ВЕРХНИЙ СИЛОВОЙ ПРИВОД БУРОВОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к буровым установкам и может быть использована в буровых установках с верхним приводом вращения, которые предназначены для работы в составе мобильных подъемных агрегатов грузоподъемностью от 100 до 160 тонн и используются при бурении и капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин.
Известен верхний силовой привод установки горизонтального бурения нефтяных скважин (RU 29551, E21B 19/00, E21B 3/00, 2003.07.13). Он содержит силовой вертлюг с кареткой, установленной на направляющей привода, механизм отклонения силового вертлюга от оси скважины, механизм подачи бурильных труб, и отличается тем, что, механизм отклонения силового вертлюга от оси скважины в поперечном направлении выполнен в виде системы рычагов параллелограммного механизма, установленного на направляющей каретке, и дополнительно снабжен двумя силовыми гидроцилиндрами, расположенными параллельно и связанными с одной стороны с направляющей кареткой, а с другой - с основанием параллелограммного механизма, при этом механизм подачи бурильных труб дополнительно снабжен узлом наклона штропов элеватора, выполненным в виде двух гидроцилиндров, расположенных между вертлюгом и штропами элеватора, при этом последние установлены с возможностью перемещения от зоны бурения.
Привод включает в себя два низкомоментных высокооборотных гидромотора с и редуктор с передаточным числом порядка 15, что позволяет реализовать на стволе (выходном валу) вертлюга суммарный крутящий момент порядка 1600 кГм. При переходе на наклонно-направленное бурение нефтяных и газовых скважин, применение низкомоментных гидромоторов не позволяет повысить крутящий момент силового привода до требуемого значения порядка 2000 кГм, что вызывает необходимость применения высокомоментных гидромоторов.
Известен верхний силовой привод буровой установки (RU 55846, E21B 19/00, E21B 3/00, 2004.12.28). Он содержит вертлюг с приводом вращения, в котором установлен высокомоментный гидромотор, механизм отклонения вертлюга от оси центра скважины, смонтированный на направляющей каретке, механизм подачи бурильных труб. Установка отличается тем, что привод вращения вертлюга снабжен дополнительным высокомоментным гидромотором, установленным на верхней крышке корпуса вертлюга рядом с ранее упомянутым высокомоментным гидромотором, при этом выходные валы высокомоментных гидромоторов связаны через зубчатую передачу, с коэффициентом передачи близким к единице, с валом вертлюга, проходящим через внутреннюю полость вновь введенного трубного манипулятора, который связан с корпусом вертлюга и установлен с возможностью поворота относительно вала вертлюга. Это техническое решение принято в качестве прототипа.
К недостаткам прототипа можно отнести то, что высокомоментные гидромоторы, имеющие относительно большие габаритные размеры, размещены с одной стороны - на верхней крышке корпуса редуктора. При техническом обслуживании установки такое расположение гидромоторов затрудняет доступ к плавающей трубе (быстросъемное уплотнительное устройство) и другим элементам конструкции. Для обеспечения доступа необходимо увеличивать размеры корпуса, что совершенно невозможно в мобильных подъемных агрегатах (из-за ограниченных размеров рабочей зоны балкона верхового рабочего).
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в создании новой надежной конструкции верхнего силового привода (далее ВСП) с двумя высокомоментными гидромоторами, предназначенной для использования в мобильных подъемных агрегатах.
Технический результат полезной модели заключается в повышении удобства обслуживания, увеличении крутящего момента и повышении надежности конструкции ВСП.
Поставленные задачи решены следующим образом. Верхний силовой привод буровой установки содержит вертлюг с приводом вращения, в котором установлены редуктор, два высокомоментных гидромотора, механизм отклонения вертлюга от оси центра скважины, смонтированный на направляющей каретке, механизм подъема бурильных труб, и отличается тем, что один из высокомоментных гидромоторов установлен на верхней крышке корпуса редуктора, а другой высокомоментный гидромотор установлен на нижней площадке корпуса редуктора, при этом упомянутые гидромоторы размещены выходными валами навстречу друг другу и связаны через зубчатую передачу с коэффициентом передачи близким к единице с выходным валом вертлюга, который расположен внутри механизма подачи труб.
Приведенные признаки являются существенными для решения технической задачи и достижения технического результата за счет новой компоновки двух высокомоментных гидромоторов и размещения их сверху и снизу на корпусе редуктора. Это позволяет сблизить оси вращения гидромоторов относительно центральной оси и ограничить, тем самым, габаритные размеры корпуса редуктора, что повышает компактность и надежность конструкции, кроме того, при техническом обслуживании ВСП повышается доступность к плавающей трубе и другим узлам и элементам установки.
Предлагаемая полезная модель поясняется рисунками. На фиг.1а приведен вид спереди ВСП, на фиг.1б - вид сбоку ВСП, на фиг.2а - разрез редуктора по ведущим валам, фиг.2б - разрез редуктора по ведомому валу, на фиг.3 - продольный разрез ВСП.
В состав ВСП входят следующие основные узлы (фиг.1а и б): вертлюг 1, каретка 2, подвес 3, штропы 4, верхнее и нижнее звенья 5, соединяющие раму каретки 2 с вертлюгом 1, гидроцилиндр отклонения вертлюга 6, штропы элеваторные 7, гидроцилиндр отклонения штропов элеватора 8, высокомоментный гидромотор 9 (без тормоза), высокомоментный гидромотор 10 (с тормозом), быстросъемное уплотнительное устройство (плавающая труба) 11, шаровой кран 12, предохранительный переводник 13.
Внутри корпуса редуктора 14 (фиг.2а и б) вертлюга 1 расположены: два ведущих вала 15, с установленными и закрепленными на них ведущими зубчатыми колесами 16 и ведомый вал 17, с установленным и закрепленным на нем ведомым зубчатым колесом 18. Каждый из двух ведущих валов 15 установлен на двух конических однорядных роликоподшипниках 19. Основные подшипники вала 17 роликовые радиально-упорные конические верхний 20 и нижний 21, а также два игольчатых 22, предназначенных для восприятия радиальных нагрузок.
Стволовую часть вертлюга (фиг.3) формируют путем последовательного соединения предохранительного переводника 13, шарового крана 12, ведомого вала 17 и плавающей трубы 11, которая стыкуется с коллектором 23. На верхней крышке 24 корпуса редуктора (фиг.2а и б) при помощи установочных штифтов, болтов установлена и закреплена тумба 25 (фиг.3). К тумбе 25, с помощью болтов крепится коллектор 23. Конструкция коллектора обеспечивает подсоединение рукавов высокого давления для подачи бурового раствора через плавающую трубу во внутреннюю полость вала вертлюга и присоединенные к нему шаровой кран и предохранительный переводник во внутреннюю полость бурильной колонны при ее вращении и остановке.
Частота вращения выходного вала редуктора вертлюга 17 определяется производительностью насоса, а направление вращения гидромотора и создаваемый им крутящий момент - перепадом давления на входе в гидромоторы. Высокомоментные гидромоторы 9 и 10 через шлицевые соединения соединены с ведущими валами 15 редуктора 14. Корпуса гидромоторов 10 и 9 через фланцы крепятся к адаптерам 26 с помощью болтов. Адаптеры 26 и крышки 27 с двумя манжетами с помощью винтов устанавливаются и крепятся сверху и снизу на корпусе редуктора 14. Вращение ведомого вала осуществляется с помощью двух ведущих валов, связанных с валами гидромоторов, включенных перекрестно таким образом, что вход "А" одного соединялся со входом "В" другого, и наоборот вход "В" одного - со входом "А" другого, обеспечивая вращение в противоположные стороны, так как моторы установлены валами навстречу друг другу.
Гидромоторы - это радиально-поршневые гидромашины, создающие суммарный максимальный крутящий момент 2000 кГм. Гидромотор рассчитан на рабочее давление 40 МПа. Предохранительные клапаны ограничивают максимальное давление в силовой магистрали гидромоторов. Вращение вала вертлюга и создание на нем необходимого крутящего момента обеспечивают подачей управляющего сигнала с пульта управления бурильщика через систему управления приводом на регулятор основного насоса.
Каретка 2 (фиг.1а и б) является узлом сопряжения вертлюга 1 с направляющей 28 и обеспечивает направленные перемещения вертлюга совместно с механизмом подачи труб вдоль направляющей и перпендикулярно направляющей (за счет гидроцилиндров отклонения вертлюга 6), а также передачу на нее реактивного момента от бурильной колонны при бурении. Шаровой кран 12 (фиг.1а и б) обеспечивает технологическое открытие-закрытие канала ствола вертлюга и герметизацию внутритрубного пространства бурильной колонны, при отсутствии вращения, в качестве противофонтанной арматуры. Соединение вала 17 (фиг.3) и шарового крана 12 осуществляют посредством замковой резьбы. Предохранительный переводник 13 предназначен для соединения ВСП с бурильной колонной. Соединение шарового крана 12 и предохранительного переводника 13 осуществляют посредством замковой резьбы. Направляющая 28 со средствами крепления к мачте подъемного агрегата предназначена для обеспечения направленного перемещения вертлюга 1, восприятия реактивного момента от силовых элементов исполнительных механизмов ВСП и передачи его на мачту подъемного агрегата.
ВСП работает следующим образом. Гидромоторы 9, 10 и остальное гидрооборудование приводят в действие от гидросистемы наземного гидроагрегата (НГА), обеспечивающего реализацию основных, заложенных заводом-изготовителем, рабочих функций, например, вращение вала вертлюга с различными частотами, направлениями и крутящими моментами, реализуемое работой двух гидромоторов, остановка, удержание в застопоренном положении и растормаживание вала вертлюга, реализуемые за счет работы гидротормоза и пр.
Отличие ВСП от известных установок, заключается в новом конструктивном выполнении привода вращения вертлюга с увеличенным крутящим моментом. При проведении профилактических, ремонтных работ или ином техническом обслуживании ВСП данная полезная модель обеспечивает хорошую доступность к плавающей трубе и другим узлам.
Другим отличием ВСП является то, что сближение осей вращения гидромоторов 9 и 10 относительно центральной оси позволяет уменьшить габаритные размеры корпуса редуктора, что повышает компактность и надежность конструкции в целом.
Предлагаемая полезная модель найдет применение буровых установках с верхним приводом вращения.