ЗАХВАТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНЖЕКТОРОВ ДЛИННОМЕРНЫХ ТРУБ
GRIPPING DEVICE FOR INJECTORS OF LONG-LENGTH PIPES

Уровень техники
Впервые введенные в действие на нефтяных месторождениях в начале 1960-х длинномерные трубы теперь являются важной составляющей производства углеводородов. Длинномерные трубы используются в областях применений от очистки скважин до направленного бурения. Изготавливаемые с размерами в диапазоне от 1" до 4,5" (1-4,5 дюйма) колонны насосно-компрессорных длинномерных труб переносят на барабанах и вводят в ствол скважины с использованием модуля инжектора для длинномерных труб. Типичный модуль 5 инжектора для длинномерных труб изображен на фиг.1. Типичный модуль включает в себя опору 3 S-образного колена трубы, ротационную коробку передач, параллельные приводные цепи 7, несущие захватные устройства, салазки и гидравлическую систему. (Коробка передачи, захватные устройства, салазки и гидравлическая система подробно не показаны.) Специалистам в данной области техники хорошо известны компоненты и действие модуля 5, изображенного на фиг.1.
Последовательности захватных устройств, которые переносятся цепями, обеспечивают единственную прямую опору для удерживания длинномерных труб на месте или для перемещения труб. Захватные устройства выполнены в противостоящих парах, чтобы закреплять колонну насосно-компрессорных длинномерных труб между цепями головной части инжектора. Гидравлическая система прикладывает давление к салазкам, которые в свою очередь форсируют захватные устройства друг к другу, таким образом закрепляя длинномерные трубы между захватными устройствами. Дополнительно, система с гидравлическим приводом приводит в действие цепи для подачи колонны насосно-компрессорных длинномерных труб в скважину или вытягивания труб из скважины.
Типичное захватное устройство включает в себя несущий элемент, закрепленный на цепи, и захватный башмак, поддерживаемый несущим элементом. Время от времени захватный башмак требуется заменять из-за повреждения или для того, чтобы приспособиться к изменению диаметра труб или чтобы вставить скважинный инструмент. Поэтому существует потребность в сборке несущего элемента/захватного башмака, которая обеспечивает возможность замены захватного башмака без замены всей сборки цепи.
Сущность изобретения
Согласно данному изобретению создан узел или сборка захватного устройства, подходящая для захватывания и переноса длинномерных труб. Сборка захватного устройства содержит несущий элемент, имеющий верхнюю поверхность по меньшей мере с одним дугообразным каналом. На несущем элементе расположен захватный башмак. Захватный башмак имеет по меньшей мере одну проходящую вниз ножку, несущую выступающую внутрь лапку. Ножка и выступающая внутрь лапка взаимодействуют с несущим элементом, чтобы предотвращать поперечное перемещение захватного башмака, в то же время допуская вращательное перемещение захватного башмака на несущем элементе. В собранном положении лапка взаимодействует с несущим элементом, чтобы удерживать захватный башмак на несущем элементе.
В другом варианте осуществления данное изобретение обеспечивает сборку захватного устройства, предназначенную для использования в модуле инжектора для длинномерных труб. Несущий элемент имеет верхнюю поверхность по меньшей мере с двумя дугообразными каналами. На несущем элементе расположен захватный башмак, имеющий две проходящие вниз ножки. Каждая ножка несет выступающую внутрь лапку. Ножки и выступающие внутрь лапки взаимодействуют с несущим элементом так, чтобы предотвращать поперечное перемещение захватного башмака, в то же время допуская вращательное перемещение захватного башмака на несущем элементе. В собранном положении лапки взаимодействуют с несущим элементом так, чтобы удерживать захватный башмак на несущем элементе.
Более того, данное изобретение обеспечивает другой вариант осуществления сборки захватного устройства для длинномерных труб. Сборка захватного устройства содержит несущий элемент, имеющий верхнюю поверхность и по меньшей мере две проходящие наружу закраины. Верхняя поверхность имеет круговой канал. На несущем элементе расположен захватный башмак. Захватный башмак имеет две проходящие вниз ножки, при этом каждая ножка несет выступающую внутрь лапку. Выступающие внутрь лапки взаимодействуют с несущим элементом и проходящими наружу закраинами, чтобы предотвращать поперечное и вертикальное перемещение захватного башмака, в то же время допуская вращательное перемещение захватного башмака на несущем элементе. В собранном положении лапки взаимодействуют с проходящими наружу закраинами, чтобы удерживать захватный башмак на несущем элементе.
В еще одном варианте осуществления данное изобретение обеспечивает сборку захватного устройства, подходящую для того, чтобы поддерживать длинномерную трубу. Сборка захватного устройства содержит несущий элемент, имеющий верхнюю поверхность, первую сторону и вторую сторону. Первая сторона несет проходящую наружу закраину, и вторая сторона несет проходящую наружу закраину. Верхняя поверхность имеет два углубленных дугообразных канала, при этом каждый углубленный дугообразный канал имеет первый открытый конец, завершающийся у первой стороны несущего элемента, и второй открытый конец, завершающийся у второй стороны несущего элемента. Сборка захватного устройства дополнительно содержит захватный башмак, расположенный на несущем элементе. Захватный башмак имеет две проходящие вниз ножки, причем каждая ножка несет выступающую внутрь лапку. Выступающие внутрь лапки взаимодействуют с проходящими наружу закраинами, чтобы удерживать захватный башмак на несущем элементе. Предпочтительно, выступающие внутрь лапки взаимодействуют с несущим элементом и проходящими наружу закраинами, чтобы предотвращать поперечное и вертикальное перемещение захватного башмака после сборки, в то же время допуская вращательное перемещение захватного башмака на несущем элементе во время сборки.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид в перспективе модуля инжектора для длинномерных труб.
Фиг.2 изображает компонент сборки приводной цепи, показанной на фиг.1.
Фиг.3 - изображение крупным планом, соответствующее окружности А на фиг.2 и показывающее улучшенное захватное устройство в сборке цепи.
Фиг.4 - вид в перспективе одного варианта осуществления захватного устройства.
Фиг.5 - покомпонентное изображение фиг.4, показывающее основные компоненты захватного устройства.
Фиг.6 - вид в перспективе предпочтительного варианта осуществления захватного устройства.
Фиг.7 - покомпонентное изображение предпочтительного варианта осуществления, показанного на фиг.6.
Фиг.8 - покомпонентное изображение альтернативного варианта осуществления данного изобретения.
Фиг.9 - вид сбоку с местным разрезом по линии 9-9, показанной на фиг.11.
Фиг.10 - вид сверху одного варианта осуществления несущего элемента.
Фиг.11 - вид сверху предпочтительного варианта осуществления несущего элемента.
Фиг.12 - вид снизу предпочтительного варианта осуществления захватного башмака.
Фиг.13 - вид сверху в перспективе предпочтительного варианта осуществления захватного башмака.
Фиг.14 - вид снизу в перспективе предпочтительного варианта осуществления захватного башмака.
Фиг.15 - вид сверху захватного башмака.
Фиг.16 - вид сверху альтернативного варианта осуществления несущего элемента.
Фиг.17 - вид в перспективе альтернативного варианта осуществления, изображенного на фиг.16.
Подробное раскрытие данного изобретения
Данное изобретение обеспечивает улучшенное захватное устройство 10, также называемое сборкой захватного устройства, подходящее для использования в общепринятом модуле 5 инжектора для длинномерных труб, чтобы зажимать и удерживать длинномерные трубы. Как изображено на фиг.2, улучшенное захватное устройство 10 прикреплено к общепринятой приводной цепи 7. Что касается фиг.4 и 5, то на них улучшенное захватное устройство 10 включает в себя несущий элемент 14, захватный башмак 18 и прокладку 74.
Основные компоненты предпочтительного несущего элемента 14 лучше всего видны на фиг.6-7 и 11. Как изображено на них, несущий элемент 14 имеет нижнюю поверхность 21, подходящую для закрепления несущего элемента 14 на приводной цепи 7. Конфигурация нижней поверхности 21 для данного изобретения не является критической. Скорее нижняя поверхность 21 может иметь любую конфигурацию, подходящую для присоединения несущего элемента 14 к приводной цепи 7, как известно специалистам в данной области техники. Кроме того, способ прикрепления несущего элемента 14 к приводной цепи 7 специалистам в данной области техники известен. Верхняя поверхность 22 несущего элемента 14 включает в себя первую и вторую стороны 26, 30. Каждая сторона 26, 30 несет проходящую наружу закраину 38. Предпочтительно закраины 38 разнесены на 180 градусов, то есть находятся непосредственно напротив друг друга. В предпочтительном варианте осуществления, изображенном на фиг.11, верхняя поверхность 22 имеет два углубленных дугообразных канала 42a, 42b, при этом каждый канал имеет первый открытый конец 28, завершающийся у первой стороны 26, и второй открытый конец 32, завершающийся у второй стороны 30. В предпочтительном в настоящий момент варианте осуществления между каждым открытым концом 28 и 32 и проходящими наружу закраинами 38 существует определенное расстояние Y. Закраины 38 могут продолжаться наружу от верхней поверхности 22 или могут быть смещены от верхней поверхности так, что эти закраины 38 не находятся на одном уровне с верхней поверхностью 22. Верхняя поверхность 22 также несет удерживающий зажим 62.
На фиг.4-5 удерживающий зажим 62 установлен внутри пары прорезей 64a, 64b. На фиг.6-7, в предпочтительном варианте осуществления, удерживающий зажим 62 размещен в канале 66 и закреплен на несущем элементе 14 с помощью пары штифтов 68a, 68b, расположенных в отверстиях 69a, 69b. Способ закрепления удерживающего зажима 62 на несущем элементе 14 не является критическим при условии, что удерживающий зажим 62 поддерживает захватный башмак 18 в требуемом положении, как показано на фиг.4 и 6. В альтернативном варианте осуществления, представленном на фиг.8, удерживающий зажим 62 включает в себя лапку 62a. Лапка 62a взаимодействует с соответствующей выемкой или прорезью 62c в захватном башмаке 18, чтобы удерживать захватный башмак 18 в требуемом положении на несущем элементе 14. В вариантах осуществления, представленных на фиг.5 и 7, в удерживающем зажиме 62 лапка 62a отсутствует. В этом варианте осуществления удерживающий зажим 62 либо блокирует вращательное перемещение захватного башмака 18, либо обеспечивает достаточно фрикционный контакт, чтобы поддерживать захватный башмак 18 в требуемом положении на несущем элементе 14.
Альтернативный вариант осуществления несущего элемента 14 изображен на фиг.10. В этом варианте осуществления дугообразные каналы 42a и 42b не продолжаются от первой стороны 26 до второй стороны 30. Скорее дополнительные каналы 42c и 42d обеспечивают подходящие каналы для приема захватного башмака 18. Независимо от использования двух дугообразных каналов или четырех дугообразных каналов каждый канал будет иметь по меньшей мере одно отверстие, примыкающее к проходящим закраинам 38. В целях этого раскрытия термин "примыкающее" относится к тому расстоянию, которое определено как Y или меньше.
У захватного башмака 18 имеется вогнутая верхняя поверхность 20, выполненная с возможностью захватывания длинномерных труб. В собранной конфигурации вогнутая верхняя поверхность 20 определяет центральную ось W сборки 10 захватного устройства. Таким образом, как изображено на фиг.3-4 и 6, когда захватный башмак 18 находится в собранном положении на несущем элементе 14, проходящие наружу закраины 38 несущего элемента 14 соответствуют определенной центральной оси W. Соответственно, в собранной конфигурации, центральная ось W соответствует плоскости, определяемой параллельными приводными цепями 7. Дополнительно, центральная ось W соответствует положению длинномерных труб (не показаны), удерживаемых на месте противостоящими захватными устройствами 10, переносимыми параллельными кинематическими цепями 7.
Основные компоненты захватного башмака 18 лучше всего видны на фиг.12-14. Как на них изображено, захватный башмак 18 включает в себя по меньшей мере две проходящие вниз ножки 46, 50. Каждая ножка несет выступающую внутрь лапку 54, 58. В предпочтительном варианте осуществления лапки 54 и 58 имеют длину X, которая больше, чем определенное расстояние Y. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления, когда лапки 54, 58 выходят из дугообразных каналов 42a, 42b, по меньшей мере участок лапок 54, 58 будет скользить под закраинами 38 до того, как лапки 54, 58 полностью выйдут из дугообразных каналов 42a и 42b (или 42c и 42d, если они используются). Полная ширина Z лапок 54, 58 и соответствующих ножек 46, 50 выбирается так, чтобы обеспечить возможность легкого перемещения лапок 54, 58 и ножек 46, 50 по каналам 42a, 42b, 42с и 42d. Наконец, захватный башмак 18 предпочтительно включает в себя область 56 выемки на стороне, соответствующей удерживающему зажиму 62.
Сборка захватного башмака 18 на несущем элементе 14 лучше всего визуализирована в отношении предпочтительного варианта осуществления, изображенного на фиг.2-8 и 11-12. С несущим элементом 14, установленным на цепи 7 инжектора, сборка потребует перемещения захватного башмака 18 в пределах плоскости, определяемой параллельными приводными цепями 7, то есть параллельными приводными цепями 7, лежащими в пределах общей плоскости. Как правило, захватный башмак 18 будет размещен на несущем элементе 14, когда несущий элемент 14 расположен на заднем участке цепей 7, то есть на стороне цепей 7, противоположной области, захватывающей отрезок длинномерной трубы. Установка потребует удаления защитного приспособления (не показано), обычно находящегося на модуле 5 инжектора. Сборка требует размещения захватного башмака 18 выше и впоследствии на поверхности 22 несущего элемента 14 с ножками 46, 50, выровненными с дугообразными каналами 42a и 42b. С захватным башмаком 18, расположенным на несущем элементе 14 таким образом, захватный башмак 18 будет находиться в контакте с верхней поверхностью зажима 62. Прикладывание достаточного давления к захватному башмаку 18 опустит удерживающий зажим 62. Последующий поворот захватного башмака 18 будет перемещать ножки 46, 50 и лапки 54, 58 по каналам 42a и 42b до тех пор, пока лапки 54, 58 не окажутся ниже закраин 38. Если зажим 62 включает в себя лапку 62a, то лапка 62a войдет в зацепление с выемкой или прорезью 62c башмака 18, когда будет находиться в окончательно собранном положении.
Хотя конфигурация захватного башмака 18 и несущего элемента 14 обеспечивает возможность вращательного перемещения захватного башмака 18 на несущем элементе 14 во время сборки, эта конфигурация предотвращает перемещение захватного башмака 18 в боковом направлении во время и после установки. Таким образом, установка захватного башмака 18 на несущем элементе 14 требует перемещения в плоскости сборки 7 цепи и последующего вращательного перемещения захватного башмака 18 на несущем элементе 14 к собранному положению, как изображено на фиг.6.
Как было отмечено выше, производственные допуски для захватного башмака 18 и несущего элемента 14 обеспечивают достаточный промежуток для того, чтобы допускать вращательное перемещение захватного башмака 18 на несущем элементе 14. Хотя предпочтительная конфигурация обеспечивает возможность вращательного перемещения, в то же время устанавливая контакт между лапками 54, 58 и закраинами 38, типичная конфигурация обеспечивает промежуток в несколько тысяч дюймов (тысячных дюйма) между лапками 54, 58 и закраинами 38, когда захватный башмак 18 находится в окончательно собранном положении на несущем элементе 14.
Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления удерживающий зажим 62, лапки 54, 58 и закраины 38 взаимодействуют так, чтобы закреплять захватный башмак 18 на несущем элементе 14. При последующем позиционировании лапок 54, 58 ниже закраин 38 удерживающий зажим 62 перемещается к "верхнему" положению, примыкающему к области 56 выемки на захватном башмаке 18, таким образом закрепляя захватный башмак 18 в положении, подходящем для закрепления длинномерных труб между парой захватных устройств 10. Как показано на фиг.5, 7, 8, 10 и 11, удерживающий зажим 62 не блокирует каналы 42a, 42b 42c или 42d. Дополнительно, хотя это является предпочтительным, удерживающий зажим 62 может быть опущен.
Когда он полностью собран, соединительный механизм сборки 10 захватного устройства предотвращает относительное перемещение захватного башмака 18 в пределах или перпендикулярно общей плоскости, определяемой параллельными приводными цепями 7.
Для удаления захватного башмака 18 требуется понижение удерживающего зажима 62 и поворачивание захватного башмака 18 до тех пор, пока не произойдет разъединение лапок 54, 58 с закраинами 38. Захватный башмак 18 снимается с несущего элемента 14 в плоскости, определяемой параллельными приводными цепями 7 модуля 5 инжектора для длинномерных труб.
Приведенное выше обсуждение сборки захватного башмака 18 с несущим элементом 14 сосредоточено на варианте осуществления данного изобретения, в котором дугообразные каналы 42a и 42b обеспечивают проход от первой стороны 26 до второй стороны 30. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что сборка захватного башмака 18 с несущим элементом 14, имеющим дугообразные каналы 42a, 42b, 42c и 42d, как изображено на фиг.10, может быть выполнена аналогичным способом. Единственная разница при использовании несущего элемента 14, как изображено на фиг.10, заключается в ограничении вращательного перемещения.
Как изображено на фиг.5, 7 и 8, предпочтительный вариант осуществления захватного устройства 10 включает в себя прокладку 74, расположенную между несущим элементом 14 и захватным башмаком 18. Прокладку 74 располагают на поверхности 22 несущего элемента 14 до сборки. Прокладка 74 может быть из любого подходящего полимерного материала, такого как резина, нейлон, полистирол, полипропилен и другие подобные термопластичные или термореактивные полимеры, но не ограничиваясь этим. Как известно специалистам в данной области техники, сжимающее усилие, прикладываемое модулем 5 инжектора для длинномерных труб к длинномерным трубам (не показаны), зависит от допусков между обработанными деталями в модуле. Каждый производственный допуск добавляется к степени "люфта" между частями, таким образом уменьшая сжимающее усилие, прикладываемое к длинномерным трубам, которыми манипулирует модуль инжектора. Сжимающий характер прокладки 74 компенсирует необходимые отклонения допусков между обработанными деталями, таким образом равномерно передавая тяговое усилие длинномерным трубам через сборку 10 захватного устройства. Прокладка 74 также снижает шум, производимый воздействием захватного башмака 18, контактирующего с несущим элементом 14 во время зацепления с колонной насосно-компрессорных длинномерных труб, не показанной. Когда удерживающий зажим 62 включает в себя лапку 62a, прокладка 74 будет включать в себя прорезь или выемку 62b, чтобы обеспечивать возможность зацепления лапки 62a с выемкой 62c прорези захватного башмака 18.
В альтернативном варианте осуществления, изображенном на фиг.16-17, несущий элемент 114 имеет верхнее тело 110. Внутри верхнего тела 110 расположен круговой канал 142. Круговой канал 142 определяет внешнюю периферию верхней поверхности 122. Верхняя поверхность 122 включает в себя по меньшей мере две закраины 138, проходящие наружу выше канала 142 или в канал 142. Закраины 138 продолжаются к внешнему краю 144 несущего элемента 114. Расстояние между стенкой 146 канала и закраинами 138 является достаточным для того, чтобы обеспечивать возможность прохождения выступающих вниз ножек 46, 50 захватного башмака 18, в то время как лапки 54, 58 проходят ниже закраин 138. Остающиеся компоненты несущего элемента 114, такие как нижняя поверхность 121 и канал 166, но не ограничиваясь этим, соответствуют соответствующим элементам несущего элемента 14, как описано выше и показано на фиг.4-8. Таким образом, хотя на фиг.16 и 17 изображена только одна версия зажима 62, любая версия зажима 62 и его связанных элементов является подходящей для использования в этом варианте осуществления. Дополнительно, сборка захватного башмака 18 с несущим элементом 114 выполняется таким же способом, как обсуждалось выше относительно несущего элемента 14, включающего в себя добавление прокладки 74. Наконец, хотя фиг.16 изображает единственный круговой канал 142, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что единственный канал 142 можно заменить более короткими дугообразными каналами (не показаны), подобными изображенным на фиг.10.
Другие варианты осуществления данного изобретения для специалистов в данной области техники будут очевидны из рассмотрения этого описания или из осуществления на практике изобретения, раскрытого в данном описания. Таким образом, вышеизложенное описание следует считать просто примером данного изобретения с истинным объемом и сущностью изобретения, определяемыми последующей формулой изобретения.