ВЕРХНИЙ СИЛОВОЙ ПРИВОД С ЗАЩИТНОЙ МУФТОЙ

Область техники
Настоящая полезная модель относится к технике для бурения нефтяных и газовых скважин. Более конкретно, полезная модель относится к буровой установке и, более детально, к верхнему силовому приводу буровой установки.
Уровень техники
Из уровня техники известен верхний силовой привод буровой установки, описанный, например, в патенте RU 55846, 28.12.2004. Раскрытый в указанном патенте привод содержит двигатель, имеющий вал, и узел соединения с трубой (вращения трубы или, другими словами, передачи вращающего момента с вала на трубу), причем двигатель установлен с возможностью передачи вращающего момента с вала на узел соединения с трубой. Представленный в этом документе верхний силовой привод имеет недостаток, связанный с тем, что при заклинивании двигателя отсутствует возможность его быстрого отключения от узла соединения с трубой.
Раскрытие полезной модели
Задачей настоящей полезной модели является повышение надежности и безопасности эксплуатации буровой установки и, в частности, верхнего силового привода буровой установки. Для этого в соответствии с настоящей полезной моделью необходимо обеспечить возможность быстрого отключения двигателя (его вала) от трубы/бурильной колонны, в частности, от узла соединения с трубой.
Задача решается с помощью верхнего силового привода буровой установки, включающего в себя один или более двигателей, имеющих валы, и узел соединения с трубой. По меньшей мере, один двигатель указанного привода установлен с возможностью передачи вращающего момента с вала двигателя на узел соединения с трубой. Отличительным признаком привода является то, что привод содержит муфту, выполненную с возможностью передачи и прекращения передачи вращающего момента между валом двигателя и узлом соединения с трубой.
По меньшей мере, один двигатель может представлять собой гидромотор или электродвигатель.
В одном из вариантов полезной модели передача вращающего момента с вала двигателя на узел соединения с трубой осуществляется с использованием редуктора. В соответствии с этим вариантом, в том случае, когда двигателей, по меньшей мере, два, муфта предусмотрена для каждого вала двигателя.
В предпочтительном варианте выполнения привода в нем имеются средства фиксации и/или регулирования углового положения и/или скорости изменения углового положения узла соединения с трубой. Привод может содержать вертлюг, узел подвеса и/или направляющие для предотвращения вращения привода.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение удобства и безопасности эксплуатации буровой установки и, в частности, верхнего силового привода буровой установки, благодаря тому, что в случае выхода из строя и/или заклинивания двигателя, вал двигателя может быть отключен от узла соединения с трубой. Это обеспечивает безопасность работы привода и удобство при демонтаже и/или ремонте двигателя (или редуктора) и, в том случае, когда двигателей несколько, обеспечивает удобство и безопасность отключения вышедшего из строя и/или заклиненного двигателя для того, чтобы обеспечить возможность продолжения эксплуатации буровой установки с верхним силовым приводом с помощью остальных двигателей.
Осуществление полезной модели
Одним из распространенных устройств для бурения нефтяных и газовых скважин является буровая установка. Буровые установки обычно представляют собой буровые вышки, в которых может быть смонтирован верхний силовой привод, предназначенный для вращения труб, образующих бурильную колонну и передающих вращающий момент на породоразрушающий инструмент, находящийся внизу бурильной колонны.
Использование верхнего силового привода позволяет улучшить эксплуатационные возможности буровой установки.
Для обеспечения возможности перемещения верхнего силового привода вдоль направления бурильной колонны буровая установка обычно содержит систему подвеса верхнего силового привода, которая может быть выполнена, например, с использованием тросов и лебедки (например, с использованием талевой системы) или балки с зубчатой системой регулирования вертикального положения.
Ввиду того, что верхний силовой привод находится в подвешенном состоянии, то при вращении бурильной колонны будет наблюдаться реактивный вращающий момент, поворачивающий верхний силовой привод в обратном направлении. Для предотвращения вращения верхнего силового привода в буровой установке предпочтительно предусмотрен направляющий узел. В том случае, когда система подвеса силового привода выполнена с использованием тросов, то направляющий узел для предотвращения вращения привода может быть выполнен в виде направляющей балки, что повышает удобство и безопасность эксплуатации и технического обслуживания буровой установки. Если же система подвеса силового привода выполнена с использованием, например, балки с зубчатой системой регулирования вертикального положения, то направляющим узлом может быть указанная балка.
Далее описывается верхний силовой привод, используемый в буровой установке в соответствии с настоящей полезной моделью.
Верхний силовой привод буровой установки согласно полезной модели включает в себя один (предпочтительно более одного) двигатель, имеющий вал, и узел соединения с трубой. Вращательное движение от вала двигателя передается на узел соединения с трубой. Узел соединения с трубой предназначен для надежной передачи вращающего момента на трубу, которая входит в состав бурильной колонны, имеющей на своем конце породоразрушающий инструмент.
Для обеспечения передачи вращательного движения вала двигателя на узел соединения с трубой в верхнем силовом приводе, по меньшей мере, один двигатель указанного привода установлен с возможностью передачи вращающего момента с вала на узел соединения с трубой. Передача вращающего момента может осуществляться непосредственно с вала двигателя на узел соединения с трубой (например, на вал узла соединения с трубой). В то же время передача вращающего момента может быть выполнена с помощью средств или устройств, являющихся промежуточными и примеры которых приведены ниже.
Отличительным признаком привода в соответствии с настоящей полезной моделью является то, что привод содержит муфты, выполненные с возможностью передачи и прекращения передачи вращающего момента между валом и узлом соединения с трубой. Другими словами, муфта обеспечивает возможность соединения и разъединения вала и узла соединения с трубой или промежуточных средств или устройств. В некотором смысле муфта сама может считаться промежуточным устройством, поскольку выполнена таким образом, что в эксплуатационном состоянии вал передает вращающий момент на муфту, а муфта далее передает этот момент на узел соединения с трубой или другое промежуточное средство или устройство.
Это обеспечивает удобство и безопасность эксплуатации верхнего силового привода и буровой установки в целом ввиду того, что при неисправности и/или заклинивании двигателя узел соединения с трубой (или промежуточные средства или устройства передачи вращающего момента) может быть отсоединен от вала двигателя (расцеплен с ним) и двигатель может быть заменен и/или приведен в исправное состояние в ненагруженном состоянии или, если двигателей несколько, бурение может продолжиться далее с использованием других двигателей, поскольку неисправный и/или заклиненный двигатель более не препятствует передаче вращающего момента на узел соединения с трубой.
По меньшей мере, один двигатель может представлять собой гидромотор или электродвигатель. Эти типы двигателей широко известны в уровне техники и наработан большой опыт их эксплуатации, в связи с чем их применение в верхнем силовом приводе обеспечивает повышение удобства и безопасности эксплуатации и технического обслуживания верхнего силового привода и буровой установки в целом.
В одном из вариантов полезной модели передача вращающего момента с вала двигателя на узел соединения с трубой осуществляется с использованием такого промежуточного устройства, как редуктор. Редуктор, который может состоять из нескольких шестерен, может обеспечивать снижение частоты вращения по сравнению с таковой на валу двигателя, при этом повышается момент вращения на узле соединения с трубой (например, на его валу). В других случаях он может обеспечивать прием вращающего момента с нескольких двигателей и передавать его на узел соединения с трубой (например, на его вал), что позволяет в случае выхода из строя одного или более двигателей продолжить бурение с помощью остальных двигателей. Таким образом, применение редуктора в настоящей полезной модели обеспечивает повышение удобства и безопасности эксплуатации и технического обслуживания верхнего силового привода и буровой установки в целом.
В том случае, когда в верхнем силовом приводе два или более двигателей, то муфта предусмотрена для каждого вала двигателя. Это направлено на обеспечение возможности отсоединения вала любого из двигателей от редуктора, что обеспечивает повышение удобства и безопасности эксплуатации и технического обслуживания верхнего силового привода и буровой установки в целом ввиду того, что при выходе из строя или заклинивании любого двигателя он может быть исключен из силового взаимодействия и беспрепятственно заменен или отремонтирован (или просто оставлен в бездействующем состоянии), в то время как остальные двигатели могут беспрепятственно обеспечивать бурение.
В предпочтительном варианте выполнения верхнего силового привода в нем предусматриваются средства фиксации и/или регулирования углового положения и/или скорости изменения углового положения узла соединения с трубой. Средства фиксации могут быть выполнены в виде фиксатора, использующего выступы/неровности/углубления/отверстия узла соединения с трубой и/или трубы, или например, в виде тормоза, охватывающего своими тормозными колодками узел соединения с трубой и/или трубу и полностью останавливающего вращения или снижающего скорость вращения (то есть, скорость изменения углового положения) узла соединения с трубой и/или трубы. Это обеспечивает повышение удобства и безопасности эксплуатации и технического обслуживания верхнего силового привода и буровой установки в целом ввиду того, при бурении бурильная колонна вследствие вращения своего верхнего конца приобретает свойства пружины кручения и при обеспечении свободы вращения верхнего конца бурильной колонны, что будет происходить при разъединении узла соединения с трубой с валом, например, заклиненного двигателя, неконтролируемое обратное вращение этого верхнего конца может привести к поломке оборудования, производственной аварии и травматизму лиц, находящихся на буровой площадке, а применение средства фиксации и/или регулирования углового положения и/или скорости изменения углового положения узла соединения с трубой позволяет предотвратить неконтролируемое обратное вращение верхнего конца бурильной колонны.