ГРУЗОПОДЪЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДДЕРЖКИ СМЕСИТЕЛЯ ДЛЯ ГИДРОРАЗРЫВА НА ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ
LOAD-LIFTING DEVICE TO SUPPORT VEHICLE MIXER INTENDED FOR HYDRAULIC FRACTURING

Настоящее изобретение относится к устройству крепления тяжелых грузов на транспортном средстве таким образом, чтобы груз мог перемещаться между транспортным положением и рабочим положением по вертикальной траектории, в частности к устройству для крепления смесителя для гидроразрыва пласта.
Гидроразрыв пласта для повышения дебита малодебитных скважин стал применяться в конце 1940-х годов. Затем наблюдался взрывообразный рост этого метода в середине 1950-х и дальнейший рост в середине 1980-х, когда гидроразрыв пласта стал доминирующей технологией стимулирования добычи главным образом на североамериканских месторождениях с низкой проницаемостью. К середине 1990-х сорок процентов новых нефтяных и семьдесят процентов газовых скважин в США подвергались гидроразрыву. С повышением возможностей средств, использовавшихся для гидроразрыва, и с изобретением гидроразрыва с высокой проницаемостью эта практика приобрела еще более широкое распространение и стала обычной практикой при вскрытии пласта на скважинах всех типов в США и особенно на газовых скважинах. Огромные преимущества, которые дает гидроразрыв на большинстве скважин, теперь общепризнаны. Считается, что гидроразрыв может дать несколько сотен тысяч баррелей в день на существующих скважинах во всем мире.
При гидроразрыве в подземный пласт закачивают текучие среды под давлением, достаточным для начала разрушения пласта. В созданную трещину для получения раствора закачивают гранулированные материалы, которые называют "расклинивающий наполнитель" и в качестве которых используют различные материалы - от песка до синтетических материалов. Такие расклинивающие наполнители удерживают созданную трещину в открытом состоянии после того, как давление нагнетания будет сброшено. Трещина, заполненная расклинивающим наполнителем, создает узкий, но проницаемый проток к стволу скважины.
Для облегчения гидроразрыва на существующих скважинах использую специальное оборудование, куда входит транспортируемый смеситель для получения раствора на буровой площадке. Обычно такие транспортируемые смесители крепят на полуприцепах или грузовиках или на подобных транспортных средствах. Типичный смеситель весит несколько тонн. Во время работы его необходимо переместить в рабочее положение и установить на уровне поверхности земли или около нее.
Известные транспортируемые смесители смонтированы в задней части транспортного средства и перемещаются из поднятого или транспортного положения в опущенное рабочее положение на месте проведения работ. Обычно смеситель крепят на шарнирном подъемном механизме и перемещают по дуге вокруг центра шарнира для поворота смесителя из верхнего транспортного положения в опущенное рабочее положение. Такая система крепления в лучшем случае является неудобной и создает огромные нагрузки на систему шарниров и на систему привода перемещения смесителя между двумя положениями.
Кроме того, такие массивные устройства трудно удерживать в равновесии при перемещении между двумя положениями даже в самых благоприятных условиях, что создает опасную возможность опрокидывания. В полевых условиях, где часто присутствует неровная поверхность и разнообразные условия окружающей среды, трудно поддерживать равновесие, и возникающие при этом напряжения могут привести к ускоренному износу и частым поломкам.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание надежного устройства для крепления и транспортировки смесителей для гидроразрыва на транспортной системе.
Этот технический результат достигается тем, что грузоподъемное устройство для поддержки смесителя для гидроразрыва на транспортном средстве с возможностью перемещения смесителя по существу по линейной вертикальной траектории между поднятым, транспортным положением и опущенным, рабочим положением, содержащее по существу прямоугольную опорную раму, установленную на транспортном средстве и имеющую вертикальные удлиненные боковые стороны и горизонтальные удлиненные верхний и нижний элементы, пару направляющих, установленных внутри рамы параллельно и на расстоянии друг от друга, проходящих вертикально между верхним и нижним элементами рамы и имеющих противоположный конец, прикрепленный к опорной раме, каретку, установленную на каждой направляющей и выполненную с возможностью перемещения по существу по вертикальной траектории вдоль направляющей, подвижную платформу, перекрывающую направляющие, установленную на каждой каретке и выполненную с возможностью перемещения вместе с ней внутри опорной рамы для по существу вертикального линейного перемещения внутри рамы между транспортным положением и рабочим положением, и приводную систему для перемещения смесителя и платформы между транспортным положением и рабочим положением.
Устройство может дополнительно содержать передающий брус, перекрывающий пространство между направляющими, зацепляющийся с каретками, непосредственно соединенный с приводной системой и установленный с возможностью скольжения на направляющих для обеспечения возможности его перемещения относительно направляющих.
Приводная система может быть выполнена с возможностью перемещения относительно опорной рамы для минимизации любых сил сцепления между приводной системой и передающим брусом.
Устройство может дополнительно содержать блок винтового домкрата, установленный на передающем брусе, при этом приводная система содержит вертикальный винт, установленный одним концом с возможностью вращения на верхнем элементе опорной рамы и проходящий от него в осевом направлении сквозь блок винтового домкрата. Противоположный конец вертикального винта может быть свободным с обеспечением возможности поступательного перемещения вертикального винта относительно опорной рамы.
Ниже следует более подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:
фиг.1 иллюстрирует смеситель для гидроразрыва согласно настоящему изобретению, установленный на шасси грузовика;
фиг.2 - увеличенный вид сбоку смесителя в той же ориентации, что и на фиг.1;
фиг.3 - вид смесителя в перспективе;
фиг.4 - вид подъемной рамы в перспективе;
фиг.5 - вид сзади подъемной рамы в перспективе;
фиг.6 - вид спереди подъемной рамы;
фиг.7 - вид сбоку подъемной рамы;
фиг.8 - разнесенный вид подъемной рамы с того же направления, что и на фиг.6;
фиг.9 - сечение по линии 9-9 на фиг.7;
фиг.10 - разнесенный вид в перспективе узла перемещающей клети и подъемной рамы;
фиг.11 - вид в перспективе перемещающего бруса;
фиг.12 - разнесенный вид в перспективе механизма винтового домкрата, перемещающего бруса и узла втулки и направляющей;
фиг.13 - разнесенный вид в перспективе узла корпуса втулки;
фиг.14 увеличенный частичный вид в перспективе узла скольжения.
Система смесителя 20 для гидроразрыва по предпочтительному варианту на фиг.1 показана установленной на грузовике 22. Главными компонентами системы являются подъемная рама 24, опорная клеть или основание 26 и смеситель 28. Силовая передача 20 приводится в действие гидравлическими двигателями, установленными на шасси грузовика. Вся система смесителя по настоящему изобретению установлена на клети 26, которая в свою очередь установлена на подъемной раме 24. Подъемная рама 24 установлена на шасси грузовика. Смеситель и клеть выполнены с возможностью перемещения по вертикальной линейной прямой траектории, показанной линией А, для перевода смесителя между поднятым транспортным положением, показанным на фиг.1, и опущенным рабочим положением.
На фиг.2 и 3 система 20 смесителя показана более подробно. Смеситель 28 имеет относительно типичную конструкцию и содержит пару приемных отверстий 30, 32 для подачи сухих материалов для смешивания. Присадка и расклинивающий наполнитель поступают в бункер 34, где они образуют раствор, который поступает в мешалку 36. По завершении цикла смешивания смешанный раствор выпускается через отверстие 38.
Весь узел смесителя установлен на клети или платформе 26. Клеть более подробно показана на фиг.10 и содержит основание или ступень 40, имеющую два участка 42 и 44 для установки смесителя 28. Угловые связи 46 и 48 и поперечная связь 50 обеспечивают жесткость конструкции и установлены так, чтобы охватывать и прочно удерживать смеситель. Для крепления клети к подъемной раме 24 имеются монтажные плиты 52 и 54.
Главной частью настоящего изобретения является узел подъемной рамы. На фиг.4 и 5 показаны перспективные виды спереди и сзади соответственно, где обозначены основные компоненты подъемной рамы 24. Фиг.6 - вид спереди подъемной рамы, фиг.7 - вид сзади подъемной рамы. Подъемная рама содержит внешнюю жесткую обвязку или внешнюю раму 60, имеющую монтажные кронштейны 62, 64 для установки всего узла на транспортный грузовик, как показано на фиг.1. Могут использоваться и дополнительные монтажные кронштейны 66 и 68, как показано на фиг.1. Внешняя рама поддерживает подъемный узел 70, смонтированный внутри внешней рамы.
Подъемный узел 70 лучше всего показан на разнесенном виде на фиг.8 и в сечении на фиг.9 по линии 9-9 на фиг.7. Как показано на фиг.9, подъемный узел 70 содержит пару жестких направляющих 72, 74. Каждая направляющая проходит по всему размеру рамы 60 и ее верхний конец 76 закреплен в верхнем кронштейне или пластине 78 рамы 60, а нижний конец 80 в нижнем кронштейне или пластине 82 рамы 60. На каждой из направляющих 72, 74 соответственно установлены каретки/втулки 84 и 86.
Узел втулки лучше всего показан на фиг.13. На этом чертеже показана втулка 84, которая содержит внутренний скользящий элемент 88, выполненный с возможностью скольжения по направляющей 74. Пара противоположных держателей 90 и 92 окружает скользящий элемент 88 и расположена между верхней пластиной 95 и нижней пластиной 96. Верхний конец каждого кронштейна содержит брус или выступ 98, в полностью собранном состоянии выступающий наружу за внешнюю грань монтажных пластин 100 и 102. Каждая полностью собранная втулка 84, 86 установлена с возможностью скольжения на соответствующей направляющей 72, 74, как показано на фиг.8 и 9.
Передающий брус 104 перекрывает обе втулки 84 и 86, как лучше всего видно на фиг.8, 11 и 12. Передающий брус перекрывает направляющие 72 и 74, и его внешние концы 105 и 107 введены в канал 99, определенный нижней кромкой 103 монтажной пластины 102 и выступом 98 каждой каретки/втулки 84 и 86 соответственно.
Как лучше всего видно на фиг.14, когда узел поднят (показано транспортное положение) передающий брус 104 зацепляет и поднимает каретки/втулки 84 и 86, зацепляясь с кромкой 103 пластины 102. В опущенном, рабочем положении передающий брус зацепляется с выступом 98 для фиксации узла в рабочем положении. Как показано на фиг.14, между внешними концами 105 и 107 перемещающего бруса и кромкой 103 пластины и выступом 98 имеется зазор G для обеспечения возможности скольжения. Это позволяет транспортному брусу свободно перемещаться в зазоре на регулируемое ограниченное расстояние и сводит к минимуму любые тенденции системы к заклиниванию или к созданию любых изгибающих нагрузок на ходовых винтах 106 и 108, когда передающий брус, втулки/каретки и груз перемещаются между нижним рабочим положением и верхним транспортным положением.
Каждый из пары ходовых винтов 106, 108 имеет верхний конец 113, прикрепленный к верхней пластине или кронштейну 78 опорной рамы 60, и нижний конец 114, прикрепленный к монтажному кронштейну 115. В предпочтительном варианте крепежный блок крепится непосредственно к шасси транспортного средства. Однако следует понимать, что может использоваться любая крепежная система, жестко соединяющая и фиксирующая винты в положении относительно шасси и опорной рамы. Передающий брус содержит пару ответных блоков 110 и 112 винтового домкрата для приема ходовых винтов 106 и 108 соответственно. Винтовые домкраты приводятся в действие гидравлическим двигателем (не показан), обычно устанавливаемым на шасси и вращающимся для подъема и опускания передающего бруса 104 и груза по вертикальной прямой траектории, определяемой винтами 106 и 108.
Передающий брус 104 лучше всего показан на фиг.11 и 12. В иллюстрируемом варианте передающий брус содержит пару боковых брусьев 116 и 118, закрепленных множеством промежуточных кронштейнов 120, 122, 124 и 126. Каждая пара кронштейнов 120, 122, 124 и 126, разнесенных вдоль брусьев 116 и 118, образует отверстие 128, выполненное с возможностью приема соответствующего узла каретки/втулки, чтобы передающий брус покоился на выступах 98. Блоки 110 и 112 винтовых домкратов смонтированы на пластинах 130 и 132 соответственно, которые также установлены на брусьях 116 и 118.
Как показано на фиг.6, 10 и 12, в каждой из кареток/втулок 84 и 86 выполнено множество крепежных отверстий 134, которые совпадают с крепежными отверстиями 136 на монтажных кронштейнах 52 и 56 клети 26 для установки клети на подъемной раме. Смеситель монтируется на клети соответствующим образом.
Этот узел позволяет перемещать смеситель между поднятым, транспортным положениям и опущенным, рабочим положением по прямой, вертикальной траектории. В нем также имеется узел ходового винта для привода подъемной рамы между крайним верхним транспортным положением и крайним нижним рабочим положением без приложения подклинивающих напряжений к винтам, поскольку передающий брус в системе установлен свободно. Далее, конструкция втулки/направляющей передает все консольные нагрузки от клети и смесителя на направляющие, минимизируя любые радиальные нагрузки на винты.
Система по настоящему изобретению существенно отличается от известных, поскольку обеспечивает линейное перемещение смесителя между поднятым и опущенным положением, в отличие от движения по дуге, при котором возникает большой изгибающий момент с большими нагрузками. Кроме того, система по настоящему изобретению обеспечивает вертикальную линейную поддержку смесителя на значительной площади, не ограничивая его перемещение между поднятым и опущенным положением, и не допускает возникновения изгибающих нагрузок на приводной механизм. Система, кроме того, позволяет сдвинуть груз ближе к шасси транспортного средства, сокращая риск опрокидывания.
Несмотря на то что показанная система предназначена для поддержки смесителя на транспортном средстве, следует понимать, что клеть может быть легко приспособлена для поддержки других видов тяжелого оборудования, которое необходимо перевозить на место работы и перемещать из транспортного в рабочее положение. Хотя выше были подробно описаны лишь некоторые признаки и варианты настоящего изобретения, следует понимать, что настоящее изобретение охватывает все модификации и улучшения, которые подпадают под объем и идею прилагаемой формулы изобретения.