НАПРАВЛЯЮЩАЯ БАЛКА СИЛОВОГО ВЕРТЛЮГА БУРОВОЙ УСТАНОВКИ
GUIDE BEAM OF POWER SWIVEL OF DRILLING RIG

Изобретение относится к области бурового оборудования, а именно к устройствам, используемым в составе силовых вертлюгов, устанавливаемых на мобильные буровые установки (далее МБУ) и предназначенных для текущего и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин.
Силовые вертлюги обеспечивают: создание крутящего момента и реверсивное вращение бурильной колонны; свинчивание и развинчивание бурильных труб в процессе спуско-подъемных операций; торможение, остановку вращения и удержание в заданном положении бурильной колонны. При этом работа силового вертлюга обусловлена возможностью передачи реактивного момента от корпуса вертлюга на металлоконструкцию мачты МБУ через направляющую с одновременным вертикальным перемещением по ней вверх-вниз при помощи лебедки талевого блока.
Известна мачта буровой вышки с верхним приводом и буровая вышка с верхним приводом RU 105934, Е21В 15/00, опубл. 27.06.2011. Мачта буровой вышки выполнена из металлоконструкций в виде фермы, на которой размещен верхний силовой привод, и снабжена рельсами для перемещения верхнего привода, который соединен с мачтой неразъемным соединением. Буровая вышка включает мачту из металлоконструкции, лебедку для перемещения верхнего привода, гидроцилиндры для подъема мачты.
Известна мобильная установка для бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин RU 90489, Е21В 43/00, опубл. 10.01.2010. Она содержит установленные на раме шасси, лебедку с приводом и вышку с рабочим оборудованием. Вышка представляет собой телескопическую двухсекционную конструкцию с открытой передней гранью. На вышку навешивают канатную направляющую и на крюкоблоке размещают верхний силовой привод. Кроме того, установка для бурения включает размещенные непосредственно на раме многоосного, преимущественно автомобильного шасси, гидролебедку в безредукторном исполнении с приводом от гидронасосов и вышку с гидравлическими подъемниками и гидравлическим верхним силовым приводом с гидротормозом, а также установочное и рабочее оборудование с гидроприводами.
Известна конструкция канатной (тросовой) направляющей, которая разработана в ЗАО «Промтехинвест» для силовых вертлюгов ВГ-100, устанавливаемых на мобильные буровые установки (2010-2011 гг.) Конструкция представляет собой трос, предназначенный для восприятия реактивного момента силового вертлюга. Верхний конец троса образует петлю с вложенным в нее коушем. Через эту петлю продевается мешкообразная скоба, с помощью которой верхний конец каната оттяжки подвешивается на верхний узел крепления, закрепленный на мачте МБУ. Нижний конец каната оттяжки, аналогично верхнему, образует петлю с вложенным в нее коушем. Петлю заводят в одну из вилок талрепа и фиксируют пальцем. Другая вилка талрепа стыкуется с соединительным звеном, к которому одним концом присоединена цепь. На другом конце этой цепи также находится соединительное звено, через которое продета еще одна мешкообразная скоба, посредством которой цепь крепится к кронштейну анкерной трубы. Кроме того, к последней мешкообразной скобе через еще одно соединительное звено одним концом крепится цепь, на другом ее конце через соединительное звено установлен укорачивающий крюк. Цепь необходимо закрепить в качестве оттяжки, препятствующей провороту анкерной трубы относительно своей оси во время работы силового вертлюга. Регулировка натяжения каната оттяжки осуществляется изменением длины цепи и талрепом.
Недостатками такой конструкции канатной (тросовой) направляющей являются: ограничение крутящего момента силового вертлюга из-за упругости троса и значительных угловых (крутильных) колебаний вертлюга; сложность организации системы натяжения троса и необходимость постоянного контроля силы натяжения, которая ослабляется в процессе эксплуатации силового вертлюга вследствие колебательных нагрузок; необходимость установки элементов конструкции средств крепления троса на корпусе противовыбросового оборудования скважины, что не соответствует требованиям безопасности в нефтегазовой промышленности.
Известна другая конструкция направляющей, которая разработана в ЗАО «Промтехинвест» и используется в патенте RU 2237790, Е21В 3/00, опубл. 10.10.2010.
Направляющая силового вертлюга, входящая в составе силовых вертлюгов, устанавливаемых на мобильные буровые установки, выполнена в виде балки, механически закрепленной к металлоконструкции мачты МБУ. Силовой вертлюг со штропами и средствами подвеса к крюкоблоку с помощью ползуна имеет возможность перемещаться по направляющей балке вдоль мачты вверх-вниз за счет лебедки и крюкоблока МБУ. Направляющая вместе с узлами крепления предназначена для обеспечения направленного перемещения вертлюга вверх-вниз, восприятия реактивного момента с силовых элементов исполнительных механизмов и передачи его на металлоконструкцию мачты.
Направляющая балка силового вертлюга представляет собой конструкцию секционного типа. Верхнюю часть направляющей подвешивают на выдвигаемой секции к мачте подъемного агрегата. Нижняя часть - съемная и ее перевозят в транспортном модуле с вертлюгом. Каждая секция представляет собой металлоконструкцию замкнутого прямоугольного профиля с фланцами по торцам. Нижняя секция выполнена с «заходом» (клиновидная конструкция) для удобства монтажа ползуна. Фиксация секций в единую направляющую производится путем вставки наконечника нижней секции в нижний паз верхней секции и фиксацией состыкованных секций с помощью пальца. Геометрия соединения наконечника с пазом обеспечивает единую конструкцию и необходимую крутильную жесткость направляющей при передаче крутящего момента от силового вертлюга на металлоконструкцию мачты.
К направляющей балке прилагается комплект средств крепления, обеспечивающих ее установку на мачте. Комплектным узлом сопряжения вертлюга с направляющей балкой является ползун, который обеспечивает направленные перемещения вертлюга вдоль направляющей балки (за счет работы лебедки и перемещения крюкоблока) и передачу реактивного момента от силового вертлюга на направляющую. Ползун представляет собой несущую трубчатую конструкцию, в поперечном сечении - прямоугольник, разомкнутый по одной из длинных сторон. По всем рабочим поверхностям внутри ползуна установлены и закреплены вкладыши из капролона. Вместо ползуна может применяться каретка - узел, состоящий из рамы, ложемента и 4-6-ти роликовых тележек 3. Каждая роликовая тележка имеет по 2 ролика ходовых, обеспечивающих перемещение каретки по направляющей, и по одному ролику упорному, ограничивающему возможные перекосы каретки при перемещениях вдоль направляющей. Достоинством данной направляющей является возможность работы силового вертлюга с большим крутящим моментом, чем с тросовой направляющей, простота в эксплуатации (в сравнении с тросовой направляющей, отсутствие необходимости постоянного контроля и регулирования усилия натяжения).
Это техническое решение принято в качестве прототипа.
К недостаткам прототипа можно отнести сложность и трудоемкость монтажа направляющей балки, который необходимо выполнять каждый раз при развертывании силового вертлюга на МБУ, а именно:
- необходимость подъема с помощью автокрана нижней секции направляющей балки на определенную высоту;
- спуск верхней секции направляющей талевым блоком до расстояния 100-150 мм со стыковочным узлом второй секции;
- необходимость установки страховочной цепи между первой и второй секциями направляющей;
- опускание талевого блока для обеспечения стыковки выступающей части первой секции с ответной частью стыковочного узла второй секции и их соединения до упора;
- фиксация стыковочного узла соединительным пальцем, шплинтовка соединения.
Операции стыковки необходимо выполнять на большой высоте (превышающей длину нижней секции) вручную только специально подготовленными монтажниками-высотниками с обязательным привлечением автогидроподъемника АГП (автолюлька).
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании конструкции направляющей балки, обладающей улучшенными эксплуатационными показателями.
Технический результат, достигаемый при реализации и использовании изобретения, заключается:
- в повышении надежности и безопасности функционирования и эксплуатации балки,
- упрощении технологических процессов монтажа, снижении его трудоемкости,
- сокращении времени проведения установки направляющей балки на мачте МБУ.
Поставленная задача решается следующим образом.
Направляющая балка силового вертлюга буровой установки содержит складывающиеся подвижные  относительно друг друга секции, установленные с возможностью поворота, и отличается тем, что она выполнена в виде верхней и нижней секций, между которыми расположено шарнирное устройство, образованное стыковочными наконечниками, смонтированными на верхней и нижней секциях и соединенными посредством пальца, причем на конце стыковочного наконечника нижней секции выполнено скругление для поворота относительно верхней секции, при этом на нижней секции дополнительно установлена защелка, жестко связанная с наконечником нижней секции и выполненная в виде подпружиненного штыря с конусной поверхностью для автоматического защелкивания в пазу наконечника верхней секции при повороте нижней секции в вертикальное положение. Для расфиксации устройства штырь снабжен тросиком для расфиксации.
Изобретение поясняется рисунками. На рис. 1 приведен вид в аксонометрии узла крепления направляющей балки, на рис. 2 - вид в аксонометрии при развороте нижней секции в вертикальное положение.
Направляющая балка для силового вертлюга представляет собой конструкцию двухсекционного типа, состоящую из соединенных между собой верхней секции 1 и нижней секции 2, между которыми расположено шарнирное устройство. Последнее образовано стыковочным наконечником 3, смонтированным на верхней секции 1, и стыковочным наконечником 4, смонтированным на нижней секции 2, которые соединены с помощью пальца 5. На одной стороне наконечника нижней секции 2 выполнено округление 6, позволяющее нижней секции 2 поворачиваться относительно верхней секции 1 на угол до 90 градусов. Фиксация (соединение двух секций в одну направляющую) производится с помощью защелки 7, представляющей собой подпружиненный штырь 8, имеющий конусную поверхность для автоматического защелкивания в пазу наконечника верхней секции 1 при повороте нижней секции 2 в вертикальное положение. В результате формируется металлоконструкция замкнутого прямоугольного профиля. Для дистанционной расфиксации соединения используется тросик, надетый на ролик 9 и пропущенный через ограничительный кронштейн (на рисунке не показан).
При перемещении с помощью тросика штыря 8 вниз последний выходит из паза наконечника верхней секции, что позволяет нижней секции поворачиваться относительно верхней на угол до 90 град.
Инсталляцию направляющей для силового вертлюга осуществляют после развертывания МБУ в следующей последовательности:
1. Верхнюю секцию 1 МБУ опускают вниз (задвигают внутрь нижней секции 2) с подвешенной к ней верхней частью направляющей до уровня рабочей площадки.
2. С помощью автокрана стыковочный наконечник 3 верхней секции 1 соединяют со стыковочным наконечником 4 нижней секции 2, «штырят» посредством пальца 5, а затем шплинтуют, при этом нижняя секция находится под углом относительно верхней.
3. Верхнюю секцию МБУ поднимают вверх вместе с направляющей, нижняя секция которой переходит из наклонного состояния в вертикальное, поворачиваясь в шарнирном устройстве.
4. При вертикальном вывешивании направляющей до состояния коллинеарности осей нижней и верхней секций происходит автоматическое срабатывание защелки и фиксация секций направляющей в единую конструкцию.
5. С помощью средств крепления фиксируют направляющую к мачте МБУ.
Деинсталляцию направляющей осуществляют в обратном порядке:
1. Снимают средства крепления направляющей к мачте.
2. С помощью тросика дистанционно штырь защелки оттягивают вниз, сжимая возвратную пружину и расфиксируя верхнюю и нижнюю секции направляющей.
3. Верхняя секция МБУ с направляющей опускается вниз, при этом происходит поворот нижней секции направляющей относительно верхней.
4. При опускании шарнирного устройства до уровня рабочей площадки производят расштыривание шарнира и отсоединение нижней секции направляющей.
При этом использование автогидроподъемника не требуется, а процесс инсталляции направляющей осуществляют с минимальной трудоемкостью и максимальной скоростью.
Изобретение просто в изготовлении, не требует применения специального оборудования и может быть использовано в мобильных буровых установках, предназначенных для текущего и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин.