БУРОВАЯ ВЫШКА БАШЕННОГО ТИПА

Полезная модель относится к оборудованию буровых установок различного назначения, в том числе для морских и кустовых буровых установок.
Известна конструкция буровой вышки башенного типа для морских буровых установок из описания к полезной модели CN №201133219 (выбрана в качестве ближайшего аналога). Буровая вышка выполнена из одиннадцати объемных секций и кронблока; объемные секции содержат стержневую решетку, связанную с опорными элементами, соединенными по высоте с образованием опорных колонн вышки. Объемные секции выполнены в виде двух нижних секций, представляющих собой «ноги» вышки, трех прямоугольных секций и шести трапециевидных секций, причем трапециевидные секции выполнены различной высоты. Нижние и прямоугольные секции образуют вертикальные грани, а трапециевидные секции образуют наклонные грани вышки.
Кронблок сдержит раму с установленным на ней оборудованием (секции шкивов, вспомогательные шкивы), рама кронблока установлена на наклонные опорные колонны трапециевидной верхней секции.
Использование в известной вышке сложного треугольного рисунка решетки с множеством связей, имеющих различную длину, характеризует низкий уровень унификации конструкции такой вышки, иными словами, указывает на значительную номенклатуру элементов.
Кроме того, для обеспечения угла наклона соответствующих граней вышки шесть трапециевидных секций выполнены различной высоты, следовательно, опорные колонны в указанных секциях также имеют различную длину. Это также указывает на увеличение номенклатуры элементов вышки.
Кроме того, при высоте секций, превышающих транспортный габарит, конструкция вышки предполагает сборку большого количества элементов каждой секции (опорных колонн, раскосов, горизонтальных связей) непосредственно на монтажной площадке, что свидетельствует о трудоемкости монтажных работ.
Задача, решаемая при использовании полезной модели, заключается в упрощении монтажа буровой вышки за счет максимальной унификации элементов при повышении ее устойчивости.
Поставленная задача решается тем, что буровая вышка башенного типа, включающая объемный неразъемный модуль, содержащий кронблок, объемные секции, содержащие стержневую решетку, образующую грани вышки, и опорные элементы, соединенные по высоте с образованием опорных колонн, при этом объемные секции состоят из нижних секций, выполненных в виде «ног» вышки, прямоугольных секций, образующих вертикальные грани, и трапециевидной секции, образующей наклонные грани; стержневую решетку прямоугольных секций и трапециевидной секции образуют фермы с горизонтальными поясами, в каждой из указанных секций фермы сгруппированы по две на каждой грани и к соответствующим опорным элементам прикреплены пояса ферм, причем смежные горизонтальные пояса ферм связаны между собой; объемный неразъемный модуль образован верхней секцией, включающей вертикальные опорные элементы, на которые установлена рама кронблока, причем опорные элементы верхней секции связаны с соответствующими опорными элементами трапециевидной секции.
Заявляемая полезная модель снабжена дополнительной секцией, установленной между трапециевидной секцией и верхней секцией.
В заявляемой полезной модели опорные элементы соединены посредством разъемного соединения, например, пальцевого соединения.
В заявляемой полезной модели в каждой прямоугольной и трапециевидной секциях к опорным элементам присоединены горизонтальные пояса ферм посредством разъемного соединения, например, пальцевого соединения.
В заявляемой полезной модели смежные горизонтальные пояса сгруппированных ферм связаны по высоте посредством разъемного соединения, например, пальцевого соединения.
В заявляемой полезной модели элементы стрежневой решетки нижних секций соединены посредством разъемного соединения, например, пальцевого соединения.
В заявляемой полезной модели ось пальцевого соединения связана с элементами стрежневой решетки с помощью гибкой связи, например, в виде цепи.
В заявляемой полезной модели стержневая решетка вышки выполнена из металлических изделий с угловым профилем, а опорные элементы - из металлических изделий с трубчатым круглым профилем.
В заявляемой полезной модели объемные секции снабжены укрытием, выполненным из мягких полотнищ. При этом фермы снабжены средствами для крепления мягкого укрытия вышки, выполненными в виде металлических петель, предназначенных для продевания шнура мягкого укрытия, при этом металлические петли закреплены на горизонтальных поясах и крайних стойках стержневой решетки ферм.
Сущность полезной модели поясняется следующим образом.
Для упрощения монтажа буровой вышки башенного типа объемные секции, образующие вертикальные и наклонные грани вышки (за исключением нижних секций, представляющих собой «ноги» вышки) выполнены с использованием ферм, представляющих собой монтажные единицы заводской готовности. Наличие готовых ферм исключает необходимость в операциях сборки каждой связи решетки вышки непосредственно на месте монтажа.
Фермы представляют собой плоские металлоконструкции с горизонтальными поясами, соединенными стержневыми связями с образованием треугольной решетки.
В прямоугольных секциях вышки используются фермы, идентичные по размерам и «рисунку» решетки, в трапециевидной секции фермы могут быть идентичными только по одному критерию: по высоте, что является очевидным фактом.
Трапециевидная и каждая из прямоугольных секций вышки содержат опорные колонны, к которым прикреплены фермы, сгруппированные по две на каждой грани вышки. Целесообразность объединения в одной такой секции по две фермы на каждой грани объясняется оптимальным сочетанием размеров ферм и размеров секций вышки. Причем размеры ферм, также как и размеры элементов опорных колонн, взаимоувязаны с допустимым значением транспортного габарита, равного 3250 мм.
Горизонтальные пояса ферм прикреплены к опорным элементам каждой прямоугольной и трапециевидной секциям. Следовательно, по высоте каждого опорного элемента такой секции содержится четыре узла крепления, это означает, что гибкость опорного элемента уменьшается, т.к. при расчете гибкости учитывается не вся длина опорного элемента, а его четвертая часть. Таким образом, выполнение стержневой решетки граней из ферм (кроме нижних секций) приводит к повышению устойчивости опорных колонн вышки.
Разъемное соединение опорных элементов с горизонтальными поясами ферм выполнено из необходимости многократного монтажа/демонтажа вышки.
Сгруппированные фермы по две на каждой грани прямоугольной и трапециевидной секции связаны, причем связь выполнена соединяющей смежные пояса ферм (т.е. верхний пояс нижней секции связан с нижним поясом верхней секции). Связь ферм выполнена в виде разъемного соединения, например, пальцевого.
Кроме того, разъемным соединением скреплены по высоте опорные элементы секций, образующие опорные колонны вышки и элементы стержневой решетки нижних секций, образующих «ноги» вышки.
Таким образом, при использовании заявляемой вышки все соединения и связи выполнены разъемными, это целесообразно с точки зрения обеспечения многократного монтажа/демонтажа вышки. Применение в качестве разъемного соединения пальцевого соединения сокращает время сборки вышки, и приводит к упрощению монтажа по сравнению, например, с болтовым соединением соответствующих элементов. Так, например, один узел соединения опорных элементов может содержать до шести болтов.
Преимуществом пальцевого соединения является повышенный срок службы по сравнению со сроком службы болтов и гаек, т.к. при демонтаже элементов вышки для извлечения последних при ударном воздействии происходит разрушение резьбы.
Применение пальцевого соединения приводит к сокращению времени монтажа вышки благодаря тому, что ось выполнена с буртиком (средство соединения) и соединена гибкой связью с элементом стержневой решетки или с опорным элементом вышки, находясь вблизи узла крепления. Такая связь может быть выполнена, например, в виде цепи. Крепление осей (средств соединения) гибкой связью к вышеуказанным элементам вышки может быть выполнена в заводских условиях, что также положительно влияет на удобство и сокращение сроков монтажа вышки.
Использование в конструкции заявляемой буровой вышки минимум одной трапециевидной секции объясняется стремлением к максимальной унификации элементов вышки за счет применения идентичных монтажных единиц заводской готовности. Как было указано выше, именно прямоугольные секции могут содержать идентичные фермы по размерам и рисунку решетки.
Предпочтительный вариант использования заявляемой полезной модели заключается в том, что вышка может быть снабжена дополнительной трапециевидной секцией, устанавливаемой между трапециевидной секцией и верхней секцией. Дополнительная трапециевидная секция выполнена с наклонными опорными элементами, которые соединены со стержневыми элементами, выполненными в виде раскосов, т.е. дополнительная трапециевидная секция выполнена без использования ферм. Это связано с тем, что использование ферм в верхней трапециевидной секции приведет к увеличению номенклатуры элементов ферм, что противоречит поставленной задаче.
Наличие объемного неразъемного модуля, выполненного в виде верхней секции вышки и оборудования кронблока, приводит к возможности выполнения указанного модуля в заводских условиях. Следовательно, на месте монтажа вышки нет необходимости в установке рамы с соответствующим оборудованием на опоры верхней секции. Выполнение верхней секции вышки с вертикальными опорными колоннами является предпосылкой для возможности установки на них рамы кронблока, следовательно, к образованию объемного модуля призматической формы, являющейся оптимальной для транспортировки. Размеры объемного неразъемного модуля выбраны из условия возможности его доставки транспортом.
Таким образом, принцип унификации, формулируемый как приведение к единой форме или системе, обеспечивается при использовании заявляемой полезной модели за счет того, что объемные секции вышки выполнены с максимально возможным количеством идентичных ферм по размерам и рисунку решетки. В свою очередь, выполнение стержневой решетки вышки в виде ферм, представляющих сборочные единицы заводской готовности, приводит к упрощению монтажа вышки.
Стержневая решетка вышки выполнена из металлических изделий с угловым профилем, опорные колонны - из металлических изделий круглым трубчатым профилем. Металлический профиль для выполнения элементов стержневой решетки приемлем с точки зрения восприятия разнонаправленных усилий от воздействия нагрузки.
Выбор трубчатого профиля для выполнения опорных колонн связан с тем, что такой профиль дает возможность противостоять статическим и динамическим разнонаправленным нагрузкам, воздействующим на буровую вышку. Из курса сопротивления материалов известно, что элемент с кольцевым сечением является равнопрочным, т.к. его момент сопротивления не зависит от направления действия нагрузки.
Вариантом заявляемой вышки является ее оборудование укрытием, например, мягким. Для этой цели фермы и другие элементы вышки могут быть снабжены средствами для крепления мягкого укрытия вышки, выполненными в виде металлических петель, предназначенных для продевания шнура мягкого укрытия. Причем применение ферм обеспечивает возможность прикрепления полотен мягкого укрытия в заводских условиях на горизонтальные пояса ферм, т.е. для вышки с укрытием на место монтажа доставляется сборочная единица заводской готовности в виде фермы с прикрепленным полотнищем укрытия. Следовательно, применение ферм обеспечивает дополнительное преимущество, заключающееся в возможности монтажа вышки с готовым укрытием, что исключает монтажные работы по креплению укрытия на высоте, обеспечивая удобство монтажа вышки независимо от монтажа укрытия. Элементы нижних секций вышки и неразъемного модуля также снабжены элементами крепления для монтажа полотен мягкого укрытия.
Эти и другие особенности заявляемой вышки башенного типа поясняются с помощью чертежей и примера конструкции вышки полезной высоты 45 м, применяемой в кустовой буровой установке.
На фигуре 1 представлен вид буровой вышки со стороны приемного моста буровой установки, на фигуре 2 - вид буровой вышки со смежной стороны; на фигуре 3 - фермы смежных прямоугольных секций, на фигуре 4 - узел крепления фермы к опорной колонне (узел А), на фигуре 5 - узел соединения смежных поясов ферм одной прямоугольной секции.
Буровая вышка башенного типа, предназначенная для использования в кустовой буровой установке, выполнена из восьми объемных секций, представляющих собой нижние секции 1 - «ноги» вышки, прямоугольные секции 2, трапециевидную секцию 3, дополнительную трапециевидную секцию 4, неразъемный модуль 5, содержащий верхнюю секцию 6, и кронблок 7.
Опорные колонны образованы соединенными по высоте с помощью пальцевого соединения опорными элементами 8. Грани вышки образованы стержневой решеткой, причем вертикальные грани вышки содержат стержневую решетку нижних секций 1 и прямоугольных секции 2, а наклонные грани - стержневую решетку трапециевидной секции 3 и дополнительной трапециевидной секции 4.
Неразъемный модуль 5 образован верхней секцией 6, выполненной с вертикальными опорными элементами 8, непосредственно на которых установлена рама 9 кронблока 7 с необходим оборудованием: секциями шкивов, вспомогательными шкивами (на чертеже не показаны). Вертикальные опорные элементы 8 верхней секции 6 соединены по высоте с опорными элементами 8 дополнительной трапециевидной секции 4 также с помощью пальцевого соединения.
Стрежневая решетка прямоугольных секций 2 и трапециевидной секции 3 образованы фермами 10 с горизонтальными поясами 11 и стержневой треугольной решеткой 12. Фермы 10 сгруппированы в пределах каждой из указанных секций по две на каждой грани. Фермы 10 прямоугольных секций 2, образующие вертикальные грани, выполнены идентичными по размерам и «рисунку» треугольной решетки. Причем, в прямоугольных секциях 2 идентичные фермы 10 могут быть установлены с различной ориентацией верхнего и нижнего горизонтальных поясов 11 относительно друг друга. Например, в прямоугольной секции 2 с балконом 13 верхового рабочего фермы 10 установлены так, чтобы раскосы 12 стержневой решетки не были препятствием для доступа обслуживающего персонала к технологическому оборудованию, установленному внутри вышки (в пространстве, ограниченном гранями вышки). Следует отметить, что балкон 13 расположен внутри вышки.
Фермы 10 прямоугольных секций 2 и трапециевидной секции 3 связаны с опорными колоннами, а именно: горизонтальные пояса 11 ферм 10 прикреплены к опорным элементам 8 секций 2, 3 посредством разъемного пальцевого соединения с образованием узла соединения, изображенного на фигуре 4. Так, ось 14, представляющая собой соединительный элемент, выполнена с буртиком 15, фиксирующим положение этой оси 14, установленной в проушины 16. Ось 14 соединена посредством гибкой связи 17 с поясом 11, что обеспечивает ее нахождение в непосредственной близости к узлу соединения, обеспечивая удобство монтажа.
Кроме того, в пределах каждой такой секции 2, 3 фермы 10 связаны по высоте, для этой цели смежные пояса 11 ферм 10 выполнены с проушинами 16, в которые устанавливается ось 14, выполненная с буртиком 15, фиксирующим положение оси 14. Этот узел соединения изображен на фигуре 5.
Нижние секции 1 («ноги» вышки) выполнены с горизонтальными поясами 18, к которым с помощью разъемного соединения прикреплены раскосы 19. Также и дополнительная трапециевидная секция выполнена с горизонтальными поясами 18 и раскосами 19.
Для комфортной работы персонала буровой установки в районах с умеренным и холодным климатом вышка в монтажном положении содержит укрытие, например, в виде полотнищ «мягкого» укрытия 20, прикрепленных к элементам объемных секций 1, 2, 3, 4 (за исключением первой нижней секции 1). Для прикрепления полотнищ 20 к фермам 10, последние снабжены средствами для крепления «мягкого» укрытия вышки, выполненными в виде металлических крючков 21, закрепленных на горизонтальных поясах 11 и крайних стойках стержневой решетки 12 ферм 10 и предназначенных для продевания шнура (на чертеже не показан) полотнищ 20 мягкого укрытия (см. фиг.3).
На место монтажа вышки башенного типа доставляются монтажные единицы заводской готовности: неразъемный модуль 5 с оборудованием кронблока 7, фермы 10 с прикрепленными полотнищами 20 мягкого укрытия, опорные элементы 8, элементы, образующие пояса 18 и раскосы 19.
Монтаж заявляемой вышки осуществляется с помощью вышечного подъемника (на чертеже не показан), установленного на подвышечном основании вышечно-лебедочного блока буровой установки. Вышечный подъемник позволяет вести монтаж вышки способом «сверху вниз», начиная с неразъемного модуля, и заканчивая нижней секцией.
К смежным опорным элементам 8 соответствующих секций с помощью пальцевого соединения прикрепляются горизонтальные пояса 11 ферм 10, таким образом, формируются прямоугольные секции 2 и трапециевидная секция 3 вышки.
Нижние секции 1 вышки собираются путем взаимного соединения элементов поясов 18 и раскосов 19 и прикрепления данных раскосов 19 к соответствующим опорным элементам 8. Соединение элементов нижних секций выполнено с помощью пальцевого соединения.
Монтаж вышки начинают с установки неразъемного модуля 5 с верхней секцией 6 на вышечный подъемник. Затем на вышечный подъемник устанавливается дополнительная трапециевидная секция 4, концы опорных элементов 8 верхней 6 и дополнительной трапециевидной 4 секций соединяются. Таким же образом последовательно соединяются трапециевидная секция 3, прямоугольные секции 2, нижние секции 1.
Для выполнения своей функции в составе буровой установки установленная вышка башенного типа оснащается необходимым оборудованием (на чертеже не показано): лестницами с переходными площадками, установленными в пространстве, ограниченном гранями вышки, балконом верхового рабочего, включающего магазин для размещения бурильных труб. Кроме того, вышка снабжена системой верхнего привода с направляющими.
Заявляемая полезная модель обеспечивает:
- упрощение и удобство монтажа буровой вышки за счет применения унифицированных единиц заводской готовности в виде ферм и неразъемного модуля, составляющих основные транспортно-монтажные модули буровой вышки;
- повышение устойчивости вышки за счет уменьшения гибкости опорных колонн, вследствие того, узлы крепления ферм, образующих стержневую решетку граней вышки (кроме нижних и верхней секций), к соответствующим опорным элементам уменьшают прогиб каждого опорного элемента;
- сокращение времени монтажа и удобство монтажа за счет применения разъемного пальцевого соединения элементов вышки.