ПЕРЕВОДНИК ДЛЯ ПРИВОДА ВЕДУЩЕЙ БУРОВОЙ ТРУБЫ

Предполагаемая полезная модель относится к буровой технике, а конкретно, к устройству для передачи вращения от бурового ротора к четырехгранной или шестигранной ведущей трубе бурильной колонны.
Известен переводник (роликовый зажим), состоящий из литого разъемного корпуса с квадратным удлинителем для соединения с роторным вкладышем и четырех роликов на горизонтальных осях, на подшипниках. Ролики охватывают квадратную ведущую трубу, проходящую через отверстие в корпусе. Ролики жестко зафиксированы от осевого смещения и смещены относительно плоскости симметрии граней квадратной трубы в сторону вращения (Р.А. Баграмов «Буровые машины и комплексы», Москва, Недра, 1988 г.).
Недостатком конструкции является жесткое закрепление осей в корпусе и наличие зазора между роликами и гранями квадратной трубы. При передаче вращения имеет место точечный контакт между роликами и углом квадратной трубы, что приводит к значительным удельным нагрузкам. Кроме того, т.к. ролики смещены для увеличения плеча приложения нагрузки, при переходе к реверсивному вращению необходима перестройка вкладыша для смещения роликов в другую сторону, что не обеспечивает универсальности.
Известна аналогичная конструкция вкладыша, отличающаяся наличием четырех вертикальных штырей для соединения с корпусом клиньевого захвата. Марка вкладыша GBX-6 (фирма ЭнергоБурСервис, г. Екатеринбург, Россия). Недостатки аналогичны предыдущей конструкции.
Известен многоразмерный роликовый зажим, у которого на каждой оси имеются два ролика под квадратные трубы двух размеров. Недостатки усугубляются, т.к. ролики имеют меньшую ширину (Cod Unie R1324099, Cod IBAN Campina ROS2 RNSB).
Известно устройство для захвата труб в роторе (Авторское свидетельство №742574, опубликованное 25.06.80). Зажим ведущей трубы установлен во вкладышах клиньевого захвата под клиньями и выполнен в виде корпуса с подпружиненными коромыслами с роликами и механизмом передачи вращения от корпуса зажима к ротору. Верхняя часть корпуса снабжена конусом, взаимодействующим с конусом клиньев. Нижний конец корпуса имеет зубчатый венец, взаимодействующий с ответным венцом клиньевого захвата.
Положительным является то, что зажим встроен во вкладыш клиньевого захвата, поэтому для перехода от спуска бурильной колонны к бурению и обратно нет необходимости снимать клинья. Но это преимущество одновременно является недостатком, т.к. ролики и их обоймы имеют малые размеры, слабые подшипники, что приводит к низкой долговечности, о чем говорит практика применения.
Известен ряд роликовых зажимов фирмы Vareo B.J., состоящих из разъемного корпуса, приводных вертикальных пальцев для соединения с роторным вкладышем и одного (HDP) или двух (XHDP) рядов роликов для контакта с гранями ведущей трубы (два ряда - для большего передаваемого момента). Ролики смещены от плоскости симметрии граней в сторону вращения, т.к. оси роликов закреплены жестко, то для реверсивного вращения требуется переборка зажима, это является недостатком.
Известно устройство для захвата в роторе бурильных труб (авторское свидетельство СССР №742574 от 1978 г.), которое может быть принято за прототип. Роликовый зажим встроен в корпус клиньевого захвата и находится под клиньями. В корпус зажима встроены подпружиненные коромысла с двумя роликами в каждом. Коромысла с роликами смещены к углам граней ведущей трубы в сторону вращения. Ниже коромысел установлены поворотные вставки, плоские со стороны граней ведущей трубы и полукруглые - в зоне контакта с корпусом зажима с возможностью поворота при выборке зазора между вставкой и гранью ведущей трубы.
Недостатком конструкции является ее сложность и низкая прочность из-за небольших размеров встроенной конструкции. Кроме того, при передаче вращения пружины коромысел сжаты до упора и момент передается через вставки с преодолением силы трения и больших потерь в связи с этим.
Таким образом, основной технической задачей разработки является устранение указанных недостатков и создание конструкции переводника, расположенного над вкладышем клиньевого захвата и обеспечением линейного контакта между роликами и гранью ведущей трубы.
a
Для достижения указанного технического результата переводник для привода ведущей буровой трубы устанавливается на вкладыше клиньевого захвата или стола ротора и состоит из корпуса с роликами на горизонтальных осях и вертикальных пальцев, жестко связанных с корпусом и входящих в отверстия вкладыша, корпус жесткий, неразъемный, состоит из верхней и нижней плит и вертикальных связей в виде изогнутых пластин и втулок, число которых равно количеству граней ведущей трубы, между пластинами на вертикальных осях, закрепленных в плитах, установлены сменные шарнирные звенья, в каждое из которых на горизонтальной оси установлен сменный ролик, наружная поверхность которого отстоит от грани ведущей буровой трубы на фиксированное расстояние, шарнирные звенья имеют возможность поворота в горизонтальной плоскости. В плитах выполнены соосные отверстия, диаметр которых больше диагонали самой большой ведущей буровой трубы. Расстояние между противолежащими роликами меньше диаметра нижнего замка ведущей буровой трубы. Смещение середины ролика относительно плоскости симметрии грани ведущей трубы при контакте роликов с гранью определяется зависимостью , где s - смещение середины ролика относительно плоскости симметрии грани ведущей трубы,  - расстояние от оси шарнирного пальца до оси корпуса переводника, Δ - зазор между наружной поверхностью ролика и гранью ведущей буровой трубы в нейтральном положении. Настройка переводника на размер ведущей буровой трубы во всем диапазоне осуществляется сменой роликов и шарнирных звеньев.
Технические признаки заявляемого переводника для привода ведущей буровой трубы могут быть реализованы с помощью средств, применяемых в общем машиностроении. Существенные признаки, отраженные в формуле полезной модели, необходимы и достаточны для ее реализации и решения поставленной задачи.
Конструкция переводника для привода ведущей буровой трубы имеет признаки новизны и применима в промышленности.
Полезная модель поясняется на примере ее исполнения в комплекте с клиньевым захватом, встроенным в буровой ротор, изображенной на прилагаемых чертежах (Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4, Фиг. 5, Фиг. 6 и Фиг. 7).
Фиг. 1 - общий вид клиньевого захвата в состоянии бурения со снятыми клиньями и установленным переводником для привода ведущей буровой трубы.
Фиг. 2 - вид на переводник сбоку.
Фиг. 3 - вид на переводник в плане.
Фиг. 4 - разрез по ролику и шарнирным звеньям до начала вращения.
Фиг. 5 - разрез по роликам и шарнирным звеньям при вращении стола ротора вправо.
Фиг. 6 - разрез по роликам и шарнирным звеньям при вращении стола ротора влево.
Фиг. 7 - схема смещения шарнирного звена с роликом при вращении ведущей трубы.
На Фиг. 1 показан клиньевой захват 1, состоящей из корпуса 2 с вкладышами 3, клиновыми штангами 4, объединенными снизу подъемным кольцом 5, подъемным цилиндром 6 с рычагом 7. Ролики 8 рычага 7 при бурении выведены из зацепления с кольцом 5. Переводник для привода ведущей буровой трубы 9, смонтированный на ведущей буровой трубе 10, установлен на верхней плоскости вкладышей 3 и корпуса 2, при этом вертикальные пальцы 11, жестко связанные с корпусом переводника 13, входят в отверстия 12 на вкладышах. Через пальцы 11 передается крутящий момент от вкладышей 3 к корпусу 13 переводника. Крутящий момент к вкладышам 3 передается от корпуса 2 через горизонтальные пальцы (не показаны), а момент от стола ротора передается корпусу 2 через специальные шпонки (не показаны).
a
На Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4 показана конструкция переводника для привода ведущей буровой трубы 10. Он состоит из корпуса переводника 13, шарнирных звеньев 14, пальцев 11, жестко связанных с корпусом 13 и выступающих за нижнюю плоскость корпуса, шарнирных пальцев 17, закрепленных в верхней 18 и нижней 19 плитах корпуса на легкосъемных соединениях 20. В шарнирных звеньях 14 закреплены ролики 21 на осях 22 и подшипниках 23. Для каждого типоразмера ведущей буровой трубы 9 определен фиксированный зазор Δ, который образуется сочетанием размера шарнирного звена 14 и диаметра ролика 21. Для ведущих буровых труб с близкими размерами могут использоваться шарнирные звенья и ролики одинаковых размеров. При этом меняется только фиксированный зазор Δ, который определяется из зависимости , где s - смещение середины ролика относительно плоскости симметрии грани ведущей трубы,  - расстояние от оси шарнирного пальца 17 до оси корпуса переводника, Δ - зазор между наружной поверхностью ролика 21 и гранью ведущей буровой трубы в нейтральном положении. Из зависимости видно, что увеличение зазора Δ ведет к увеличению смещения ролика относительно середины грани ведущей буровой трубы, а, следовательно, к увеличению плеча пары сил, приложенных к ведущей буровой трубе и уменьшению нагрузки сжатия. Однако такое смещение не может быть больше половины размера грани. При достижении этой величины необходимо изменить диаметр ролика или размер шарнирного звена.
Схема захвата ведущей буровой трубы роликами показана на Фиг. 7. Возможность поворота шарнирного звена 14 на оси шарнирного пальца 17 обеспечивает прижатие ролика 21 по образующей, линейный контакт и снижение удельной нагрузки.
Плиты 18 и 19 корпуса переводника жестко связаны между собой изогнутыми пластинами 24 и втулками 25 охватывающими пальцы 11.
На Фиг. 4 переводник показан в нейтральном положении (до начала вращения), при этом образуются зазоры Δ.
На Фиг. 5 ролики 21 прижаты к ведущей буровой трубе 10 и смещены вправо, что свидетельствует о направлении вращения стола ротора вправо.
На Фиг. 6 ролики 21 также прижаты к ведущей буровой трубе 10, но смещены влево, что свидетельствует о направлении вращения стола ротора влево.
Таким образом, в отличие от прототипа и аналогов перестройка переводника с правого направления вращения к левому и обратно осуществляется автоматически.
Кроме того, для всех типоразмеров ведущих буровых труб используется один корпус переводника, а настройка на другие размеры ведущих труб происходит простой заменой роликов или шарнирных звеньев. Причем, число сменных деталей уменьшается, т.к. для близких типоразмеров ведущих труб такой замены не требуется.
Работа переводника осуществляется следующим образом. Сначала на ведущую трубу одевается корпус переводника, затем, в зависимости от типоразмера ведущей трубы, комплектуются шарнирные звенья с роликами и эти узлы устанавливаются в корпус переводника на шарнирных осях. Вертлюг с ведущей буровой трубой поднимается и последняя свинчивается со спущенной бурильной колонны, установленной на клиньях. После этого с клиньевого захвата снимаются клинья, кольцо со штангами переводится в крайне нижнее положение, а цилиндр отводится до выхода роликов из кольца и фиксируется в этом положении.
Ведущая буровая труба с бурильной колонной приспускается до посадки переводника на вкладыши клиньевого захвата, дается кратковременный поворот стола ротора до попадания пальцев переводника в отверстия вкладышей и далее осуществляется вращение бурильной колонны в процессе бурения.