УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ТРУБ
DEVICE FOR DISPLACEMENT OF PIPES

Область применения изобретения
Настоящее изобретение имеет отношение к устройству для перемещения труб, предназначенному для использования при работах на нефтяной скважине.
Предпосылки к созданию изобретения
Во время операций образования ствола скважины и заканчивания скважины необходимо собирать вместе и/или разбирать на части длинные колонны трубных изделий, таких как буровые трубы и обсадные трубы. Колонны труб могут иметь длину тысячи футов, и поэтому необходимо транспортировать плети труб (длиной ориентировочно от 33 до 45 футов) от трубной погрузочно-разгрузочной эстакады, расположенной на удалении от буровой установки, до пола буровой установки. Когда поднимают бурильную колонну из скважины, колонну труб разделяют на отдельные плети и возвращают на трубную эстакаду.
Перемещение труб нефтяной скважины является одной из самых опасных операций на буровой установке. Некоторые плети труб весят тысячи фунтов, и трудно перемещать трубу из горизонтального положения снизу и на удалении от буровой установки в вертикальное положение, нависающее над центром скважины в буровой установке.
Было бы желательно создать устройство для перемещения труб, которое позволяет транспортировать трубу между трубной эстакадой и полом буровой установки с пониженной опасностью падения трубы или трубной обвязки и повреждения оборудования и персонала. Также было бы желательно, альтернативно или в дополнение, чтобы устройство могло устанавливать трубу в наклонном положении, так чтобы ее конец, например втулочный конец трубы, нависающий над полом буровой установки, имел легкий доступ для подъемников. Альтернативно или дополнительно, было бы желательно создать устройство для перемещения труб, которое уменьшает необходимость ручного перемещения труб. Такое устройство и является предметом настоящего изобретения.
Сущность изобретения
В соответствии с настоящим изобретением, предлагается устройство для перемещения труб, на пол буровой установки и с него, которое содержит: основную опорную конструкцию, рампу, которая может выдвигаться между основной опорной конструкцией и полом буровой установки, держатель, установленный на основной опорной конструкции с возможностью перемещения относительно нее между нижним положением и поднятым положением над рампой, причем держатель имеет рамповый конец, расположенный поблизости от рампы, противоположный конец и удлиненное углубление на своей верхней поверхности, предназначенное для ввода в него трубы, подъемный рычаг, имеющий первый конец и второй конец, причем подъемный рычаг шарнирно соединен (с держателем) на его первом конце, смежном с противоположным концом держателя, и располагается ниже держателя, чтобы поднимать противоположный конец держателя и поддерживать его в поднятом положении, направляющую на основной опорной конструкции, предназначенную для обеспечения осевого движения скольжения держателя и подъемного рычага вдоль нее, причем направляющая имеет упорный элемент для ограничения осевого движения второго конца подъемного рычага вдоль направляющей в направлении к рампе, и систему привода, предназначенную для того, чтобы тянуть держатель из нижнего положения, для перемещения вдоль рампы в поднятое положение, причем система привода позволяет тянуть подъемный рычаг вдоль направляющей, пока он не упирается в упорный элемент в направляющей, и продолжает его тянуть, чтобы заставить подъемный рычаг повернуться относительно упорного элемента.
Краткое описание чертежей
Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания его предпочтительного варианта, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи. Однако следует иметь в виду, что возможны и другие варианты настоящего изобретения, что не выходит за рамки настоящего изобретения и соответствует его сущности, так что указанные чертежи и последующее детальное подробное описание изобретения следует считать пояснительными и не имеющими ограничительного характера.
На фиг.1 показан вид в перспективе устройства для перемещения труб, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением, которое показано вместе с полом буровой установки и трубной эстакадой, причем устройство находится в нижнем положении.
На фиг.2 показан вид в перспективе устройства для перемещения труб, показанного на фиг.1, на другом этапе работы, при перемещении между нижним положением и полностью поднятым положением.
На фиг.3 показан вид в перспективе устройства для перемещения труб, показанного на фиг.1 и 2, на другом этапе работы, в поднятом положении и расположенным над полом буровой установки.
На фиг.4 показан вид сбоку устройства для перемещения труб, с условно удаленными мостками, чтобы показать держатель в положении, соответствующем показанному на фиг.1.
На фиг.5 показан вид сбоку устройства для перемещения труб, с условно удаленными мостками, чтобы показать держатель в положении, соответствующем показанному на фиг.2.
На фиг.6 показан вид сбоку устройства для перемещения труб в положении, соответствующем положению, показанному на фиг.3.
На фиг.7 показан с увеличением вид в перспективе держателя, который может быть использован в устройстве для перемещения труб, в положении, соответствующем показанному на фиг.3.
На фиг.8 показан другой вид в перспективе держателя, показанного на фиг.7.
На фиг.9 показан с увеличением вид в перспективе системы контроля трубы, которая может быть использована в устройстве для перемещения труб.
На фиг.10 показан другой вид системы контроля трубы, показанной на фиг.9, на другом этапе работы.
На фиг.11 показан другой вид системы контроля трубы, показанной на фиг.9, на другом этапе работы.
На фиг.12 показан разрез по линии 1-1 фиг.9.
Подробное описание изобретения
На фиг.1-3 показано устройство 10 для перемещения труб, предназначенное для перемещения труб от расположенной на земле трубной эстакады 11 на пол 12 буровой установки 14.
Устройство 10 для перемещения труб содержит, в качестве основных компонентов, рампу 15 и основную опорную конструкцию 16, которая может содержать один или несколько мостков 38, 39 и подвижный держатель 22 трубы. Основная опорная конструкция 16 может быть установлена на поверхности 13 земли, а рампа 15 соединяет основную опорную конструкцию 16 устройства с полом 12 буровой установки. Трубная эстакада 11 может быть расположена поблизости от основной опорной конструкции и служит для подачи или приема плетей 20 труб. Плети 20 труб проходят между буровой установкой и трубной эстакадой при помощи держателя 22 трубы, детали построения которого обсуждаются далее более подробно.
Устройство 10 для перемещения труб содержит систему привода для перемещения держателя трубы между нижним положением (фиг.1 и 4), промежуточным положением (фиг.2 и 5) и поднятым положением (фиг.3 и 6). В последующем описании, термин "рамповый конец" означает конец держателя трубы, смежный с рампой, в то время как "дальний конец" держателя трубы означает конец, противоположный концу рампы. В показанном варианте, система привода может быть основана на кабельном приводе и может содержать, например, лебедку, которая позволяет обеспечить работу с высокой скоростью. В показанном варианте, смещенные друг от друга тросы 24 движутся в контакте с верхними шкивами 25 и каждый трос содержит крайний конец 24а, намотанный вокруг барабана 29 лебедки, и противоположный конец 24b троса, прикрепленный к держателю 22 трубы. Множество тросов 24 могут быть использованы для дублирования, однако само собой разумеется, что при желании может быть использован всего один трос.
Система привода дополнительно содержит узел подъема дальнего конца держателя, который содержит подъемный рычаг 30, который соединен цапфой в точке 31 с дальним концом держателя трубы. Держатель 22 и подъемный рычаг 30 движутся вдоль направляющей 34 на основной конструкции 16 во время подъема и опускания держателя 22, например, с облегчением движения при помощи роликов 32, 33 или поверхностей снижения трения, предусмотренных на деталях. Направляющая идет вдоль длинной оси основной опорной конструкции и создает опорную поверхность, ограниченную, например, при помощи пары удлиненных фланцев, так что узел держателя и подъемного рычага может двигаться вдоль направляющей в направлении к рампе и в противоположном направлении. Ролики могут иметь фланцы для облегчения их центрирования на направляющей 34.
Подъемный рычаг 30 может иметь различный вид. В показанном варианте, подъемный рычаг содержит пару боковых балок фиксированной длины, соединенных при помощи поперечин, однако возможны и другие его формы, например одна центральная балка, пара отдельных балок или же один или несколько гидроцилиндров.
Направляющая 34 может быть расположена в продольно идущей, открытой вверх выемке 35, позволяющей устанавливать держатель 22 трубы с его верхней поверхностью главным образом заподлицо с мостками 38, 39.
Рампа 15 служит для приема и поддержки рампового конца держателя 22, когда он движется в различных рабочих положениях относительно пола буровой установки. В показанном варианте, рампа 15 содержит параллельные, смещенные друг от друга, открытые концевые направляющие элементы 40 и 41, которые могут быть соединены при помощи перемычки 47 или другого средства, чтобы удерживать их на расстоянии друг от друга. Рампа 15 дополнительно содержит верхний конец 50, имеющий опорную поверхность, позволяющую поддерживать движение держателя поверх нее. Нижний рамповый конец держателя 22 трубы содержит противоположные ролики 48. Ролики могут поступать (входить) в направляющие элементы 40, 41 через их открытые концы и входить в контакт с малым трением с противоположными направляющими элементами 40 и 41, когда держатель 22 движется вдоль рампы 15. Обратная сторона 22а держателя позволяет двигаться поверх верхнего конца 50, когда ролики 48 выходят из верхних открытых концов направляющих элементов 40, 41, что позволяет дополнительно иметь пространство для расположения держателя поверх пола буровой установки. Боковые кромки верхнего конца 50 могут быть подняты относительно опорной поверхности, чтобы поддерживать центрирование держателя на рампе, когда он движется поверх нее.
Для перемещения держателя между нижним положением и поднятым положением лебедка 29 может натягивать тросы 24, которые в свою очередь тянут (вытягивают) держатель. Из положения, показанного на фиг.4, где держатель 22 расположен в выемке 35, это тяговое усилие поднимает рамповый конец держателя из выемки и перемещает ролики 48 на рампу 15, которая входит на направляющие 40, 41. Продолжение тягового усилия лебедки тянет держатель 22 и подъемный рычаг 30 вдоль направляющей 34, пока конец подъемного рычага, например ролики 32, не будут остановлены, например, попадая в карман 34а в направляющей, как это показано на фиг.5. Когда это происходит при продолжении тягового усилия лебедки 29, подъемный рычаг 30, за счет его цапфового соединения в точке 31 и за счет оси поворота, созданной концом подъемного рычага, поворачивается в его заторможенном положении (то есть когда ролики 32 находятся в кармане 34а), и отклоняется вверх, чтобы поднимать дальний конец держателя 22 трубы из нижнего положения по дуге вертикально вверх и горизонтально в направлении буровой установки, как это показано на фиг.1-6. Тросы 24 могут быть соединены с обратной стороной держателя 22 трубы на расстоянии D от рампового конца держателя, чтобы позволить тянуть держатель вперед при помощи тросов, поверх верхнего конца 50 рампы. В показанном варианте, тросы 24 соединены с держателем в точке 47а, которая находится на расстоянии D от рампового конца, которое превышает расстояние D, на которое желательно вытягивать рамповый конец за верхний конец 50 рампы. Таким образом, лебедка 29 может создавать тяговое усилие для подъема держателя 22 вверх от конструкции 16 и может вытягивать конец держателя за рампу над полом буровой установки.
В соответствии с вариантом, показанным на фиг.12, держатель 22 может содержать множество соединительных точек 47а, 47b, в которых могут быть присоединены тросы 24. Так как срок службы троса ограничен трением при его перемещении в контакте со шкивами, срок службы троса может быть увеличен за счет изменения его подключения от одной соединительной точки, например 47а, к другой соединительной точке, например 47b, так что две различные области вдоль троса могут перемещаться поверх шкивов 25 в течение различных периодов срока службы троса.
Держатель 22 содержит область его верхней поверхности, имеющую такую конфигурацию, что трубная плеть 20, принятая на нее, за счет силы тяжести перемещается в самое нижнее, расположенное по центру, положение в лотковой опоре, как это показано на различных чертежах. В частности, верхняя поверхность держателя содержит удлиненное углубление или лоток, образованный при помощи наклонных боковых поверхностей 51, 51'. Держатель 22 несет стопорный элемент 52 трубы, который поддерживает трубную плеть, расположенную на держателе, например, чтобы исключить ее скольжение вниз с держателя 22, когда он находится в поднятом положении, показанном на фиг.3 и 6.
На фиг.12 также показано, что стопорный элемент 52 трубы также может действовать как толкатель, который упирается в трубу и толкает ее по оси вдоль держателя 22. Например, стопорный элемент 52 трубы может двигаться вдоль паза 53, образованного между поверхностями 51, 51'. В показанном варианте, стопорный элемент 52 трубы приводится в движение вдоль держателя при помощи бесконечного троса 54. Стопорный элемент 52 трубы содержит ползун 55, который входит в паз 53 и может двигаться по меньшей мере на некотором участке вдоль него. Трос 54 соединен с ползуном под верхней поверхностью держателя. Шкив 56 и лебедка 57 приводят в движение трос 54, чтобы тянуть ползун 55 и, следовательно, перемещать стопорный элемент 52 трубы вдоль держателя. Лебедка 57 может иметь барабан с центральным V-образным пазом, чтобы удерживать трос 54 в центральном положении при работе.
Стопорный элемент 52 трубы при необходимости дополнительно может иметь средство вытягивания трубы. В таком варианте, трубный стопорный элемент может иметь средство зацепления с трубой, которое входит в зацепление с трубой, когда труба расположена в держателе, чтобы перемещать трубу по оси в стопорном элементе. Средство зацепления с трубой может иметь различный вид. Может быть полезно иметь такое средство зацепления с трубой, которое входит в зацепление с трубой или освобождает трубу автоматически при срабатывании ползуна, и не требует ручного управления. В варианте, показанном на фиг.12, средство зацепления с трубой содержит рычаг 59, соединенный со стопорным элементом 52 трубы, который может быть перемещен между положением защелкивания поверх трубы и положением отвода от трубы. Рычаг 59 приводится в движение между этими положениями защелкивания и отвода от трубы автоматически, за счет перемещения стопорного элемента трубы. В показанном варианте, стопорный элемент 52 трубы установлен на гильзе 60, которая входит в зацепление (с упорами 61а), но выполнена с возможностью перемещения со скольжением между упорами 61а на элементе 61 крепления приводного троса. Рычаг 59 соединен при помощи шарнирных соединений 62 и подкосов 63а, 63b как с гильзой 60, так и с элементом 61. Следовательно, относительное движение гильзы 60 и элемента 61 создает движение поворота рычага. Следует иметь в виду, что вес трубы действует на стопорный элемент 52 и гильзу 60, чтобы труба удерживалась на месте, в то время как элемент 61 движется сначала относительно гильзы 60 и внутри нее, когда его тянет трос 54. Упоры 61а ограничивают относительное перемещение элемента 61 внутри гильзы и в конечном счете передают движение элемента 61 на гильзу 60. Когда элемент 61 движется в направлении А относительно гильзы 60, рычаг 59 отводится (стрелка А1), и альтернативно, когда элемент 61 движется в направлении В относительно гильзы 60, рычаг 59 приближается (стрелка В1), и, если труба расположена в держателе, защелкивается поверх трубы. Конфигурация упора, гильзы и рычага, а также системы привода троса 54 может быть выполнена так, что движение в направлении А побуждает стопорный элемент 52 трубы двигаться в направлении рампового конца (в конфигурации толкания), а движение в направлении В побуждает стопорный элемент 52 двигаться вдоль держателя в направлении дальнего конца держателя, то есть в направлении, в котором вытягивание трубы является наиболее полезным. Такое построение является наиболее полезным при перемещении труб, которые имеют недостаточный вес для легкого перемещения за счет силы тяжести вдоль держателя.
Альтернативно или дополнительно, такое построение может быть использовано тогда, когда необходимо перемещать трубу вдоль лотка, например, чтобы ее установить в лучшее положение относительно устройства для перемещения труб. Без рычага 59 держатель может быть поднят, чтобы труба скользила за счет силы тяжести. В соответствии с одним из вариантов, соединения 62 могут быть съемными, чтобы рычаг 59 можно было удалить из стопорного элемента 52 трубы, если он не нужен для проведения конкретной операции. В показанном варианте, возвратный элемент 59а соединен с возможностью отсоединения при помощи связи 64, позволяющей отсоединять этот элемент от конца рычага и, если это желательно, перевертывать и хранить его в резервном положении.
Рычаг 59 может иметь такой размер, что возвратный элемент 59а смещен от стопорного элемента 52 за счет изменения диаметра на конце и входит в соединение трубной плети. Возвратный элемент 59а может иметь закругленную или угловую выемку 59b, которая согласована с цилиндрической наружной поверхностью трубы.
Противоположные, параллельные мостки 38 и 39 могут служить для придания дополнительной конструктивной жесткости основной конструкции, чтобы надлежащим образом поддерживать поднятый от нее держатель трубы и создавать поверхности, по которым плети труб могут перемещаться для загрузки в держатель 22 или выгрузки с него. Мостки 38, 39 могут иметь различный вид. В некоторых вариантах, может быть использован только один мосток или же мостки могут быть полностью исключены.
Рампа 15 может быть шарнирно соединена с основной опорной конструкцией 16, например, с использованием подшипника 45, который повышает осевую линию смещенных друг от друга шарнирных пальцев, один из которых показан позицией 42, на величину, которая позволяет по желанию укладывать рампу назад на мостки 39 и 38, что позволяет все устройство для перемещения труб складывать в компактную упаковку для перемещения на следующую буровую площадку. Держатель 22 и основная опорная конструкция 16 могут быть образованы из главных балок, например балок 22b и 16b, и поперечин, например 22с, 16с, причем между этими компонентами могут быть размещены системы привода и другие подсистемы, так чтобы эти подсистемы были защищены внутри них и все устройство для перемещения труб было главным образом автономным. Устройство может быть установлено на передвижную грузовую платформу для облегчения транспортирования.
Движение трубных секций 20 между трубной эстакадой и держателем может быть достаточно опасным и существует риск выпадения трубы из держателя, когда он находится в переходном состоянии или когда он поднят. Таким образом, предложенное устройство для перемещения труб должно содержать различные компоненты системы контроля трубы. В показанных вариантах используют систему контроля трубы, которая содержит устройство сброса трубы, устройство совмещения и устройство бокового упора (lateral stop gate). Система контроля трубы при необходимости может иметь и другие желательные компоненты.
Обратимся теперь к более подробному рассмотрению фиг.7-11, на которых показано устройство сброса трубы, которое содержит сбрасыватели 68 и 68', расположенные в смещенных друг от друга местоположениях вдоль держателя 22 трубы. Сбрасыватели 68, 68' могут иметь различный вид и различные режимы работы. Сбрасыватели 68 работают на одной боковой поверхности 51 держателя, в то время как сбрасыватели 68' работают на другой его боковой поверхности 51'. В показанном варианте, каждый сбрасыватель установлен в выемке 71 и имеет верхнюю поверхность 70, которая в основном совпадает с V-образным углублением верхней поверхности держателя, образованным при помощи поверхностей 51, 51', или заглублена ниже него. Верхняя поверхность 70 образована на корпусе 71, соединенном с приводом (который не виден). Привод может быть включен для перемещения поверхности 70 сбрасывателя в положение, выступающее над поверхностями 51, 51', в котором сбрасыватель упирается в трубу, расположенную в углублении. Таким образом, находящаяся в держателе труба может выкатываться наружу при помощи сбрасывателя. Сбрасыватели на одной стороне, например все сбрасыватели 68, могут работать в унисон (согласованно), так что они все вместе воздействуют на трубу в то время как другие сбрасыватели, например, сбрасыватели 68', остаются пассивными. Когда трубу загружают в держатель, поверхности 70 всех сбрасывателей расположены заподлицо с поверхностями 51, 51' или заглублены ниже них, так что они не мешают загрузке трубы. В одном примерном варианте, привод содержит шарнирные пальцы и гидроцилиндры для сбрасывателей. Например, сбрасыватели могут быть установлены на шарнирных пальцах и могут приводится в действие при помощи гидроцилиндра, установленного на балках держателя. Когда гидроцилиндр втягивается, сбрасыватель поднимается вверх и поворачивается вокруг его точки поворота. Когда сбрасыватели выключены, они возвращаются в положение заподлицо с наклонными поверхностями 51, 51', так что стопорный элемент 52 может гладко проходить поверх них.
Система контроля трубы может дополнительно содержать устройство совмещения трубы, которое содержит, например, узлы 75, 75' совмещения, расположенные в смещенных друг от друга местоположениях вдоль мостков 38, 39. Узлы 75, 75' совмещения могут иметь различный вид и различные режимы работы, однако все они создают движение трубы вдоль мостков в держатель или из него. Устройство совмещения трубы позволяет заменять операторов, так что персоналу больше нет необходимости оставаться в этой опасной зоне. В показанном варианте, узлы 75 совмещения работают на одном мостке 38, в то время как узлы 75' совмещения работают на другом. В показанном варианте, каждый узел совмещения имеет верхнюю поверхность 76, которая находится заподлицо с верхней поверхностью мостка или заглублена ниже нее. Верхняя поверхность 76 образована на корпусе 77, соединенном с приводным механизмом 78, который позволяет поднимать по меньшей мере один конец каждого узла совмещения, чтобы он выступал над поверхностью мостка. Приводной механизм для узлов совмещения может иметь гидроцилиндры для привода каждого конца каждого узла совмещения, которые при включении толкают конец узла совмещения вверх вдоль направляющих. Следовательно, узел совмещения может упираться в трубу и перемещать трубу, расположенную на мостке. Следует иметь в виду, что конец узла совмещения, который выступает над поверхностью мостка, определяет, в каком направлении будет катиться труба. Таким образом, узлы совмещения на одной стороне держателя могут перемещать трубы в держатель или из него, либо в том и другом направлении, так как в большинстве операций трубы необходимо перемещать к трубным эстакадам и от них на обеих сторонах держателя неоднократно. Узлы совмещения на одной стороне, например все узлы совмещения 75, могут работать в унисон (согласованно), например, за счет подключения к гидроцилиндрам, так что они вместе контролируют движение трубы.
В варианте, показанном на фиг.7, устройство совмещения трубы может иметь стопорные штифты 80, расположенные рядом с трубной эстакадой, несущей подаваемые плети труб. Стопорные штифты 80 могут быть установлены, может быть с возможностью отсоединения, в положении на мостке, перекрывающем операционную зону узлов совмещения, таких как узлы совмещения 75' в показанном варианте, ориентировочно на один диаметр трубы. Стопорные штифты 80 могут сдерживать подачу плетей труб, за счет координации с наклоном трубной эстакады 11 и выбором высоты штифтов 80, так что плети труб на эстакаде имеют тенденцию катиться к штифтам 80 и, следовательно, поступать в зону воздействия узлов совмещения. В этом устройстве совмещения труб, привод 78 позволяет поднимать верхние поверхности узлов совмещения на заданную высоту относительно штифтов 80, чтобы поднимать трубу, или чтобы позволить трубе катиться поверх штифтов. В соответствии с одним из вариантов, трубы, которые находятся на наклонной трубной эстакаде, могут катиться к штифтам 80 и узлы 75' совмещения затем могут их поднимать сначала над штифтами. На задней поверхности внешнего конца узлов совмещения предусмотрен язычок 77а, который выступает вниз и не позволяет смежной трубной плети катиться вперед под поднятым узлом совмещения. Когда узел совмещения втянут, то следующая наличная труба может свободно катиться к штифтам. Тем временем первая труба уже скатилась с узла совмещения, через мостик и в лоток держателя.
Система контроля трубы может дополнительно содержать устройство с боковым упором, которое исключает случайное боковое движение трубы из углубления держателя во время движения держателя (фиг.7) или во время загрузки трубы (фиг.9). Устройство с боковым упором может иметь различный вид и различные режимы работы, однако оно всегда имеет конструкцию на держателе, которая выполнена с возможностью перемещения между положением, выступающим над верхней поверхностью держателя (чтобы исключить качение трубы за нее по верхней поверхности держателя) и положением вне пути качения труб по верхней поверхности держателя, которым может быть, например, положение в углублении на верхней поверхности держателя или положение сбоку от держателя. Эта конструкция может иметь, например, одну или несколько удлиненных или коротких стенок, множество штифтов, стоек и т.п. Для того чтобы препятствовать качению удлиненного элемента, такого как трубная плеть 20, необходимо, чтобы такая конструкция имела по меньшей мере множество смещенных друг от друга положений вдоль держателя. В показанном варианте, устройство с боковым упором содержит поднимаемые штыри 84, 84', расположенные в смещенных друг от друга местоположениях вдоль держателя трубы, на каждой стороне его удлиненного углубления. Штыри 84 работают на одной стороне держателя 22, в то время как штыри 84' работают на другой. В показанном варианте, каждый штырь расположен в отверстии 86, идущем от верхней поверхности держателя, и выполнен с возможностью перемещения при помощи привода 87 между положением заподлицо с верхней поверхностью держателя (или ниже нее) (как штыри 84 на фиг.9) и выступающим положением над верхней поверхностью держателя (как штыри 84' на фиг.9). В соответствии с одним из вариантов, штыри 84, 84' поднимаются при помощи гидроцилиндра, с которым они имеют механическую связь. Такая связь позволяет иметь короткий ход и использовать компактный гидроцилиндр для подъема штырей. Когда штыри выступают над верхней поверхностью держателя, трубная плеть 20 не может катиться за них. Штыри могут быть подняты или опущены для контроля движения трубы. Например, во время загрузки трубы, как это показано на фиг.9, штыри на одной стороне могут быть опущены, чтобы позволить трубе проходить за них, в то время как штыри 84' на другой стороне подняты и не позволяют трубе выкатываться из углубления и скатываться с держателя. В соответствии с другим примером, когда держатель движется или когда он поднят над полом буровой установки, как это показано на фиг.7, штыри 84, 84' на обеих сторонах держателя могут быть подняты, чтобы исключить боковое движение трубы из держателя. Штыри 84, 84' могут быть расположены рядом с наклонными поверхностями 51, 51', так что любая труба, которая упирается в них, будет стремиться падать назад в углубление держателя, образованное при помощи наклонных поверхностей. Штыри на одной стороне, например все штыри 84, могут срабатывать в унисон (согласованно), так что все они вместе контролируют движение трубы.
Устройством для перемещения труб можно управлять при помощи различных средств и их характеристик. Может быть желательно иметь систему управления, в которой используются программируемые характеристики для разумного управления операциями устройства для перемещения труб. Это устраняет необходимость в постоянном неавтоматизированном контроле оператором и уменьшает вероятность ошибок оператора. Например, в том, что касается показанных вариантов, контроллер может быть запрограммирован для приема таких команд, как "загрузить", подаваемых для загрузки трубы в держатель, при этом контроллер обеспечивает подъем штырей 84, заглубление штырей 84' и подъем трубы при помощи узлов 75' совмещения выше штифтов 80. Дополнительно или альтернативно, контроллер может управлять скоростью работы, например скоростью лебедки 29, принимая во внимание необходимость эффективной и безопасной работы устройства. Например, в ответ на команду "поднять держатель" лебедка сначала медленно поднимает держатель и затем быстро перемещает держатель в положение рядом с верхним концом рампы 15, но когда контроллер определяет, что рампа 15 находится рядом с полом буровой установки, то контроллер автоматически замедляет движение лебедки, чтобы медленно привести держатель в конечное положение над полом буровой установки. Контроллер может иметь радиопередатчик, имеющий ручную панель управления или джойстик для передачи команд оператора. Такой передатчик может иметь все необходимые переключатели и управляющие манипуляторы для включения двигателя, и может выполнять все функции, так чтобы оператор, управляющий устройством для перемещения труб, мог находиться на удалении от устройства, например на полу буровой установки или в кабине управления буровой установкой. Радиоприемник может быть использован для приема сигналов от передатчика и для передачи их на объединенный компьютер. Компьютер может иметь программное обеспечение для обработки запросов от передатчика и для управления всеми функциями устройства. Для управления устройством может быть также предусмотрен монитор (экран) оператора, отображающий состояние устройства и сбойные ситуации. Для управления работой лебедки 29 может быть использовано поворотное кодирующее устройство, которое отслеживает вращение барабана лебедки и преобразует его в расстояние перемещения троса и, следовательно, в расстояние перемещения держателя.
Контроллер может иметь предохранительные механизмы или системы обратной связи. Например, в соответствии с одним из вариантов, основная опорная конструкция 16 содержит лучевую систему обнаружения, связанную с контроллером. Лучевая система обнаружения контролирует основную опорную конструкцию 16 и подает сигнал выключения на контроллер, если обнаруживает проблематичное движение на основной опорной конструкции, например движение, отличающееся от качения труб и движения нормально работающих систем. Например, лучевая система обнаружения может иметь множество передатчиков 90 и соответствующее множество приемников 92, установленных над конструкцией, например, поверх мостков 38, 39, причем передатчики 90 вырабатывают множество сигналов 94, таких как световые лучи. Такая лучевая система обнаружения исключает работу устройства для перемещения труб, по меньшей мере на некоторых этапах, когда за счет сигналов 94 обнаружен человек на мостках.
Контроллер может также регистрировать часы работы троса и подавать сигнал тревоги оператору, когда желательно переместить тросы с одной соединительной точки на другую, например от соединительной точки 47а к соединительной точке 47b, как уже было упомянуто здесь выше, или когда необходимо заменить тросы.
Для применения устройство доставляют на буровую площадку и устанавливают рядом с буровой установкой. Рампу 15 разворачивают в рабочее положение, такое как показанное на фиг.1, и устанавливают так, чтобы ее верхний конец находился рядом с полом буровой установки. Рампа может свободно упираться в пол буровой установки. За счет этого рампа может перемещаться вместе с буровой установкой, что может быть полезно при изменениях высоты буровой установки, которые могут происходить при нормальной работе буровой установки. В соответствии с одним из вариантов, предохранительные цепи (не показаны) могут быть закреплены между рампой и буровой установкой, чтобы избежать проблем при толчках, приложенных к опорной конструкции 16. Устройство для перемещения труб может быть отрегулировано для обеспечения наилучшей работы с конкретной буровой установкой, например, за счет выбора длины рампы, держателя или подъемного рычага, принимая во внимание такие параметры, как размеры труб, высота буровой установки и т.п.
Трубные опоры 11 (эстакада) закреплены на двух сторонах основной конструкции 16, так чтобы новая труба могла быть размещена на одной стороне конструкции, в то время как труба, вынутая из скважины, могла быть размещена на эстакаде на противоположной стороне конструкции. Когда начинают операцию бурения, бурильные трубы, или другие трубные элементы, скатывают с эстакады и вводят в держатель. Эстакада может иметь наклон, чтобы трубы катились под действием силы тяжести к штифтам 80 и подпадали под воздействие узлов 75 совмещения труб. Штыри 84, 84' устройства с боковым упором контролируют боковое движение труб относительно держателя 22 как во время загрузки, так и во время движения держателя 22.
Двигатель и насос обеспечивают движение лебедки 29, которая натягивает тросы 24, за счет чего держатель трубы поднимается из положения, показанного на фиг.1, в положения, показанные на фиг.2 и 3, как уже было описано здесь выше. Устройство также может иметь контроллер, средства измерения для создания рабочей обратной связи, источники питания, распределительное устройство для управления двигателем, гидравлический блок питания с гидравлическим резервуаром и т.п.
Держатель 22 движется вдоль рампы 15, при этом ролики 48 движутся вдоль направляющих 40, 41. Когда держатель доходит до верхних открытых концов направляющих, тросы продолжают тянуть держатель вверх, поверх верхнего конца 50 рампы. При этом держатель 22 располагается над полом 12 в направлении к центру скважины. Во время или после перемещения держателя над полом 12 стопорный элемент 52 трубы срабатывает и смещает со скольжением трубу по оси вдоль держателя, чтобы улучшить доступ к трубе или движение трубы. Эти действия устанавливают конец трубы в непосредственной близости от подъемников или других компонентов буровой установки. Длины, высоты и конфигурация компонентов устройства для перемещения труб могут быть выбраны так, чтобы привести конец держателя трубы в положение над полом 12 буровой установки, которое является удобным для перемещения трубы. Эта труба затем может быть использована для ввода в бурильную колонну, обсадную колонну и т.п. Альтернативно или дополнительно, рычаг 59 может быть выведен из зацепления с трубой, например, за счет движения стопорного элемента 52 трубы.
Для перемещения держателя с пола буровой установки лебедка 29 может быть реверсирована, чтобы создать слабину тросов 24. Лебедка 29 создает слабину троса контролируемым образом, чтобы за счет силы тяжести отводить держатель и поднимать рычаг назад в их втянутое, нижнее положение. Если требуется переместить дополнительные трубы с эстакады 11 на пол буровой установки, то другая трубная плеть может быть загружена и поднята на пол буровой установки. Лебедка 29 может работать с высокой скоростью, так что труба может быть быстро доставлена на пол буровой установки, для соответствия предпочтительным спускоподъемным операциям. В соответствии с одним из вариантов, время подъема или отвода составляет ориентировочно от 10 до 60 секунд. Для согласования с процессом спускоподъемной операции и монтирования время подъема или отвода должно составлять меньше чем 30 секунд, а преимущественно меньше чем 20 секунд.
Когда пришло время удалить трубную колонну из скважины, колонну разъединяют на трубные плети и вводят конец трубной плети на держатель 22 трубы, пока ее передний конец не упрется в стопорный элемент 52 трубы. Когда трубу опускают на держатель или раньше этого, стопорный элемент 52 трубы может быть перемещен вдоль держателя в положение непосредственно позади того положения, в котором будет остановлена труба при опускании на держатель при помощи блоков и подъемника деррик-крана. Наклонные поверхности лотка направляют трубу вдоль держателя, причем штыри 84, 84' могут быть подняты из соображений безопасности. Непосредственно перед освобождением подъемников, стопорный элемент трубы перемещают вперед, чтобы поддерживать конец трубы, так чтобы он не скользил назад неконтролируемым образом. После удаления подъемников, труба может контролируемым образом скользить назад или вытягиваться назад при помощи стопорного элемента 52 трубы, так что вся труба находится на держателе. Рычаг 59 может быть использован для зацепления с трубой, установленной на держателе 22, чтобы тянуть ее назад. Если рычаг 59 оперативно соединен со стопорным элементом 52 трубы, он может быть ориентирован так, чтобы зацеплять трубу сверху или отходить от трубы на держателе, в зависимости от завершаемой операции. Это может быть достигнуто за счет управления тросом 54.
После этого держатель 22 трубы отводят в выемку 35 в основной конструкции 16, после чего штыри 84, 84' опускают, так что автоматическое устройство сброса труб, содержащее сбрасыватели 68 или сбрасыватели 68', перемещает трубную плеть из удлиненного углубления держателя. Узлы 75 или 75' совмещения по желанию могут быть приведены в действие для перемещения трубы через мостки в любую из трубных опор 11. Стопорный элемент 52 трубы и/или рычаг 59 могут быть приведены в действие в любое время для изменения положения трубы.
Когда необходимо произвести транспортировку устройства для перемещения труб, рампа 15 может быть сложена с поворотом вокруг шарнирного пальца 42 и все устройство целиком может быть отвезено на другую буровую площадку, где его опять разворачивают описанным здесь выше образом. Во время транспортирования устройства, трубные опоры могут быть повернуты на 90° к основной опорной конструкции. Опоры при транспортировании поддерживаются транспортировочными крюками, предусмотренными на боковых сторонах основной опорной конструкции.
Несмотря на то, что были описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят за рамки формулы изобретения.