УСТАНОВКА ДЛЯ БУРЕНИЯ, ИСПЫТАНИЯ И РЕМОНТА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Заявленная полезная модель относится к области нефтепромыслового оборудования и, в частности, представляет установку для бурения, испытания и ремонта нефтяных и газовых скважин.
Известен мобильный агрегат для освоения и ремонта скважин А50У, смонтированный на автошасси и включающий телескопическую буровую вышку, раму, лебедку с буровым и тартальным барабаном в едином корпусе, приводной (раздаточный) редуктор, цепную трансмиссию, состоящую из трех ветвей, одна из которых соединяет ведущий элемент (звездочку) в корпусе, жестко закрепленном на раме, с валом тартального барабана, а две другие - тартальный барабан с буровым (высшая или низшая скорости), шинно-пневматические муфты (для подключения ветвей трансмиссии). Цепные трансмиссии закрыты съемными кожухами, имеющими продольный разъем, причем, смазка цепей осуществляется капельными масленками (см. каталог Машинэкспорта «Агрегат для освоения и ремонта скважин А50У». Внешторгиздат 1989 г., изд. №4570М. зак. 2637, с.7, 17, 19, 29, 30).
Известна установка подъемная для освоения и ремонта нефтяных и газовых скважин (см. описание изобретения «Установка подъемная для освоения и ремонта нефтяных и газовых скважин», защищенное патентом RU №2362867 по заявке от 17.09.2007 г. №2007134654.
Установка содержит самоходное транспортное средство, раму с установленным на ней оборудованием, в том числе, лебедку, трансмиссии привода лебедки, раздаточный редуктор, телескопическую мачту с кронблоком, ротор, раздаточный редуктор установлен жестко в центральной части рамы и содержит шлицевой вал, получающий вращательное движение через роликоподшипники, на одном конце которого установлена муфта предельного момента, с возможностью ограничения грузоподъемности установки, а ведомый вал раздаточного редуктора установлен на конических роликоподшипниках и имеет на одном конце фланец для присоединения карданной передачи. Лебедка снабжена станиной сварной конструкции из листовой стали и швеллера на которой установлены элементы телескопической мачты.
Все приведенные выше конструкции практически невозможно трансформировать с целью применения различных типов приводов. Специфика мобильных ремонтно-буровых агрегатов заключается в следующем:
1. Ограничение ширины основной платформы основания транспортным габаритом (2500…2800 мм) и невозможность располагать силовое оборудование на откидных площадках.
2. Различные перепады высотных отметок платформы блока-подъемника и платформы блока основания при разных условиях работы:
- при малом перепаде, например, при капитальном ремонте скважины, когда работают либо без превентора, либо с одним превентором, целесообразно применять ротор традиционной конструкции с горизонтальным приводным валом;
- при большом перепаде высотных отметок и применении стационарного бурового ключа, когда нет места для промежуточной опоры, целесообразно применение ротора с цилиндрической главной передачей и подсоединением приводного карданного вала от платформы блока-подъемника к вертикальному валу ротора снизу или применение гидропривода ротора. Применение гидропривода, помимо упрощения трансмиссии агрегата, иногда обусловлено необходимостью маневрирования мощностью и частотой вращения, а также оперативного реверсирования.
За прототип заявленного технического решения может быть принята установка для бурения, испытания и ремонта нефтяных и газовых скважин УПА-80 (см. описание изобретения «Установка для бурения испытания и ремонта нефтяных и газовых скважин», защищенное патентом RU №2362868 по заявке от 17.10.2007 г. №2007138680), включающая самоходное транспортное средство с приводным двигателем, раму с установленным не ней оборудованием, в том числе лебедку, трансмиссию привода лебедки, промежуточный и раздаточный редукторы, телескопическую мачту с кронблоком и оттяжками, талевую систему, гидроаутригеры, переднюю и заднюю опоры мачты, гидросистему монтажную для подъема мачты, выдвижения верхней секции мачты, гидросистему рабочую для привода гидрораскрепителя, трубных ключей, гидроротора, карданную трансмиссию привода ротора с промежуточной опорой, автоматический тормоз трансмиссии привода ротора, ремонтную площадку, шарнирно связанную с задней опорой мачты, пульт бурильщика, систему аварийного останова двигателя.
Лебедка этой установки выполнена однобарабанной с цепным приводом, раздаточный редуктор выполнен коническим, одноступенчатым, на раме жестко установлены передняя опора и задняя опора мачты, с которой шарнирно соединена нижняя секция мачты, а на верхней секции мачты установлены две скобы и полати, снабженные приспособлением для эвакуации верхового рабочего, ремонтная площадка закреплена шарнирно на задней опоре мачты с возможностью трансформации из рабочего положения в транспортное.
Недостатком установки - прототипа, так же как и ранее упомянутых, является то, что раздаточный редуктор выполнен одноступенчатым, что требует для двухскоростной лебедки трех цепных контуров, т.е. каждая скорость обеспечивается двухступенчатой цепной трансмиссией, что усложняет конструкцию и увеличивает габарит. Кроме того, удобство управления при спускоподъемных операциях требует расположения пульта бурильщика снаружи по отношению к тормозной рукоятке. При этом увеличивается габарит установки по ширине. Поэтому шасси со стандартным транспортным габаритом по ширине 2500 мм применить проблематично.
Таким образом, основной технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является устранение указанных недостатков прототипа и создание установки для бурения, испытания и ремонта нефтяных и газовых скважин упрощенной и более надежной конструкции с сохранением функциональных возможностей, вписывающейся в стандартный транспортный габарит и имеющей более высокий уровень безопасности.
Технический результат установки для бурения, испытания и ремонта нефтяных и газовых скважин заключается в упрощения ее конструкции, в повышении надежности при сохранении функциональных возможностей.
Для решения поставленной задачи установка для бурения, испытания и ремонта нефтяных и газовых скважин, включает самоходное транспортное средство с приводным двигателем, раму с установленным не ней оборудованием, в том числе лебедку, трансмиссию привода лебедки, промежуточный и раздаточный редукторы, телескопическую мачту с кронблоком и оттяжками, талевую систему, гидроаутригеры, переднюю и заднюю опоры мачты, гидросистему монтажную для подъема мачты, выдвижения верхней секции мачты, гидросистему рабочую для привода гидрораскрепителя, трубных ключей, гидроротора, карданную трансмиссию привода ротора с промежуточной опорой, автоматический тормоз трансмиссии привода ротора, ремонтную площадку, шарнирно связанную с задней опорой мачты, пульт бурильщика, систему аварийного останова двигателя, при этом раздаточный редуктор выполнен двухступенчатым с конической и цилиндрической передачами, последняя из которых посредством двух карданных валов соединена с звездочками быстроходного и тихоходного цепного контуров привода лебедки, на задней опоре мачты установлен концевой выключатель, взаимодействующий с нижней секцией мачты в ее поднятом положении и связанный с гидравлическими линиями гидросистемы монтажной для подъема мачты.
Дополнительные отличия состоят в следующем.
Концевой выключатель на задней опоре мачты выполнен в виде подпружиненного гидроклапана, взаимодействующего с регулируемым упором на нижней секции мачты при посадке ее на заднюю опору.
Пульт бурильщика выполнен с возможностью трансформации его путем поворота вокруг вертикальной оси из рабочего положения, удобного для управления, в транспортное.
В оттяжке мачты между винтовой стяжкой и канатом оттяжки встроены индикаторы натяжения, состоящие из двух телескопических элементов, разделенных пружиной, причем, на внутреннем элементе выполнены кольцевые контрольные риски, каждая из которых соответствует определенному усилию натяжения.
В системе аварийного останова двигателя смонтирована на вертикальной оси в боковом кармане воздушной трубы уплотняемая воздушная заслонка, приводной элемент заслонки расположен снаружи воздушной трубы и шарнирно связан с эксцентриком оси.
Автоматический тормоз трансмиссии привода ротора выполнен в виде пневматической муфты, имеющей неподвижный элемент, жестко закрепленный на раме установки, вращающийся элемент жестко закреплен на валу промежуточной опоры, причем, кран включения тормоза сблокирован с краном включения привода ротора.
Технические признаки заявляемой установки могут быть реализованы с помощью средств, применяемых в общем машиностроении (выполнение раздаточного редуктора, использование пневматических муфт, гидроцилиндров и т.д.).
Существенные признаки, отраженные в формуле полезной модели, необходимы и достаточны для ее реализации и решения поставленной выше задачи.
Конструкция установки для бурения, испытания и ремонта нефтяных и газовых скважин является новой и промышленно применимой.
Полезная модель поясняется на примере ее выполнения, изображенном на прилагаемых чертежах (фиг.1 - фиг.10), на которых приведены следующие элементы.
Фиг.1 - общий вид установки в транспортном положении.
Фиг.2 - общий вид установки в рабочем (развернутом) положении.
Фиг.3 - размещение на задней опоре мачты концевого выключателя.
Фиг.4 - пример выполнения концевого выключателя в гидросистеме для подъема мачты.
Фиг.5 - трансформируемый пульт бурильщика в рабочем положении.
Фиг.6 - трансформируемый пульт бурильщика в транспортном положении.
Фиг.7 - индикатор натяжения оттяжек.
Фиг.8 - уплотняемая воздушная заслонка системы аварийного останова приводного двигателя.
Фиг.9 - тормоз карданной трансмиссии привода ротора.
Фиг.10 - гидросхема включения концевого выключателя в гидросистеме для подъема мачты.
На фиг.1, 2 изображен общий вид установки соответственно в транспортном положении и в рабочем (развернутом) положении, включающей самоходное транспортное средство 1 с приводным двигателем 2, раму 3, лебедку 4, трансмиссию привода лебедки 5, промежуточный редуктор 6, раздаточный редуктор 7, гидроаутригеры 8, переднюю опору 9 мачты, заднюю опору 10 мачты, гидросистему монтажную 11, гидросистему рабочую 12, карданную трансмиссию 13 привода ротора, промежуточную опору 14 привода ротора, ремонтную площадку 15, талевой блок 16, пульт бурильщика 17, силовые оттяжки 18 мачты и ветровые оттяжки 19, в которые встроены винтовые стяжки 20 и индикаторы натяжения 21 оттяжек. Ремонтная площадка 15 показана на фиг.2 в горизонтальном (рабочем) положении.
На фиг.3 показано размещение концевого выключателя 22 в гидросистеме монтажной 11 для подъема мачты. В конце подъема, перед касанием упора 23 подушки 24 воздействие на датчик осуществляется регулируемым упором 25, установленным на нижней секции 26 мачты.
Одним из вариантов выполнения концевого выключателя 22 (фиг.4) является гидроклапан. Он состоит из корпуса 27, крепящегося к задней опоре 10 мачты, толкателя 28, поджатого пружиной 29 и снабженного кулачком 30, воздействующим на ролик рычага 31. Последний взаимодействует с золотником 32 клапана 33 с коническим уплотняющим элементом 34, прижатым пружиной 35 к седлу 36 корпуса 37 клапана, имеющего входное отверстие 38 и выходное отверстие 39.
На фиг.5 изображен пульт бурильщика 40 в рабочем положении, находящийся за габаритом рамы 3. Пульт смонтирован на Г-образной стойке, шарнирно соединенной с рамой 3 посредством вертикальной оси 42.
На фиг.6 показан пульт бурильщика 40 в транспортном положении в пределах габарита рамы 3. Наличие трансформируемого пульта бурильщика позволяет вписать установку в стандартные габариты шасси при обеспечении удобства управления.
На фиг.7 изображен индикатор натяжения 21 силовых и ветровых оттяжек. Он состоит из наружного телескопического элемента 43, соединяемого проушинами 44 с винтовыми стяжками 20 (фиг.2), и внутреннего элемента 45, поджимаемого набором тарельчатых пружин 46. На внутреннем элементе имеется ряд кольцевых рисок 47. Внутренний телескопический элемент 45 соединен с коушем каната оттяжки (не показан). Каждая риска соответствует определенному усилию натяжения каната оттяжки.
На фиг.8 показана уплотняемая воздушная заслонка системы аварийного останова приводного двигателя, состоящая из первого патрубка 48 системы подачи воздуха в двигатель с фланцем 49, второго патрубка 50 с фланцем 51, эластичной прокладки 52 между фланцами, бокового кармана 53 в первом патрубке, в котором на вертикальной оси 54 укреплен рычаг 55, шарнирно связанный с воздушной заслонкой 56. Ось заканчивается эксцентриком 57, с которым посредством звена 58 соединен втягивающий магнит 59 с возвратной пружиной 60, установленный снаружи первого патрубка 48. При полном ходе магнита заслонка 56 поворачивается на 90°.
На фиг.9 изображен тормоз 61 карданной трансмиссии 13 привода ротора, смонтированный на входном валу 62, промежуточной опоры 63. На выходном валу 64 смонтирована шинно-пневматическая муфта 65 включения привода ротора. Тормоз 61 состоит из шинно-пневматической муфты 66, жестко укрепленной на раме 3 посредством кронштейна 67. Барабан 68 муфты 66 жестко связан с карданным фланцем 69, надетом на входной вал 62.
На фиг.10 приведена принципиальная гидросхема включения концевого выключателя 22 в гидросистеме монтажной 11. В поршневую полость 70 цилиндра подъема мачты подается гидравлическая жидкость через дроссель с обратным клапаном 71 от трехходового распределителя 72. С входом распределителя соединен насос 73, всасывающая линия которого соединена с баком 74 через всасывающий фильтр 75. Сливная линия 76 распределителя 72 соединена с баком 74 через фильтр 77. С линией 78, связывающей распределитель 72 с полостью 70, соединен вход концевого выключателя 22, выполненного в виде двухходового нормально-закрытого клапана. Выход клапана через дроссель 79 соединен со сливной линией 76.
Работа установки осуществляется следующим образом. Перед монтажом на скважине автомобиль ориентируется относительно скважины в осевом и поперечном направлении, приподнимается на аутригерах и выставляется по креномеру. Затем переводятся в рабочее положение откидные площадки и ремонтная площадка, разворачивается на 90° пульт бурильщика и фиксируется в рабочем положении. Подъем мачты осуществляется с дистанционного пульта. После перехода мачты через вертикаль давление в поршневом полости 70 гидросистемы монтажной 11 снижается до давления слива, так как в этот момент упор 25 нажимает на толкатель 28 и клапан 33 открывается, обеспечивая сообщение полости 70 с линией слива через дроссель 79. Поэтому скачка давления после посадки упоров 23 на подушки 24 не происходит, что предотвращает перегрузку задней опоры мачты и ее подкосов в конце подъема мачты. Давление в полости 70 при работающем насосе становится равным давлению перепада на дросселе. При подготовке мачты к опусканию этого давления достаточно для удаления воздуха из полости 70 в процессе продувки цилиндра.
После подъема мачты производится выдвижение верхней секции с помощью гидроприводной лебедки. Затем устанавливаются оттяжки силовые, укрепленные на раме установки, и ветровые, укрепленные на якорях. Так как в каждую оттяжку встроен индикатор натяжения 21, имеется возможность осуществить натяжение с непосредственным контролем усилия, а не опосредованным через момент на винтовой стяжке. Так при натяжении силовых оттяжек и передних ветровых (со стороны кабины шасси) усилие должно быть вдвое меньше, чем при натяжении задних ветровых стяжек, что соответствует выходу за торец наружного телескопического элемента 43 соответствующей риски в соответствии с тарировкой. Это обеспечивает защиту от перегрузки металлоконструкции мачты, возможной как при недостаточном, так и при чрезмерном натяжении.
Для аварийного останова двигателя с пульта бурильщика или с дистанционного пульта подается электрический сигнал, обеспечивающий включение втягивающего магнита 59, шток которого через звено 58 поворачивает через эксцентрик 57 ось 54 на 90°. Одновременно поворачивается рычаг 55 с заслонкой 56, которая прижимается к прокладке 52. Дополнительное прижатие осуществляется потоком воздуха. При отключении магнита 59 заслонка 56 под действием возвратной пружины 60 убирается в карман 53. Таким образом, при работе двигателя в воздушной трубе нет элементов, увеличивающих сопротивление воздушному потоку.
Тормоз 61 карданной трансмиссии 13 привода ротора в виде шинно-пневматической муфты включается одновременно с отключением муфты 65, фиксируя вращающиеся детали трансмиссии. Тормоз необходим для предотвращения обратного вращения трансмиссии под действием так называемой «пружины» бурильной колонны, возникающей при большом крутящем моменте при бурении.
Таким образом, поставленная задача по упрощению конструкции установки для бурения, испытания и ремонта нефтяных и газовых скважин с сохранением ее функциональных возможностей полностью реализована в заявленной полезной модели. По сравнению с прототипом установка имеет более простую и надежную конструкцию при сохранении стандартного транспортного габарита (исключен один цепной контур, находящийся за пределами корпуса лебедки), а также - более высокий уровень безопасности благодаря предотвращению перегрузки металлоконструкций мачты, обеспечению надежного аварийного останова двигателя.