УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И ХРАНЕНИЯ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ НА БУРОВОЙ ВЫШКЕ Российский патент 1996 года по МПК E21B19/14 

Изобретение относится к области бурения, в часности к устройствам для перемещения и хранения бурильных труб на буровой вышке.

Известно устройство для перемещения и хранения бурильных труб на буровой вышке (авт. св. СССР N 1167298), содержащее мачту, выполненную в виде трубчатой стойки, установленной с возможностью свободного вращения относительно своей продольной оси, узел хранения бурильных труб и узел фиксации бурильных труб в пазах узла их хранения. Узел хранения выполнен в виде кассеты с заостренными пальцами, образующими пазы, открытые и ориентированные в направлении общего центра, расположенного вблизи мачты. Устройство содержит также воздействующие на бурильную трубу рычаги, главная рабочая плоскость которых лежит в вертикальной плоскости.

Однако в вышеуказанном устройстве узел фиксации бурильных труб в пазах узла их хранения не обеспечивает достаточно быстрое перемещение и надежное хранение бурильных труб.

Технический результат изобретения осуществление более быстрого перемещения и надежного хранения бурильных труб.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для перемещения и хранения бурильных труб на буровой вышке, содержащем мачту в виде установленной с возможностью свободного вращения относительно своей продольной оси трубчатой стойки, узел хранения бурильных труб выполненный в виде кассеты с заостренными пальцами образующими пазы, открытие и ориентированные в направлении общего центра, расположенного вблизи мачты, воздействующие на бурильную трубу рычаги главная рабочая плоскость перемещения которых лежит в вертикальной плоскости, и узел фиксации бурильных труб в пазах узла их хранения, согласно изобретению, узел фиксации бурильных труб в пазах узла их хранения выполнен в виде смонтированного на трубчатой стойке дискообразного или кольцеобразного элемента с вырезом на внешней поверхности ориентированным в направлении главной рабочей плоскости перемещения воздействующих на бурильную трубу рычагов.

Ниже приводятся конкретные варианты выполнения изобретения со ссылками на фигуры, на которых:
фиг. 1 схематически изображает в перспективе устройство для перемещения и хранения бурильных труб в соответствии с предлагаемым изобретением;
фиг. 2, а и б боковые проекции устройства для перемещения и хранения бурильных труб;
фиг. 3 вид сверху кассеты с пальцами, применяемой в устройстве;
4,a известная кассета с пальцами;
4, б, в, г различные варианты выполнения кассеты с пальцами, предназначенные для различных типов и размеров труб;
фиг. 5, а г основная функция перемещения и хранения бурильных труб в соответствии с изобретением,
где фиг. 5, а рычаг устройства, расположенный в центре скважины;
фиг. 5, б рычаг устройства, отведенный назад для введения трубы в вырез кольцеобразного запирающего элемента;
фиг. 5, в рычаг устройства, поворачивающийся до выбранных пальцев пазов;
фиг. 5, г рычаг устройства, вытянутый для размещения трубы между пальцами;
фиг. 6, а, б, в различные виды запирающего кольцеобразного элемента.

Устройство для перемещения и хранения бурильных труб 1 содержит мачту 2, изготовленную в виде трубчатой стойки диаметром 700 мм. Мачта 2 установлена с возможностью свободного вращения относительно своей продольной оси 3 на буровой вышке и площадке для манипулирования трубами.

Узел хранения бурильных труб устройства выполнен в виде кассеты 4 с заостренными пальцами 5а 5п, образующими пазы 6, открытие и ориентированные в направлении общего центра, расположенного вблизи мачты 2, установленной между центром скважины кассетой 4 с пальцами машиной для соединения труб 1.

Заостренные пальцы 5а 5п кассеты 4 имеют различные размеры и конфигурацию для создания различных пазов 6, как показано на фигурах 4,б и 4,в.

Идея кассеты 4 с пальцами 5а 5п будет подходить для всех типов буровых вышек или мачт и допускает неподвижное положение устройства для перемещения и хранения труб, что в свою очередь обеспечивает следующие преимущества:
а) меньше перемещений, легче управление;
в) стройная конструкция, обусловленная меньшими усилиями, меньшим весом, меньшим пространством;
c) более быстрое и безопасное манипулирование трубами.

Кассетой 4,с пальцами 5а 5п легко управлять вручную.

На фиг. 4,а показана известная кассета с пальцами, где для перемещения труб должна использоваться тележка 13.

Узел фиксации бурильных труб в пазах 6 узла их хранения выполнен в виде смонтированного на мачте 2 дискообразного или кольцеобразного элемента 7 с вырезом 8 на внешней поверхности ориентированным в направлении главной рабочей плоскости перемещения воздействующих на бурильную трубу 1 рычагов 9 и 10. Вырез 8 в кольцеобразном элементе 7 выполнен в виде просвета. Размер этого просвета соответствует размерам пазов 6.

Благодаря наличию наверху мачты 2 дискообразного или кольцеобразного элемента 7, узел хранения бурильных труб 1 в виде кассеты 4 с пальцами 5а 5п будет запираться во всех положениях, за исключением участка, в котором имеется вырез 8 кольцеобразного элемента 7, т. е. в том же направлении, что и главная рабочая плоскость перемещения рычагов 9 и 10 мачты 2.

Следовательно, этот тип кольцеобразного запирающего элемента 7 позволяет производить значительно меньшее перемещение при манипулировании трубами 1 к узлу хранения труб и от него, и позволяет осуществлять более быстрое и надежное манипулирование трубами 1. Рычаги 9 и 10 установлены на мачте 1 с возможностью индивидуальной работы. Главная рабочая плоскость перемещения этих рычагов 9 и 10 лежит в вертикальной плоскости. Каждый из рычагов 9 и 10 выполнен по типу ножниц для обеспечения перемещения бурильной трубы 1 в вертикальном или почти вертикальном положении в направлении к мачте 2 или от нее.

При повороте мачты 2 вокруг ее продольной оси 3 рычаги 9, 10 перемещаются в сторону центра скважины или в сторону действующего пальца 5а 5п, после чего рычаги 9 и 10 перемещаются прямо в пазы 6, удерживающие трубу 1, или из них.

Используемый принцип ножниц обеспечивает горизонтальное движение "внутрь-наружу". Этот принцип легко контролируется с точки зрения точности положения.

Применение принципа ножей ножниц обеспечивает очень хорошо контролируемый значительный радиус действия. Используя этот принцип, можно получить меньшие усилия, приложенные к мачте 2, чем у других конструкций.

В качестве приводов предпочтительно применяются двигатели переменного тока с дисковыми тормозами, действующими с помощью зубчатой передачи, которая установлена на рейке и зубчатом валике, перемещая рычаги 9 и 10 вверх и вниз, внутрь и наружу. Скорость вращения двигателя переменного тока регулируется преобразователями тока. Предполагаемым поставщиком электродвигателей тормозов, зубчатых передач и преобразователей является S. E. W. Eurodrive, использующий стандартные компоненты.

Использование приводных двигателей переменного тока обеспечивает высокую регулируемую скорость и очень чистое устройство для перемещения и хранения бурильных труб на буровой вышке (отсутствие гидравлических утечек).

Верхний и нижний рычаги 10 и 9, имеют в основном одинаковую конструкцию. Они в представленном варианте выполнения не соединены механически друг с другом, а только электрически через систему управления. Если требуется, то рычаги 9 и 10 могут работать как независимые рычаги. Они могут работать при различных углах трубы. В других конструкциях возникают проблемы с соединенными рычагами, так как они могут приводиться в действие только механически и очень ограничены. Каждый рычаг 9 и 10 имеет на своем свободном конце захват 11 и 12. Конструкция захвата 11 и 12 основана на принципе заклинивания с пневмоцилиндром. Это является надежным устройством. Груз должен быть удален прежде, чем клинья могут быть приведены в действие. При этом захват 11, размещенный на нижнем рычаг 9 выполнен с возможностью восприятия веса бурильной трубы 1, а захват 12 на верхнем рычаге 10 выполнен с возможностью ее удержания в необходимом положении.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения может использоваться захват 11 для 5-дюймовых труб с грузоподъемностью 2 т. Устройство для перемещения и хранения труб предназначено для высокоскоростного расцепления бурильной трубы 2. Для манипулирования с утяжеленными бурильными трубами, устройство размещает последние в уступе, используя лебедку для подъема груза. Это обеспечивает более быстрое манипулирование трубой для более чем 95% рабочего времени.

На базе грузоподъемности в 2т при высоте 2,5 м было установлено, что общий вес устройства с опорами и кассетой 4 с пальцами 5а 5п составляет 14,403 кг.

В устройство встроен датчик силы для выдачи оператору и системе регулирования информации о массе в захвате. Захваты 11 и 12 будут также иметь датчик для опознавания трубы 2 внутри захвата 11 и 12.

Система управления может быть основаны на роботизированной системе управления фирмы "Сименс" "SIROTEC RMC" и "SIMATIC 51354" для связи с оператором и сопряжения с другими системами (например, верхним приводом, блокировкой положения, проскальзывания и т.д.).

Устройство для перемещения и хранения бурильных труб предназначено для работы в полуавтоматическом режиме с одним оператором. В случае необходимости оператор может также работать в режиме ручного дистанционного управления. Для системы управления характерны высокая точность, высокая скорость действий, высокая безопасность причем имеется очень хорошее управление границей раздела между другими системами.

В состав оборудования для технического обслуживания и ремонта входят стандартные двигатель (зубчатая передача), рейки и шестереночные передачи, чтобы позволить механикам и электрикам быстро разобраться в оборудовании.

Конструкция позволяет уменьшить число работников, находящихся около бурильной трубы 2. Оператор будет иметь очень хорошую связь с бурильщиками. При всех запрограммированных положениях трубы 2 манипулирование трубой 2 выполняется очень легко. Это приводит к уменьшению объема работ и снижению нагрузки, что в свою очередь, увеличивает безопасность и эффективность работы.

Предлагаемая конструкция в целом представляет собой автоматическое устройство, сравнимое с существующим устройством для перемещения и хранения труб, находящимися в эксплуатации. Настоящее изобретение предлагает сочетание электрического и механического оборудования и систем управления для изготовления эффективной машины для автоматического расцепления труб.

Использование: настоящее изобретение относится к устройству для манипулирования трубами, в частности к устройству для манипулирования трубами на буровой вышке. Сущность изобретения: данное устройство состоит из мачты 1 и двух предпочтительно индивидуально контролируемых воздействующих рычагов 2А и 2В. Устройство для манипулирования трубами работает предпочтительно с кассетой 4 с пальцеобразными выступами. У кассеты 4 все пальцеобразные выступы 4а и 4в направлены к центру устройства для манипулирования трубами. Запирающее устройство 4Р может быть выполнено в форме диска, установленного на верху мачты 1. На внешней поверхности диска имеется вырез, ориентированный в направлении главной рабочей плоскости перемещения воздействующих рычагов 2А и 2В). 9 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для перемещения и хранения бурильных труб на буровой вышке, содержащее мачту в виде установленной с возможностью свободного вращения относительно своей продольной оси трубчатой стойки, узел хранения бурильных труб, выполненный в виде кассеты с заостренными пальцами, образующими пазы, открытые и ориентированные в направлении общего центра, расположенного вблизи мачты, воздействующие на бурильную трубу рычаги, главная рабочая плоскость перемещения которых лежит в вертикальной плоскости, и узел фиксации бурильных труб в пазах их хранения, отличающееся тем, что узел фиксации бурильных труб в пазах узла их хранения выполнен в виде смонтированного на трубчатой стойке дискообразного или кольцеобразного элемента с вырезом на внешней поверхности, ориентированным в направлении главной рабочей плоскости перемещения воздействующих на бурильную трубу рычагов. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вырез в кольцеобразном элементе выполнен в виде просвета. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что заостренные пальцы кассеты имеют различные размеры и конфигурацию для создания различных размеров пазов. 4. Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем, что размер просвета кольцеобразного элемента соответствует размерам пазов. 5. Устройство по любому из пп. 1 4, отличающееся тем, что воздействующие на бурильную трубу рычаги выполнены в количестве двух и установлены на мачте в виде трубчатой стойки с возможностью индивидуальной работы. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что каждый из воздействующих на бурильную трубу рычагов выполнен по типу ножниц для обеспечения перемещения бурильной трубы в вертикальном или почти вертикальном положении в направлении к трубчатой стойке или от нее. 7. Устройство по любому из пп. 1 6, отличающееся тем, что оно имеет приводы для обеспечения перемещения воздействующих на бурильную трубу рычагов вверх, вниз, к трубчатой стойке и от нее. 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что в качестве приводов преимущественно используются электродвигатели переменного тока. 9. Устройство по пп. 1 8, отличающееся тем, что каждый воздействующий на бурильную трубу рычаг имеет на своем свободном конце захват. 10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что захват на нижнем воздействующем на бурильную трубу рычаге выполнен с возможностью восприятия веса бурильной трубы, а захват на верхнем воздействующем на бурильную трубу рычаге выполнен с возможностью ее удержания в необходимом положении.