рельсам на другие местоположения скважин.
[0020]
На Фиг. 1 изображен самомонтирующийся кран 100 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Кран 100 поддерживается рельсами 102 на земле. Во многих случаях земля, на которой должен использоваться кран, является неустойчивой для поддержания массы рельсов и крана, поэтому рельсы 102 устанавливают на тумбы 104, представляющие собой наземные конструкции, изготовленные их металлического материала и имеющие ширину, достаточную для распределения массы по большей поверхности для поддержания рельсов 102. Песок или грунт могут быть размещены на земле для создания поверхности для тумб 104 и рельсов 102. Тумбы 104 могут представлять собой модульные блоки, соединенные между собой для образования опоры для длины рельсов, которая требуется на конкретной буровой площадке. При необходимости может быть предусмотрено любое число рельсов. В данном примере два рельса расположены на расстоянии друг от друга и параллельно третьему, центральному рельсу 106. В некоторых вариантах осуществления расстояние между рельсами 102 больше длины грузовика 108, показанного здесь для справки. Другие варианты осуществления могут иметь рельсы и установки меньшего или большего размера. Грузовик 108 может заезжать на место для доставки полезного груза к крану 100.
[0021]
Кран 100 содержит колесные соединительные устройства 110, которые имеют колеса, выполненные с возможностью перемещения по рельсам 102. В показанном варианте осуществления предусмотрено четыре таких колесных соединительных устройства 110; по два на каждый рельс. Колесные соединительные устройства 110 также могут содержать шарнир 112. Опорный рычаг 114 присоединен к шарниру 112 для обеспечения вращения относительно колесного соединительного устройства 110 из нижнего положения, в котором опорный рычаг 114 расположен по существу параллельно рельсу 102, в поднятое положение, как показано здесь. На верхнем конце опорного рычага 114 расположено шарнирное соединительное устройство 116 и крановая балка 118, соединенная с возможностью поворота со всеми четырьмя шарнирными соединительными устройствами 116. Крановая балка 118 является по существу плоской и может быть достаточно большой для перекрытия рельсов и обеспечения поддержки для крана, который будет свисать с балки 118. Элементы крана, такие как крюк или другие крепежные средства и двигатель для перемещения крюка в поперечном направлении между рельсами, подробно не показаны, чтобы не закрывать аспекты настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления может быть четыре шарнирных соединительных устройства 116, в то время как в других вариантах осуществления одно шарнирное соединительное устройство с каждой стороны может обеспечивать такие же функциональные возможности.
[0022]
Опорные рычаги 114 выполнены с возможностью поворота относительно колесных соединительных устройств 110, а шарнирные соединительные устройства 116 обеспечивают возможность подъема и опускания крановой балки 118. Колесные соединительные устройства на каждом рельсе могут перемещаться друг от друга и друг к другу для опускания и подъема, соответственно, крановой балки 118. Кран 100 содержит фиксирующий элемент 117, который соединен между опорными рычагами 114 для фиксации крана 110 в определенном положении и предотвращения подъема и опускания, пока фиксирующий элемент 117 не будет отсоединен. Смонтированный кран 100 может быть перемещен вдоль рельсов 102 для обслуживания большой площади вдоль рельсов на буровой площадке. При необходимости кран 100 также может быть перемещен в опущенном состоянии. Кран 100 может быть достаточно большим, чтобы его можно было использовать для монтажа буровых установок, демонтажа буровых установок, а также для других задач на буровой площадке, таких как спуск-подъем труб.
[0023]
На Фиг. 2-7 изображен кран 100 на различных этапах сборки. На Фиг. 2 представлен вид рельсов 102 и тумб 104. Тумбы 104 могут быть модульными и, таким образом, могут быть собраны при необходимости до желаемой длины. Центральный рельс 106 может использоваться по желанию. Может использоваться любое число рельсов и тумб. В некоторых вариантах осуществления вместо тумб могу быть установлены шпалы, если позволяют грунтовые условия.
[0024]
На Фиг. 3 изображены подъемные устройства 120 в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Подъемные устройства 120 представляют собой раздвижные блоки, выполненные с возможностью соединения с рельсами 102. В некоторых вариантах осуществления подъемные устройства 120 способны перемещаться вдоль рельсов 102. В других вариантах осуществления подъемные устройства 120 прикреплены в определенном месте рядом с рельсами 102. Подъемные устройства 120 могут быть относительно компактными для упрощения транспортировки. В некоторых вариантах осуществления подъемные устройства 120 имеют длину менее двенадцати метров (измеренную в направлении рельсов), высоту три метра и ширину три метра. Подъемные устройства 120 могут раздвигаться для подъема крана из опущенного положение в поднятое положение, такое, как показано на Фиг. 1. На Фиг. 4 изображена крановая балка 118, прикрепленная к подъемным устройствам 120. На Фиг. 5 изображены опорные рычаги 114, прикрепленные к рельсам посредством колесных соединительных устройств 110 и к крановой балке 118 посредством шарнирных соединительных устройств 116. Теперь кран находится в компактном положении, подходящем для транспортировки вдоль рельсов 102. На Фиг. 6 показаны подъемные устройства 120, начинающие свое движение вверх, поднимая крановую балку 118 вверх от рельс 102, что приводит к вращению опорных рычагов 114 относительно колесных соединительных устройств 110 и шарнирных соединительных устройств 116. В некоторых вариантах осуществления подъемные устройства 120 зафиксированы в определенном месте на рельсах 102 или тумбах 104 таким образом, что подъемные устройства 120 не перемещаются вдоль рельсов 102 во время операции подъема. В других вариантах осуществления опорные рычаги 114 на одной из сторон могут быть зафиксированы на рельсах 102, а другая сторона и подъемные устройства 120 перемещаются к зафиксированной стороне при подъеме крана. На Фиг. 7 показан кран 100 в смонтированном состоянии с полностью поднятыми подъемными устройствами 120 и крановой балкой 118, расположенной в ее самой высокой точке. Опорные рычаги могут быть зафиксированы в определенном положении с помощью фиксирующего элемента (см. Фиг. 1).
[0025]
На Фиг. 8 и 9 представлены виды сбоку крана 100 в полуподнятом и полностью поднятом положении, соответственно, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Подъемные устройства 120 показаны самым выгодным образом здесь. В некоторых вариантах осуществления подъемные устройства 120 представляют собой рычажные системы, выполненные с возможностью складывания и раздвигания. В сложенном состоянии подъемные устройства 120 могут быть относительно короткими. В некоторых вариантах осуществления в сложенном состоянии подъемные устройства 120 имеют длину двенадцать метров (измеренную вдоль рельсов) и высоту три метра. В поднятом положении, как показано на Фиг. 9, подъемные устройства 120 могут иметь высоту приблизительно семнадцать метров и ширину 3,8 метра.
[0026]
На Фиг. 10 представлен вид сбоку подъемного устройства 120 в различных состояниях между сложенным и раздвинутым положениями в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. Подъемное устройство 120 состоит из нескольких элементов, соединенных между собой в систему рычагов, которая может перемещаться между сложенным раздвинутым положениями. Существует множество механически эквивалентных механизмов, которые могут обеспечивать такое же сложенное и поднятое положения. В показанном варианте осуществления, начиная от основания 130 и перемещаясь по часовой стрелке вокруг периметра подъемного устройства 120, подъемное устройство содержит длинный элемент 132, сторону короткого элемента 134, второй длинный элемент 136, верхнюю часть 138, третий длинный элемент 140, четвертый длинный элемент 142 и второй короткий элемент 144. Поперечные элементы 146 расположены между первым длинным элементом 132 и четвертым длинным элементом 142, а также между вторым длинным элементом 136 и третьим длинным элементом. Короткие элементы 134 и 144 ориентированы вертикально, когда подъемное устройство 120 находится в сложенном положении. Подъемное устройство 120 также содержит подъемный элемент 148, который соединен с основанием 130 и четвертым длинным элементом 142. Подъемное устройство 120 поднимается, как показано, и может достигать высоты в семнадцать метров. Следует понимать, что показанные размеры не имеют ограничительного характера, и другие размеры и механические эквиваленты возможны в объеме настоящего изобретения.
[0027]
На Фиг. 11 представлен вид в изометрии подъемного устройства 120, показанного на Фиг. 10, на котором изображены положения с другой точки обзора. Подъемное устройство 120 может содержать поперечные элементы 150, расположенные между длинным и коротким элементами, показанными на Фиг. 10, обеспечивающие устойчивость и поддержку подъемных устройств 120.
[0028]
На Фиг. 12 показан кран 160 в соответствии с дополнительными вариантами осуществления настоящего изобретения. Кран 160 содержит базовый блок 162, рычажный механизм 164, состоящий из множества рычагов, соединенных между собой с возможностью поворота, и подкрановую балку 166, соединенную с верхней частью рычажного механизма 164. Рычажный механизм 164 может быть выполнен с возможностью поддержания подкрановой балки 166 в горизонтальном положении при его перемещении между опущенным положением и поднятым положением, как показано на Фиг. 12. Подкрановая балка 166 может иметь крюки 168, которые могут перемещаться по пролету подкрановой балки 166. Кран 160 может быть достаточно большим и прочным для подъема блока, такого как контейнер 170, показанный здесь под подкрановой балкой 166.
[0029]
Базовые блоки 162 могут быть расположены на земле или на подходящей опорной поверхности. Хотя это не показано здесь, они также могут быть установлены на рельсах способом, аналогичным показанному на Фиг. 1-7 Контейнер 170 также может находиться на рельсах.
[0030]
Варианты осуществления, показанные и описанные в настоящем документе, приведены в целях иллюстрации кранов и связанных с ними элементов, которые обеспечивают возможность более быстрого, безопасного монтажа и демонтажа буровой установки. Показанные рычажные системы не имеют ограничительного характера и показывают, как могут быть достигнуты определенные функциональные возможности. Механические эквиваленты этих рычажных систем и других механизмов, которые могут не быть конкретно показаны, входят в объем настоящего изобретения. Например, подъемные устройства, показанные на Фиг. 2-11, могут быть заменены взаимосвязанными элементами, например, ножничным подъемником. В качестве альтернативы для подъема телескопической колонны может использоваться гидравлическая система. Также предусматриваются другие механические эквиваленты.
[0031]
Вышеприведенное описание позволяет среднему специалисту в данной области техники изготовить и использовать описанные системы без излишних экспериментов. Определенные примеры приведены в целях объяснения и не имеют ограничительного характера.