УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНТАЖА БУРОВЫХ ВЫШЕК БАШЕННОГО ТИПА

Полезная модель относится к буровой технике, в частности к устройствам для монтажа буровых вышек башенного типа.
Известно устройство для монтажа буровых вышек методом «сверху-вниз», расположенное внутри вышки (патент РФ №793927, опубликован 07.01.1981 г МПК Е21В 15/00). Указанное устройство включает решетчатый призматический корпус с четырьмя направляющими, выполненными из трубчатых колонн с распорками, раскосами и опорным гнездом, в котором установлен гидравлический домкрат с плунжером. Домкрат расположен в центре верхней части корпуса и снабжен выдвижной площадкой, представляющей собой четырехугольную раму с четырьмя опорными стойками, перемещающимися внутри колонн корпуса. Монтаж вышки начинается на полу буровой со сборки вышки вокруг подъемного устройства. Монтируют первую (верхнюю) секцию вышки, поднимают на величину высоты секции, монтируют следующую секцию и т.д. до окончания сборки вышки. Указанная полезная модель применима на морских нефтяных промыслах.
Недостатками данного подъемного устройства является необходимость поэлементного монтажа секции вокруг подъемного устройства, что увеличивает время на монтаж/демонтаж вышки, кроме того, установка устройства в центре вышки затрудняет его демонтаж и последующий монтаж для разборки вышки.
Известны специальные вышечные подъемники (подъемники Кершенбаума) для сборки башенных вышек методом «сверху-вниз» (см. Денисов П.Г., Сооружение буровых, Москва, Недра, 1974, 392 с, с.104-110). По принципу действия все подъемники одинаковы и различаются размерами и грузоподъемностью. Подъемное устройство представляет пространственную конструкцию, состоящую из четырех спаренных стоек (колонн), четырех башмаков - опор трубных стоек, четырех наголовников - верхних связей трубных стоек, четырех нижних и четырех верхних поясов, восьми диагональных связей, двух опорных балок с роликами для страхового устройства, двух несущих труб (подъемных балок) для строповки собранных секций вышки, четырех верхних и четырех нижних блоков полиспастов, служащих для подъема собранных или опускания разбираемых секций вышки. Сборка подъемника начинается со сборки панелей в горизонтальном положении, а затем производится подъем их в вертикальное положение. Сборку секций вышек таким подъемником осуществляют по деталям, которые подают на пол буровой. При каждом подъеме собранной части вышки для сборки очередной секции рабочим нужно уходить на безопасное от вышки расстояние, а затем возвращаться на рабочее место.
Недостатком такой конструкции устройства является невозможность сборки вышки готовыми секциями, что приводит к большим временным затратам при монтаже вышки. Кроме того, недостатком указанного устройства является низкая монтажеспособность, связанная с большими затратами времени на монтаж/демонтаж подъемного устройства, содержащего большое число узлов и деталей, и необходимостью в операции натяжения оснастки полиспастов, требующей дополнительных затрат времени при монтаже устройства.
В качестве ближайшего аналога устройства для монтажа буровых вышек башенного типа методом «сверху-вниз» выбран подъемник типа ПВЛ, выполненный в блочном исполнении, что позволяет частично разбирать подъемное устройство после монтажа вышки (см. Анашкина А.Е., Чувашев В.П., Вышечные подъемники. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине "Машины и оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин, Тюмень, 2003, издательство «Нефтегазовый университет», 19 с, с.10-16).
Подъемник типа ПВЛ (устройство для монтажа буровых вышек башенного типа) содержит подъемную часть (подъемное устройство), привод подъемника в виде электролебедки с элементами соединения ее с подъемной частью, вспомогательную лебедку, предназначенную для подъема на монтажную площадку и монтажа деталей вышки.
Подъемная часть включает четыре спаренные стойки со своими полиспастами, и сгруппирована в два транспортно-монтажных узла. Каждый узел представляет собой опорную раму санного типа, на которую параллельно уложены и шарнирно закреплены своими опорами две спаренные стойки (колонны). Внутренние и наружные четыре стойки посредством верхних поясов и диагональных тяг собирают в две панели и с помощью стрел, входящих в комплект подъемника, поднимают в вертикальное положение. Каждую поднятую панель крепят двумя подкосами к опорам на шарнирах. Подкосы устанавливают на наголовники и опоры, приваренные на рамах. Передняя и задняя грани подъемника содержат несущие балки (опорные балки), на которые перпендикулярно несущим балкам и параллельно друг другу установлены несущие трубы (подъемные балки), снабженные стропами для строповки секций вышки. Для предотвращения перемещения несущих труб с обеих сторон труб на опорные балки вручную подставляют деревянные клинья. В комплексе подъемника предусмотрены монтажные лестницы, которые могут навешиваться на верхние пояса и использоваться при монтаже.
Несмотря на наличие двух транспортно-монтажных узлов устройство обладает низкой монтажеспособностью, связанной с конструктивными особенностями устройства, в частности:
- сборка, подъем и установка панелей подъемного устройства требуют больших затрат времени при монтаже/демонтаже устройства;
- наличие полиспастной оснастки приводит к необходимости уравнивания натяжения и длины канатов, что приводит к дополнительным затратам времени;
- потребность в демонтаже устройства до транспортно-монтажных узлов после окончания сборки вышки и последующем монтаже его для разборки вышки.
Кроме того, конструкция данного устройства не обеспечивает (кроме верхней секции) возможность подачи в рабочую зону подъемного устройства готовых или предварительно собранных секций вышки, что ограничивает возможность его применения, и приводит к увеличению трудоемкости и времени на монтаж/демонтаж башенной вышки.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении монтажеспособности устройства и снижение трудоемкости технологических операций за счет конструктивных изменений, обеспечивающих уменьшение времени на монтаж/демонтаж самого устройства и монтаж предварительно собранных секций вышки.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для монтажа буровых вышек башенного типа, содержащем подъемное устройство, включающее четыре колонны, две опорные балки, установленные с возможностью вертикального перемещения вдоль колонн, подъемные балки, расположенные перпендикулярно опорным балкам и установленные с возможностью перемещения вдоль опорных балок, привод подъемного устройства, вспомогательную лебедку, при этом подъемные балки снабжены элементами для строповки секций вышки, согласно полезной модели, колонны выполнены в виде четырех домкратов, каждый из которых снабжен опорной площадкой и приводом, приводы домкратов связаны между собой и образуют привод подъемного устройства, на опорных площадках закреплены опорные балки, при этом подъемное устройство снабжено рельсовыми путями, предназначенными для установки на пол буровой и монтажной площадок, и тележками, на которых установлена рама, снабженная элементами для фиксации секций вышки.
В частном случае колонны выполнены в виде винтовых домкратов, каждый из которых снабжен электроприводом с редуктором и связан с двумя ближайшими домкратами регулируемыми по длине поясами.
В частном случае опорные балки закреплены на опорных площадках посредством осей, установленных на опорных балках, и соответствующих гнезд или отверстий, выполненных на опорных площадках, при этом каждая из опорных площадок снабжена механизмом передвижения «вперед-назад» по отношению к опорной балке.
В частном случае подъемные балки выполнены в поперечном сечении прямоугольной формы, при этом для обеспечения их перемещения вдоль опорных балок каждый из концов подъемных балок связан двумя канатами, расположенными с разных сторон балки, со вспомогательной лебедкой, причем на каждой обращенной друг к другу стороне опорных балок установлены четыре неподвижных блока, через которые перекинуты соответствующие канаты.
В частном случае на обращенных друг к другу сторонах подъемных балок закреплены кронштейны, на которых установлены элементы для строповки секций вышки, выполненные в виде штропов.
В частном случае опорные и подъемные балки снабжены подвесными площадками для персонала, каждая из которых содержит четыре стойки, концы которых попарно закреплены на элементах, свободно лежащих на опорных и подъемных балках, при этом боковые поверхности опорных балок снабжены направляющими стаканами, в которых установлены с возможностью вертикального перемещения стойки площадок.
В частном случае подъемное устройство снабжено двумя рельсовыми путями, на каждом из которых установлены две связанные между собой тягами тележки, образующие протяженный элемент, при этом каждая тележка оборудована домкратом, причем протяженные элементы снабжены тросами для перемещения их вспомогательной лебедкой.
В частном случае рама выполнена крестообразной формы в виде двух балок, связанных в рабочем положении двумя поворотными тягами, при этом одна балка выполнена сплошной, другая балка выполнена из двух элементов, шарнирно установленных на сплошной балке с возможностью поворота к ней для обеспечения транспортного положения.
Сущность полезной модели поясняется следующим образом.
Необходимо отметить, что потребность в устройстве для сборки башенных вышек, обеспечивающем монтаж вышки секциями, поставляемыми на буровую площадку крупными сборочными единицами в виде секций или крупных элементов секций, обусловлена требованием к повышению монтажеспособности вышки.
Выполнение колонн подъемного устройства в виде четырех домкратов, каждый из которых снабжен опорной площадкой и приводом, позволило отказаться от применения полиспастной оснастки, что привело к сокращению времени на монтаж/демонтаж подъемного устройства за счет исключения длительных по времени операций сборки панелей и уравнивания натяжения и длины канатов оснасток.
Кроме того, выполнение колонн в виде домкратов, на которых установлены опорные и подъемные балки, исключает демонтаж устройства после монтажа вышки, что сокращает время на монтажные работы, способствует увеличению монтажеспособности и снижению трудоемкости при монтаже подъемного устройства.
Снабжение каждого домкрата приводом позволяет отрегулировать высоту каждой из опорных площадок для обеспечения горизонтальности опорных балок, при этом связь приводов между собой обеспечивает синхронный подъем опорных балок.
Снабжение подъемного устройства рельсовыми путями, предназначенными для установки на пол буровой и монтажной площадок, и тележками, на которых установлена рама, снабженная элементами для фиксации секций вышки, обеспечило подачу секции вышки с монтажной площадки в рабочее пространство подъемного устройства, что привело к сокращению времени на монтаж/демонтаж вышки и снижению трудоемкости выполняемых работ при монтаже вышки.
Применение винтовых домкратов, каждый из которых снабжен электроприводом с редуктором, позволяет обеспечить значительный рабочий ход и высоту подъема. В большинстве случаев винтовой домкрат надежен в эксплуатации, однако возможно применение и гидравлических домкратов.
Связь каждого из домкратов с двумя ближайшими домкратами при помощи регулируемых по длине поясов обеспечила устойчивость домкратов и жесткость пространственной конструкции подъемного устройства.
Закрепление опорных балок на опорных площадках посредством осей, установленных на опорных балках, и соответствующих гнезд или отверстий, выполненных на опорных площадках, позволяет производить быструю установку опорной балки на площадке домкрата. Снабжение каждой из опорных площадок механизмом передвижения «вперед-назад» позволяет отрегулировать расстояние между опорными площадками при несовпадении расстояния между осями опорной балки и гнездами или отверстиями опорных площадок.
Выполнение подъемных балок в поперечном сечении прямоугольной формы обеспечивает устойчивое положение их на опорных балках и исключает необходимость применения деревянных клиньев, что снижает трудоемкость при монтаже вышки и повышает безопасность работы. При этом связь каждого из концов подъемных балок двумя канатами, расположенными с разных сторон балки, со вспомогательной лебедкой, и установка на каждой из обращенных друг к другу сторон опорных балок четырех неподвижных блоков, через которые перекинуты соответствующие канаты, позволило обеспечить перемещение подъемных балок по направлению друг к другу и в обратном направлении. При этом неподвижные блоки одновременно являются ограничителями перемещения в обе стороны подъемных балок.
Закрепление кронштейнов на обращенных друг к другу сторонах подъемных балок, на которых установлены элементы для строповки секций вышки, выполненные в виде штропов, обеспечивает подъем разных по размеру и форме секций вышки. При этом выполнение элементов для крепления секций вышки в виде штропов позволило повысить безопасность работы персонала благодаря исключению строповки канатом.
Снабжение опорных и подъемных балок подвесными площадками для персонала повышает безопасность и удобство работы персонала на высоте. При этом установка стоек подвесных площадок с возможностью вертикального перемещения в направляющих стаканах, выполненных на боковых сторонах опорных балок, обеспечивает беспрепятственное перемещение опорных балок до крайнего нижнего положения после соприкосновения подвесных площадок с полом буровой. Закрепление концов стоек попарно на элементах, свободно лежащих на опорных и подъемных балках, исключает перекос и заклинивание стоек.
Установка на каждом из двух рельсовых путей по две связанные между собой тягами тележки, образующие протяженный элемент, обусловлена обеспечением устойчивости и жесткости конструкции, а также снижением металлоемкости. Так выполнение одной протяженной тележки будет трудоемким и металлоемким при изготовлении.
Снабжение протяженных элементов связывающими их элементами, например, тросами обеспечивает возможность их перемещения по рельсовым путям вперед или назад при помощи вспомогательной лебедки.
Оборудование тележек гидродомкратами позволяет приподнять установленную на раме секцию на высоту, обеспечивающую соединение верхних проушин этой секции с нижними проушинами предварительно поднятой балками секции.
Выполнение рамы крестообразной формы в виде двух балок, связанных в рабочем положении двумя поворотными тягами, и выполнение при этом одной балки сплошной, другой - из двух элементов, шарнирно установленных на сплошной балке с возможностью поворота к ней, при больших габаритах рамы обусловлено необходимостью обеспечения двух ее положений: рабочего или транспортного.
Таким образом, предложенная полезная модель позволяет обеспечить посекционный монтаж/демонтаж вышки, тем самым значительно снизить трудоемкость технологических операций, кроме того выполнение колонн подъемного устройства в виде домкратов значительно сокращает время на монтаж самого устройства исключая его демонтаж после монтажа вышки, что повышает монтажеспособность устройства.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели условию патентоспособности «новизна».
Условие патентоспособности полезной модели «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного выполнения устройства для монтажа буровых вышек башенного тип.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг.1 - общий вид устройства для монтажа буровых вышек башенного типа с установленной на раме одной из секций вышки;
на фиг.2 - вид сверху фиг.1;
на фиг.3 - выносной вид I;
на фиг.4 - выносной вид II - фиксация секции вышки штропом подъемной балки;
на фиг.5 - разрез А-А на фиг.1;
на фиг.6 - рама в транспортном положении.
Устройство для монтажа буровых вышек башенного типа включает подъемное устройство 1, вспомогательную лебедку 2, тележки 3 с рамой 4, предназначенные для установки на рельсовые пути 5.
Подъемное устройство 1 содержит четыре винтовых домкрата 6, опорные балки 7 и подъемные балки 8, связанные канатами 9 со вспомогательной лебедкой 2.
Каждый винтовой домкрат 6 содержит электропривод 10 с редуктором и опорную площадку 11. Электроприводы 10 связаны между собой и образуют привод подъемного устройства 1. Управление электроприводами 10 обеспечивается с пульта управления с системой индикации подъема (на чертеже не показано), при этом с единого пульта управления обеспечивается как перемещение опорной площадки каждого домкрата, так и синхронное перемещение всех опорных площадок.
Опорные балки 7 содержат оси 12 (см. фиг.3), которые устанавливаются в отверстие 13 опорной площадки 11. При этом каждая из опорных площадок 11 снабжена механизмом передвижения «вперед-назад», выполненным в виде регулируемого винта 14.
Для обеспечения жесткости пространственной конструкции винтовые домкраты соединены между собой регулируемыми по длине поясами 15.
Подъемные балки 8 имеют прямоугольное сечение и расположены параллельно относительно друг друга и перпендикулярно по отношению к опорным балкам 7 с опорой на них. Вдоль обращенных друг к другу сторон подъемных балок 8 закреплены кронштейны 16, на которых шарнирно установлены штропа 17 (см. фиг.4). На обращенных друг к другу сторонах опорных балок 7 симметрично относительно центра опорной балки с каждой ее стороны установлены по два неподвижных блока 18, через которые перекинуты канаты 9, связывающие каждую из боковых сторон подъемной балки 8 с канатом вспомогательной лебедки 2.
На опорных балках 7 установлены подвесные площадки 19, которые содержат стойки 20, закрепленные на двутаврах 21 (см. фиг.5). Двутавры 21 свободно лежат на опорных балках 7. Стойки 20 подвесных площадок 19 установлены в направляющих стаканах 22, выполненных на боковых сторонах опорных балок 7, что позволяет обеспечить перемещение опорных балок 7 в крайнее нижнее положение при соприкосновении подвесных площадок 19 с полом буровой. На подъемных балках 8 установлены подвесные площадки (на чертеже не показаны), выпиленные аналогично подвесным площадкам 19, но при этом подвесные площадки, установленные со стороны монтажной площадки, имеют меньшие размеры для обеспечения прохождения секции вышки.
Две тележки 3, установленные на одном рельсовом пути 5, связаны между собой тягами 23, и образуют один протяженный элемент, при этом протяженные элементы со стороны их перемещения «вперед-назад» снабжены тросами 24. На тележках 3 закреплена крестообразная рама 4 (см. фиг.2). Рама 4 для обеспечения фиксации различных по ширине секций вышки содержит симметрично расположенные относительно ее оси элементы 25, выполненные в виде проушин и кронштейнов. Тележки 3 оборудованы гидродомкратами 26.
Рама 4 выполнена в виде крестообразно расположенных балок 27, 28, зафиксированных в рабочем положении двумя поворотными тягами 29. При этом одна балка 27 выполнена сплошной и снабжена элементами 30 для закрепления тяг 29 в рабочем и транспортном положении. Другая балка 28 для обеспечения транспортного положения выполнена из двух элементов, шарнирно установленных на балке 28 с возможностью поворота к ней, и снабжена элементами 30 для закрепления тяг 29 в рабочем положение. Транспортное положение рамы 4 показано на фиг.6. Для обеспечения установочных размеров на полу буровой и монтажной площадок рельсовые пути снабжены регулируемыми тягами 31.
Сборка устройства для монтажа буровых вышек башенного типа выполняется следующим образом.
Винтовые домкраты 6 устанавливают по углам основания вышечно-лебедочного блока и фиксируют болтами. На пол буровой и монтажной площадок укладывают рельсовые пути 5 и тягами 31 обеспечивают установочные размеры. На рельсовые пути 5 устанавливают тележки 3. Установленные на одном рельсовом пути две тележки 3 связывают тягами 23 с образованием одного протяженного элемента. На протяженные элементы с обеих сторон устанавливают тросы 24. Раму 4 приводят в рабочее положение, для чего каждый элемент балки 28 раскрепляют и поворачивают на 90°, и в этом положении закрепляют элементы балки 28 тягами 29. После чего раму 4 устанавливают на тележки 3.
На опорные площадки 11 винтовых домкратов 6 устанавливают опорные балки 7 таким образом, чтобы ось 12 опорной балки 7 вошла в отверстие 13 опорной площадки 11. При несовпадении оси 12 с отверстием 13 производят регулировку винтом 14 механизма передвижения опорной площадки 11 до момента их совпадения. После чего при помощи электроприводов производят регулировку горизонтальности положения опорных балок 7. На опорные балки 7 укладывают параллельно друг другу подъемные балки 8, к концам которых с обеих сторон присоединяют канаты 9, переброшенные через соответствующие неподвижные блоки 18.
На опорные балки 7 и подъемные балки 8 навешивают подвесные площадки.
На пол буровой площадки устанавливают вспомогательную лебедку 2, которая служит для перемещения подъемных балок 8 вдоль опорных балок 7 или тележек 3 по рельсовым путям 5.
Устройство для монтажа буровых вышек башенного типа работает следующим образом.
Монтаж вышки осуществляют последовательной сборкой, начиная с верхней (восьмой) секции вышки и заканчивая нижней (первой) секцией.
Верхняя секция в конкретном исполнении представляет собой кронблок с секцией 8, которая служит подкронблочной рамой. Седьмая и шестая секция имеют форму усеченного конуса, а последующие секции - прямоугольную форму.
Верхнюю секцию вышки (далее - восьмая секция) устанавливают на раму 4 тележек 3 и прикрепляют к элементам 25. Трос 24 цепляют канатом вспомогательной лебедки 2 и завозят тележки 3 с верхней секцией на пол буровой площадки до совпадения центра секции вышки с намеченным центром на полу буровой площадки. Отцепляют вспомогательную лебедку 2 от троса 24. При нижнем положении опорных балок 7 при помощи канатов 9 вспомогательной лебедкой 2 перемещают подъемные балки 8 к восьмой секции вышки. Закрепляют штропа 17, установленные на кронштейнах 16, к боковым проушинам восьмой секции, после чего открепляют восьмую секцию от элементов 25 рамы и поднимают секцию винтовыми домкратами 6 на высоту, обеспечивающую завоз седьмой секции вышки. Тележки 3 при помощи вспомогательной лебедки 2 вывозят на монтажную площадку и устанавливают и закрепляют на раму 4 седьмую секцию вышки.
Тележки 3 с установленной на них седьмой секцией вспомогательной лебедкой 2 завозят на пол буровой площадки. Гидродомкратами 26 поднимают седьмую секцию до стыковки проушин восьмой и седьмой секций и соединяют их. Затем опускают гидродомкраты 26 и винтовыми домкратами 6 опускают соединенные между собой секции на раму 4 тележек 3. Отсоединяют штропа 17 от восьмой секции и отводят подъемные балки 8 на расстояние, обеспечивающее свободное опускание опорных 7 и подъемных балок 8 без касания об элементы секций вышки. Опускают опорные 7 и подъемные 8 балки в нижнее положение и подводят подъемные балки 8 к нижним боковым проушинам седьмой секции вышки. Соединяют штропа 17 с проушинами седьмой секции и поднимают соединенные секции семь и восемь на высоту, обеспечивающую завоз шестой секции, после чего вывозят тележки 3 на монтажную площадку.
Устанавливают шестую секцию вышки на раму 4 тележек 3 и прикрепляют к элементам 25. Завозят шестую секцию на тележках 3 на пол буровой площадки, гидродомкратами 26 поднимают ее до стыковки проушин шестой и седьмой секций и соединяют их. Затем опускают гидродомкраты 26 и вывозят тележки 3 на монтажную площадку. Винтовыми домкратами 6 опускают соединенные секции вышки и устанавливают на технологические опоры. Отсоединяют штропа 17 от седьмой секции и отводят подъемные балки 8 на расстояние, обеспечивающее свободное опускание опорных 7 и подъемных балок 8 без касания об элементы секций вышки. Опускают опорные 7 и подъемные балки 8 в нижнее положение и подводят подъемные балки 8 к нижним боковым проушинам шестой секции вышки. Соединяют штропа 17 с проушинами шестой секции и поднимают соединенные секции шесть, семь, восемь на высоту, обеспечивающую завоз пятой секции вышки.
Монтаж пятой и следующих секций осуществляют аналогичным образом.
При заявленном выполнении устройства после сборки вышки для подачи необходимого оборудования на вышку достаточно убрать со стороны монтажной площадки пояс 15 и подъемную балку 8 с подвесными площадками. Все остальные элементы устройства не требуют демонтажа.
Таким образом, сборка устройства для монтажа буровых вышек башенного типа осуществляется один раз перед монтажом вышки и не требует дальнейшего демонтажа и последующего монтажа для осуществления демонтажа вышки, что значительно экономит время и снижает трудоемкость. При этом снабжение подъемного устройства рельсовыми путями и тележками обеспечивает сокращение времени на монтаж вышки за счет подачи посекционно в рабочее пространство подъемного устройства предварительно собранных на заводе или на монтажной площадке секций вышки и исключает трудоемкие технологические операции при монтаже вышки подъемным устройством.