СПУСКОПОДЪЕМНЫЙ КОМПЛЕКС БУРОВОЙ УСТАНОВКИ
TRIPPING COMPLEX OF DRILLING UNIT

Изобретение относится к нефте- и газодобыче, к буровым установкам.
Известны БУ (буровые установки), содержащие различные комплексы оборудования. БУ - это комплекс или система специализированных сборочных единиц, выполняющих в процессе бурения скважины определенные функции и установленные на специальных основаниях для кинематической связи и транспортирования их. БУ - это временное сооружение, так как в условиях эксплуатации многократно меняет свое местоположение. Поэтому все комплексы располагают на основаниях, которые представляют собой сварную металлоконструкцию, сохраняя, по возможности, кинематическую связь при транспортировании. (Колчерин В.Г. и др. Новое поколение буровых установок Волгоградского завода в Западной Сибири. - Сургут, ГУП ХМАО «Сургутская типография», 2000. - 320 с.).
Эти буровые установки конструктивно сложны и металлоемки.
Наиболее близкой к предлагаемому устройству является буровая установка класса БУ 2900/175 (с.68 и далее), где 2900 - условная глубина бурения, м; 175 - допускаемая нагрузка на крюке в тс (с.72).
БУ (буровая установка) содержит следующие комплексы оборудования: для спускоподъемных операций; для работы с трубами; для циркуляции раствора; для подготовки и распределения воздуха; для электроснабжения; для водоснабжения и обогрева; противовыбросовое; для управления и контроля за процессом бурения; для заканчивания скважин; для охраны окружающей среды; для транспортирования блоков и модулей; для соцкультбыта; для механизации ремонтных и погрузочно-разгрузочных работ.
Описанная БУ имеет большие габариты и массу, так как подъем свечи труб номинальной длиной 25 или 27 м осуществляется талевой системой с крюкоблоком, расположенным над свечой (с.77, рис.7.1). При такой конструкции только полезная высота вышки составляет 40,8 м (с.73), а полная высота БУ превышает 50 м (с.77, рис.7.1).
Важную роль имеет комплекс оборудования для удержания на весу труб и инструмента, а также для проведения спускоподъемных операций (с.88). Данный комплекс оборудования предназначен для удержания обсадных труб и инструментов на весу, для спуска и подъема бурильной колонны, а также для различных вспомогательных работ. К вспомогательным работам относятся подъем и опускание вышки, замена оборудования на вышечном основании, установка превенторов и т.д.
К данному комплексу относится следующее оборудование: буровая лебедка с приводом; вышка с механизмом подъема; талевая система, в которую входят кронблок, крюкоблок (крюк, тальблок), талевый канат (трос); механизм крепления и перепуска неподвижного конца; приспособление для установки бухты талевого каната.
Связующим звеном всех механизмов является талевый канат. Бухта талевого каната устанавливается на специальном приспособлении. Канат с бухты перепускается через барабан механизма крепления и перепуска неподвижного конца каната, затем производится оснастка талевой системы, в соответствии с рекомендуемой схемой оснастки, далее с верхнего ролика кронблока ходовой конец перепускается на барабан лебедки, где крепится в специальном приспособлении.
Буровая лебедка предназначена для создания тягового усилия на ходовом конце каната. Привод лебедки осуществляется от электродвигателя постоянного тока мощностью 560 кВт. Включение первой и второй передач осуществляется дистанционно оперативными пневматическими муфтами.
В качестве вспомогательного тормоза на лебедке применен электромагнитный порошковый тормоз ТЭП-45, выполняющий также функции регулятора подачи долота. Для окончательной остановки барабана при посадке инструмента на клинья или на стол ротора используется ленточный тормоз, который состоит их двух тормозных лент с прикрепленными на них двадцатью тормозными колодками; балансира, тормозного и промежуточного валов, тормозной рукоятки, пневмоцилиндра, двух ограничителей отхода тормозных лент и оттяжных пружин (с.88-90).
Вышка БУ 2900/175 ДЭП в собранном виде представляет собой А-образную конструкцию, состоящую из двух трехгранных ног и одной четырехгранной верхней секции. Каждая нога собирается из трех цельносварных секций длиной по 11,245 м. Верхняя секция цельносварная длиной 9,565 м. К верхней секции приварена рама, на которой закреплен кронблок. Кронблок состоит из секции с пятью шкивами, кожухов и отклоняющего шкива (с.95).
Талевая система предназначена для кратного уменьшения усилия на ходовом конце каната. Элементами талевых систем являются: кронблок, талевый блок и талевый канат. По конструкции талевый блок совмещен с крюком, и поэтому такая конструкция называется крюкоблоком (с.100). Крюкоблок (с.102) предназначен для подвешивания вертлюга (с.229, рис.11.53), который служит для подвода раствора в колонну бурильных труб при обеспечении свободного вращения бурильной колонны, поэтому он является промежуточным звеном между талевой системой и вращающимся бурильным инструментом (с.181).
Как видно из приведенного описания, спускоподъемный комплекс буровой установки конструктивно сложен, имеет большие габариты и массу, эксплуатация затруднена из-за невозможности автоматизации процесса спускоподъемных операций при использовании буровой лебедки с тормозами и талевой системы.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении эксплуатационных и компоновочных возможностей спускоподъемного комплекса буровой установки.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в применении телескопических механизмов с гидроцилиндрами, допускающими автоматизацию процесса спускоподъемных операций.
Указанный технический результат достигается тем, что спускоподъемный комплекс буровой установки, содержащий платформу основания, установленную вокруг секций ротора, вертлюг, расположенный над центром секций ротора, при этом, в отличие от прототипа, на платформе основания установлена пространственная рама с вертикальными направляющими, в которых расположены катки осей, установленных в середине балансиров телескопических механизмов, концы этих балансиров опорами качания попарно соединены короткими осями, верхние балансиры телескопических механизмов соединены длинной осью, на которой закреплен вертлюг, на платформе основания также расположены гидроцилиндры, головки верхних секций гидроцилиндров соединены осью, на которой на опорах качания установлены середины верхних балансиров нижней секции телескопических механизмов, середины нижних балансиров этой секции на опорах качания установлены на оси, зафиксированной на пространственной раме.
На фиг.1 приведен вид спереди на спускоподъемный комплекс буровой установки, а на фиг.2 - вид сбоку. Гидроцилиндры в максимально выдвинутом положении, головки верхних секций гидроцилиндров соединены осью и воздействуют на два телескопических механизма.
На фиг.3 дан вид сверху на уровне оси, соединяющей головки верхних секций гидроцилиндров, действующих на один телескопический механизм. В верхней части фиг.3 показаны звенья телескопического механизма в максимально выдвинутом положении, в нижней части - в опущенном состоянии. Для наглядности звенья заштрихованы.
На фиг.4 показан фрагмент фиг.2 спускоподъемного комплекса с пространственной рамой и вынесенным на передний план телескопическим механизмом в максимально выдвинутом положении при виде сбоку.
На фиг.5 показан фрагмент фиг.1 спускоподъемного комплекса, но два гидроцилиндра воздействуют на один телескопический механизм.
На фиг.6 приведен один из возможных вариантов исполнения звеньев телескопического механизма.
На платформе основания 1 (упрощенный вид - фиг.1 и 2), установленной у секций ротора 2 (фиг.3), расположена пространственная рама 3 с вертикальными направляющими 4. Рама с направляющими может быть образована из унифицированных блоков, устанавливаемых друг на друга. В направляющих 4 расположены катки 5 телескопических механизмов 6. Телескопические механизмы 6 образуют секции (на фиг.1 и 2 показаны семь секций), образованные балансирами 7, которые в середине установлены на опорах качания осей 8 катков 5. Концы этих балансиров 7 опорами качания попарно соединены короткими осями 9. Верхние звенья телескопических механизмов 6 соединены длинной осью 10, на которой закреплен вертлюг 11 со свечой труб (бурильной колонной) 12. Верхние балансиры 7 могут быть односторонними (см. верхнюю секцию). Верхняя секция может иметь длинные оси по бокам на краях балансиров 7, образуя прямоугольник. Несколько верхних секций могут иметь аналогичные длинные оси с одной стороны, образуя П-образный контур. На платформе основания 1 также расположены гидроцилиндры 13, головки 14 верхних секций гидроцилиндров соединены осью 15, на которой на опорах качания установлены середины верхних балансиров 7 нижней секции телескопических механизмов, середины нижних балансиров этой секции на опорах качания установлены на оси 16, зафиксированной на пространственной раме 3. На нижних балансирах 7 допускается установка противовесов 17 (фиг.2 и 4). Допускается различная конструкция звеньев телескопических механизмов 6: из унифицированных звеньев 7 или из центральных звеньев 18 и боковых звеньев 19 (фиг.6).
Спускоподъемный комплекс буровой установки работает следующим образом. Свеча труб 12 присоединяется к вертлюгу 11 с рукавом подачи раствора, когда телескопические механизмы 6 находятся в опущенном состоянии - головки 14 гидроцилиндров 13 в нижнем положении. Рабочая жидкость от насосной станции (на фигуре не показана) под давлением поступает в гидроцилиндры. Произведение давления жидкости на площадь поршней гидроцилиндров создает силы, которые поднимают верхние секции гидроцилиндров, головки 14, ось 15 и балансиры 7. Увеличение расстояния между осями 15 и 16 увеличивается кратно числу секций телескопических механизмов 6. Если это расстояние увеличится на два метра, то ось 10 с вертлюгом 11 переместится на 14 метров. Увеличивая число блоков пространственной рамы с направляющими, количество секций и величину хода верхней секции гидроцилиндров 13, можно изменять величину подъема свечи труб 12. Спуск свечи труб 12 осуществляется регулируемым отводом рабочей жидкости из гидроцилиндров 13, этот процесс можно автоматизировать. Противовесы 17 облегчают спускоподъемные операции.
Обозначения:
1 - платформа основания (упрощенный вид);
2 - секции ротора;
3 - пространственная рама;
4 - вертикальные направляющие;
5 - катки;
6 - телескопические механизмы;
7 - балансиры телескопических механизмов 6;
8 - оси катков 5;
9 - короткие оси концов балансиров 7;
10 - длинная ось верхних балансиров телескопических механизмов 6;
11 - вертлюг;
12 - свеча труб (бурильная колонна) 12;
13 - гидроцилиндры;
14 - головки верхних секций гидроцилиндров 13
15 - ось головок верхних секций гидроцилиндров 13;
16 - ось, зафиксированная на пространственной раме;
17 - противовесы нижних балансиров 7;
18 - центральные балансиры секций телескопических механизмов 6;
19 - боковые балансиры секций телескопических механизмов 6.