Вышечно-лебедочный блок буровой установки с встроенным устройством для подъема вышки
DERRICK-WINCH UNIT OF DRILLING UNIT WITH BUILT-IN DEVICE FOR LIFTING TOWER

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к буровым установкам для эксплуатационного и разведочного бурения нефтяных и газовых скважин.
Известен вышечно-лебедочный блок (ВЛБ) буровой установки, включающий двухопорную вышку, лонжероны с опорами, которые посредством шарнирных опор соединены с ногами вышки, талевую систему, состоящую из лебедки, кронблока, крюкоблока, запасенных талевым канатом, встроенное устройство для подъема и опускания вышки, включающее два неподвижных портала, талевую систему подъема вышки, соединенную с крюкоблоком, при этом порталы шарнирно связаны с ногами вышки и выполнены в виде А-образной фигуры из двух шарнирно связанных между собой и с лонжеронами стоек, при этом порталы соединены между собой горизонтальной балкой с размещенными в средней ее части обводного ролика каната талевой системы и в периферийных участках обводных роликов каната талевой системы подъема вышки (см. кн.: Абу-бакиров В.Ф., В.Л. Архангельский и др. Оборудование буровое, противовыбросовое и устьевое. Справочное пособие. В двух томах. T.l. М., ООО ИРЦ Газпром, 2007, с. 46-49, рис. 1.29).
Недостатками известного устройства являются монтаж и оснастка пор-талов и талевой системы подъема вышки в вертикальном положении пор-талов. Кроме того, вертикальная нагрузка от веса вышки и колонны подвешенных на крюке труб и боковая ветровая (горизонтальная) нагрузка воспринимаются только опорами ног вышки. При этом опоры ног вышки на лонжеронах расположены несимметрично относительно опор лонжеронов.
Известен вышечно-лебедочный блок буровой установки с встроенным устройством подъема вышки, включающий двухопорную вышку, лонжероны с опорами, соединенные посредством шарнирных опор с ногами вышки, талевую систему, канат которой пропущен через кронбок и талевый блок, встроенное устройство для подъема и опускания вышки, включающее два портала с обводными роликами, выполненные в плане в форме треугольника и соединненные между собой горизонтальной балкой с образоваием П-образной фермы, талевую систему подъема вышки, соединенную с талевым блоком, выдвижной механизм портала с демпфером, при этом порталы шарнирно связаны с лонжеронами и ногами вышки, горизонтальная балка в средней части оснащена обводным роликом (см. Патент РФ 2499122, МПК Е21В 15/00, опубл. 27.05.2013, бюл. №15), который принят за прототип.
Недостатками известного устройства являются монтаж и оснастка порталов и талевой системы подъема вышки в вертикальном положении порталов. При этом опоры ног вышки на лонжеронах расположены несимметрично относительно опор лонжеронов.
Целью предлагаемого технического решения является повышение монтажеспособности, снижение трудоемкости монтажа и нагрузок на лонжероны и опоры ВЛБ.
Указанная цель достигается тем, что в вышечно-лебедочном блоке с встроенным устройством подъема вышки, включающем двухопорную вышку, лонжероны с опорами, соединенные посредством шарнирных опор с ногами вышки, талевую систему, канат которой пропущен через кронбок и талевый блок, встроенное устройство для подъема и опускания вышки, включающее два портала с обводными роликами, выполненные в плане в форме треугольника и соединненные между собой горизонтальной балкой с образоваием П-образной фермы, талевую систему подъема вышки, соединенную с талевым блоком, выдвижной механизм портала с демпфером, при этом порталы шарнирно связаны с лонжеронами и ногами вышки, горизонтальная балка в средней части оснащена обводным роликом, согласно техническому решению, нижние шарнирные узлы портала жестко соединены между собой с образованием фермы в форме треугольника в плане, выдвижной механизм портала с демпфером выполнен в виде поворотного упора, соединенного с крайним от вышки шарниром портала с возможностью взаимодействия с нижним торцом портала и ограниченного поворотным упором поворота портала вокруг другого нижнего шаринира, а снизу - двумя шарнирами с лонжероном, при этом оси шарниров поворотного упора в плане лежат на вершинах треугольника, проекция на горизонтальную плоскость шарнира, соединяющего портал с вышкой, находится между остальными шарнирами поворотного упора, при этом со стороны крайней от вышки опоры портал оснащен цилиндром со штоком, которые посредством шарниров соединены порталом и лонжероном.
Портал выполнен в плане в виде прямоугольного треугольника, при этом нижний шарнир портала со стороны вышки и шарнир, соединяющий портал в вышкой, установлены в вершинах треугольника.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом.
На фиг. 1 представлена схема вышечно-лебедочного блока буровой установки;
На фиг. 2 - схема соединения вышки, портала и лонжерона;
На фиг. 3 - фрагмент схемы соединения вышки, портала и лонжерона;
На фиг. 4 - Вид со стороны лебедки на вышку (вид А на фиг. 2);
На фиг. 5 - крайняя опора портала (узел Б на фиг. 3);
На фиг. 6 - схема подъема вышки;
На фиг. 7 - конструкция портала, внутренняя опора которого совмещена с опорой вышки;
На фиг. 8 - вариант размещения обводного ролика каната талевой системы н горизонтальной балке механизма подъема вышки.
Вышечно-лебедочный блок включает вышку 1 (фиг. 1), оснащенную встроенным механизмом подъема 2, состоящую из двух порталов 3 (фиг. 2, 3) треугольной формы, четырех обводных роликов 4 (фиг. 4) талевой системы механизма подъема, установленных по обе стороны портала в верхней части, горизонтальной балки 5, жестко соединяющей порталы 3 между собой. Вышка 1 с порталами 3, выполненными, например, в виде прямоугольного треугольника, соединена шарниром 6 с обеспечением соосности вертикальных стержней (на фиг. не указаны) портала 3 и вышки 1.
ВЛБ оснащен двумя лонжеронами 7, которые воспринимают нагрузки от вышки 1 и порталов 3 посредством шарниров 8, 9 и 10, талевой системой с лебедкой 11, канат 12 которого пропущен через кронблок 13 с обводным роликом (на фиг. не указан), талевый блок 14 с крюком с образованием полиспасты.
Нагрузка от лонжеронов 7 воспринимаются опорами 15 и 16. Ширина ноги вышки 1, как правило, составляет 25% расстояния «В» между опорами 15 и 16 (фиг. 2).
Талевая система механизма подъема 2 оснащена канатом 17, пропущенным через обводные ролики 4 с образованием полиспасты (на фиг. не указана), которая при подъеме и опускании вышки 1 соединена с крюком талевого блока 14.
Горизонтальная балка 5 жестко соединена с порталами 3, например, посредством гаек 18 и упор 19, и оснащена траверсами 20 и 21 для установки обводного ролика 22 с осью 23 каната 12 талевой системы ВЛБ.
Крайняя опора 10 портала 3 оснащена поворотным упором 24 (фиг. 5), соединенным с лонжероном 7 посредством шарниров 25 и 26, при этом оси шарниров 10, 25 и 26 лежат в вершинах треугольника. Поворотный упор 24 оснащен опорной торцевой поверхностью 27, имеющей возможность взаимодействовать с горизонтальным стержнем (на фиг. не указан) портала 3. В районе крайней опоры 10 портал 3 оснащен гидравлическим или пневматическим цилиндром 28, шток и корпус (на фиг. не указаны) которого посредством шарниров 29 и 30 соединены с порталом 3 и лонжероном 7. Подъем или опускание вышки 1 осуществляется при извлеченной оси (на фиг. не указана) шарнира 25 (фиг. 6).
Внутренняя опора портала может быть совмещена с опорой 8 вышки (фиг. 7).
Обводной ролик 22 каната талевой системы ВЛБ может быть установлен непосредственно на горизонтальной балке 5 (фиг. 8).
Монтаж вышки с встроенным механизмом подъема осуществляется следующим образом.
Осуществляется сборка двух порталов 3 и горизонтальной балки 5 в виде П-образной конструкции. Собранный механизм подъема посредством шарниров 9 соединяется с лонжеронами 7 и устанавливается горизонтально на собранную в горизонтальном положении вышку 1. Далее через ролики 4 пропускается канат 17 талевой системы механизма подъема вышки 1, а через ролик 22 - канат талевой системы ВЛБ. Подъемным кранам (на фиг. не показан) полностью собранный механизм подъема вышки 1 переводится в вертикальное положение и в шарниры 26 устанавливаются соответствующие оси. Таким образом, сборка и монтаж механизма подъема вышки осуществляется при горизонтальном положении.
Вышечно-лебедочный блок с встроенным механизмом подъема вышки 1 работает следующим образом.
Пусть вышка 1 находится в горизонтальном положении. Механизм подъема с запасенными канатами 12 и 17 талевой системы ВЛБ и подъемного механизма 2 находится в вертикальном положении (фиг. 4). Талевая система (на фиг. не показана) механизма подъема 2 вышки 1 соединена с талевым блоком 14, находящимся в нижнем положении. В конце подъема ноги вышки 1 взаимодействуют с порталами 3. Ударная нагрузка при этом демпфируется цилиндром 28. Далее поворотный упор 24 опускается вниз, поворачиваясь вокруг шарнира 26 до совмещения проушин (на фиг. не указаны) шарнира 25. При полном подъема вышки 1 устанавливаются оси в шарниры 6 и 25.
Вертикальная нагрузка от веса вышки 1 и колонны труб (на фиг. не показана), подвешенных на талевом блоке 14 (на фиг. не показана), воспринимаются в основном опорами 8 и 9 (фиг. 1 и 2). Нагрузки от ветровой нагрузки, действующей спереди или сзади вышки 1, действуют в основном на опоры 8 и 10, а действующей сбоку - воспринимаются всеми опорами 8, 9 и 10.
Учитывая, что ширина ноги вышки 1 составляет приблизительно 25% расстояния «В» между опорами ВЛБ или между опорами лонжеронов 7, распределение нагрузки между опорами 8 и 9 соответственно вышки 1 и портала 2 позволяет снизить изгибающий момент в лонжероне и максимальную нагрузку на опоры 15 и 16 ВЛБ почти на 30%.
Опускание вышки 1 осуществляется путем медленного опускания талевого блока 14. При этом перед опусканием вышки 1 извлекаются оси верхнего шарнира 6 портала 3 и шарнира 25 поворотного упора 24. При натянутом канате 12 талевой системы ВЛБ выдвигается шток (на фиг. не указан) цилиндра 28 (фиг. 5 и 6), наклоняя портал 3 и вышку 1 до обеспечения весом вышки 1 положительного момента. При дальнейшем повороте портала 3 вокруг шарнира 9 торцевая опорная поверхность 27 взаимодействует с торцом портала 3, и портал 3 останавливается. Таким образом, все монтажные и демонтажные работы проводятся на рабочей площадке ВЛБ.
С целью облегчения разъединения вышки 1 с порталом 3, извлечение оси шарнира 6 целесообразно осуществить при частичном выдвижении штока цилиндра 28, когда вся нагрузка от веса вышки 1 будет восприниматься опорой 8.
Совмещение внутренней опоры портала 3 с опорой 8 вышки 1 (фиг. 7) существенно снижает трудоемкость изготовления и монтажных работ.
При установке обводного ролика 22 талевой системы ВЛБ на горизонтальной балке 5 (фиг. 8) снижется трудоемкость изготовления.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет:
- снизить трудоемкость монтажных работ при подъеме и опускании вышки 1 за счет их проведения в горизонтальном положении портала 3 и размещении демпфера на рабочей площадке.;
- уменьшить трудоемкость монтажных работ за счет возможности монтажа полностью собранной металлоконструкции механизма подъема 2 вышки 2 на ВЛБ;
- снизить изгибающий момент в лонжеронах 7 и максимальную нагрузку на опоры ВЛБ за счет распределения нагрузки от вышки 1 на ее опору 8 и на опоры порталов 9 и 10.