УСТАНОВКА ДЛЯ ПРИЕМА, СКЛАДИРОВАНИЯ И ВЫДАЧИ СКВАЖИННЫХ ТРУБ И ШТАНГ ПРИ СПУСКО-ПОДЪЕМНЫХ ОПЕРАЦИЯХ Российский патент 2001 года по МПК E21B19/14 

Изобретение относится к области бурения, освоения и ремонта нефтяных, газовых и других скважин.

В настоящее время существуют установки и устройства, выполняющие операции по приему, накоплению и выдаче скважинных труб (см. например, а.с. 1141182, БИ N 7, 1985).

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для приема, складирования и выдачи скважинных труб и штанг при спуско-подъемных операциях (патент RU N 2137897, БИ N 26, 1999 г.).

Эта установка состоит из передвижной платформы, на которой установлен механизм приема и переноса труб и штанг с приводом и стеллажами с горизонтальными полками и упорами, расположенными концентрично оси вала. Платформа снабжена гидродомкратами и на ней установлен механизм приема и переноса труб и штанг, выполненный в виде желоба, подвижно связанного с рычагами, причем передний рычаг связан с приводом. На верхней образующей полке желоба установлены захваты с ограничителями, а по краям дна желоба имеются сквозные отверстия для пропуска упоров, установленных на поверхности платформы.

Установка имеет стойки для скатывания труб, установленные на платформе, передняя стойка имеет противовес. Полки имеют скос верхней образующей в сторону стеллажа и прикреплены на стойках с возможностью их перемещения вдоль стоек.

Стеллажи шарнирно связаны осью с платформой с возможностью их поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

В данной установке ограничено перемещение желоба с трубой в вертикальной плоскости углом максимум 120^o. Нет возможности наклона желоба для лучшего скольжения нижней образующей трубы по дну желоба при ее укладке. Нет возможности перемещения трубы вдоль желоба для подачи ее непосредственно в элеватор над устьем скважины. Занята вся площадь платформы (приемных мостков), что не дает возможности безопасного перемещения по ней рабочего персонала наклон стеллажей осуществляется подъемом (опусканием) всей платформы, что существенно ухудшает удобство и условия безопасности при необходимости ведения операций одновременно на левом и правом стеллажах. Кроме того, необходимы большие усилия при подъеме всей платформы и при страгивании желоба с трубой в крайних точках, что создает большую напряженность в конструктивных элементах установки.

Технической задачей изобретения является оптимизация конструкции, расширение функциональных возможностей установки, повышение надежности и безопасности работы, упрощение управления и условий эксплуатации установки.

Для решения этой задачи установка приема, складирования и выдачи скважинных труб и штанг при спуско-подъемных операциях имеет платформу с центром в виде рамы, которая может быть установлена на любом транспортном прицепном средстве (прицеп, полуприцеп, траллер, сани т.п.), на которой установлен механизм приема и переноса труб с приводом и стеллажи с гидроцилиндрами.

Механизм приема и передачи труб и штанг состоит из несущего желоба с карманами на полках, в которые вставляют консоли с захватами труб на концах. В желобе лежит направляющий желоб с роликом, расположенным в его передней части, а в нем размещается приемник труб, который перемещается по и вдоль желоба посредством троса, закрепленного на заднем торце приемника. Концы троса закреплены таким образом, чтобы крепление можно было перемещать вдоль рамы, а сам трос обегает ролики и перемещает приемник.

Несущий желоб подвижно связан с двумя парами рычагов, на задней паре установлен блок роликов для направления троса, блок может перемещаться вдоль пары рычагов, при этом сами пары рычагов связаны силовой балкой, к которой подведены гидроцилиндры, опоры гидроцилиндров шарнирно установлены на раме с возможностью вращения их в вертикальных плоскостях.

Стеллажи снабжены гидроцилиндрами, установленными на передних опорах, а сами опоры установлены на боковых балках рамы, при этом стеллажи связаны со штоками гидроцилиндров с тем, чтобы была возможность их поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях, опираясь на упоры, связывающие стеллажи с передней опорой.

На раме устанавливаются стойки передачи труб, при этом передняя стойка имеет противовес. По стойкам перемещаются полки, имеющие скос верхней образующей в сторону стеллажей. На платформе устанавливаются толкатели для возврата захвата в рабочее положение.

Вышеназванные признаки существенны, так как их сочетание не известно и позволяет достичь полной оптимизации установки, обеспечить ее надежность и безопасность, при этом значительно упростить конструкцию в целом и управление ею.

На фиг. 1 изображен общий вид установки, расположение ее относительно устья скважины, схема движения желоба механизма и переноса труб; на фиг. 1a - начало движения желоба после взятия трубы со стеллажа; на фиг. 1б - среднее положение желоба; на фиг. 1в - окончание движения желоба с трубой к устью скважины. На фиг. 2а изображен общий вид установки, положение приема труб, поднимаемых из скважины; на фиг. 2б - положение подачи труб к устью скважины.

Установка состоит из рамы-платформы 1, на которой установлен механизм приема и переноса труб 2 со стойками 3 и 4, стеллажами 5 с гидроцилиндрами 6, опорами 7 и 8.

Механизм приема и передачи труб 2 состоит из несущего желоба 9, подвижно установленного на паре рычагов 10 и 11, установленных на валах 12 и 13, жестко закрепленных на раме 1. Пары рычагов связаны силовой балкой 14, приводимой в движение гидроцилиндрами 15 и 16, закрепленными в рамках 17 и 18 имеющих вращение в вертикальной плоскости и вокруг валов 19 и 20, установленных в раме 1. На паре рычагов 11 установлен блок роликов 21.

В несущем желобе 9 находится направляющий желоб 22, имеющий возможность вращения в вертикальной плоскости на валу 23, укрепленном на желобе 9. В желобе установлен ролик 24.

В направляющем желобе 22 размещен приемник 25 для приема и перемещения труб. Торец желоба 26 жестко скреплен с тросом 27.

Стеллаж 5 состоит из балки 28, шарнирно связанной с гидроцилиндром, установленным в опоре 30, закрепленной на балке 31 рамы 1, опоры 32, башмаков 33 и 34 упора 35. Опоры и упор имеют винтовую резьбу. Стеллаж имеет возможность поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Стеллаж ограничен стойкой 36 и имеет полки 37 с ограничителями 38. На полках несущего желоба 9 предусмотрены карманы 39 для установки в них консолей 40 захватов 41, имеющих хвостовик и ограничители 42.

Стойка 3 передачи труб состоит из балки-рейки, закрепленной на валу 43, установленном на раме 1. Нижний конец балки-рейки ниже вала снабжен противовесом 44.

Стойка 4 передачи труб съемная и состоит из балки-рейки аналогичной 3, нижним концом закрепляется на раме 1.

На балках-рейках стоек передачи установлены полки 45 со скошенной верхней образующей. Полки могут перемещаться вдоль реек и закрепляются на необходимом уровне пальцем 46. На раме-платформе закреплены упоры 47.

Трос 27 одним концом жестко закреплен на раме 48, обегает ролики 21, 29, 24 и другим концом закреплен в винте 49.

Установка работает следующим образом.

После ориентирования установки относительно устья скважины и подъемного агрегата стеллажи 5 из транспортного положения (фиг. 2 а) поворотом вокруг оси гидроцилиндра 6 на упоре 35 устанавливаются перпендикулярно оси установки. Опускаются опоры 7, 32, устанавливаются на башмаки 33 и 34, винтами 36 устанавливается необходимый высотный уровень стеллажа. Гидроцилиндрами 6 стеллажам придается необходимый для скатывания по ним труб в направлении ограничительной стойки 36 уклон.

Стойка 4 устанавливается в вертикальное положение и закрепляется на раме. Стойка 3 освобождается от фиксируемого горизонтального положения и противовес приводит ее в вертикальное положение. Полки 45 устанавливаются на необходимом уровне и фиксируются.

Подаваемая под давлением рабочая жидкость подается в полость гидроцилиндра 16 под шток, а гидроцилиндра 15 в полость над штоком, приводя таким образом в движение силовую балку 14, которая, взаимодействуя с рычагами 10 и 11, перемещает несущий желоб с находящимися в нем элементами по радиусу рычагов в вертикальной плоскости горизонтально и параллельно уровню платформы (фиг. 1а).

Натяжением троса 27, винтом 49 и перемещением блока роликов 21 по паре рычагов 11 и фиксацией их достигается необходимая длина выдвижения приемника 25 из направляющего желоба для конкретных условий при монтаже оборудования на устье скважины.

По достижении высшей точки подъема (фиг. 1б) несущий желоб начинает опускаться, утапливая при этом стойку 3. В зависимости от высоты рабочей (приустьевой) площадки и нужного расстояния от края площадки до передней образующей рамы-платформы 1, в определенной точке опускания направляющий желоб нижней образующей попадает на отклоняющий ролик, установленный на краю приустьевой площадки. Несущий желоб продолжает движение вниз. Направляющий желоб прокатывается по отклоняющему ролику вперед, приемник выдвигается из желоба натягиванием троса к устью скважины под углом (фиг. 1).

Поднятая из скважины труба нижним концом опускается в приемник, и скользя по нему под наклоном, укладывается в нем.

Переменой направления движения жидкости под давлением в гидроцилиндры происходит обратное движение желобов и приемника с трубой от устья скважины к стеллажам.

После достижения высшей точки подъема (фиг. 1 б) желоба с приемником и трубой начинают опускаться к платформе. Стойка 3, освобожденная от давления несущего желоба 9, принимает вертикальное положение под воздействием противовеса 44, параллельное стойке 4, и ограничена в дальнейшем движении, упираясь в перемычку рамы платформы.

Желоба с приемником, опускаясь вниз, проходят между полками стоек, т.к. имеют определенную ограниченную длину, а труба концами, выступающими за пределы приемника с обеих сторон, ложится на полки. По верхним образующим полок 45, имеющим скос в направлении стеллажа; труба скатывается на него и затем, продолжая движение по стеллажу, занимает определенное место, формируя очередной ряд складирования. Желоба с приемником продолжают движение вниз и, дойдя до уровня платформы, взаимодействуют с переключателем направления движения рабочей жидкости в гидроцилиндры. Поршни со штоками гидроцилиндров меняют движение на противоположное и желоба с приемником движутся в направлении к устью скважины для приема очередной трубы, поднятой из скважины. Цикл повторяется.

При заполнении трубами очередного ряда на стеллаже на него устанавливается полка 37 с ограничителями 38.

Таким образом производится прием труб, поднимаемых из скважины, перенос их на стеллаж и складирование.

Подача труб со стеллажей к устью скважины
Стойка 3 утапливается в горизонтальное положение и фиксируется. Стойка 4 убирается. В карманы 39 желоба 9 вставляются консоли 40 с захватами 41 и закрепляются. Движением поршня со штоком гидроцилиндра 6 вниз стеллажи 5 принимают уклон в сторону продольной оси рамы-платформы. Трубы верхнего ряда 50, скатываясь, упираются в верхний ограничитель 38 полки 37. Таким образом передние трубы верхнего ряда более приближены к платформе, чем трубы нижележащих рядов (фиг.2 б).

При движении желобов с приемником вверх труба 50 подхватывается захватом 41 и по консоли 40, имеющей уклон в сторону платформы, скатывается в приемник. Труба 50 утапливает хвостовик 51 захвата 41 и захват остается в этой позиции (фиг. 2 б). Хвостовик опирается в ограничитель 42.

Желоба с приемником и находящейся в нем трубой дальнейшим движением вперед подают ее на устье скважины. После съема трубы из приемника желоба с приемником возвращаются назад к платформе. В нижней точке хвостовик захвата, взаимодействуя с упором 47, возвращает захват в исходное положение готовности к снятию очередной трубы со стеллажей. Цикл повторяется.

После освобождения ряда от труб снимается полка 37 и трубы очередного ряда скатываются в направлении платформы до упора в ограничитель 38. Таким образом все трубы со стеллажа подаются к устью скважины.

После окончания работ на скважине упором 35 вращением винта задний конец стеллажа 5 приподнимается, высвобождая опоры 32, которые устанавливаются в транспортное положение и фиксируются. Винтом приподнимается опора 7 и складывается в транспортное положение. Стеллаж 5 поворачивается вокруг оси гидроцилиндра 6, опираясь на упор 35, укладывается вдоль платформы, фиксируется. Установка готова к перемещению на другой объект.

Стеллажи могут разворачиваться в рабочее положение на обе стороны платформы одновременно или на одну из сторон. Консоли с захватами могут устанавливаться по обеим полкам несущего желоба. Стойки имеют возможность разворота для работы с любой стороны платформы. Таким образом возможна работа в любой ситуации.

Проанализировав работу установки. можно сделать выводы о ее преимуществах:
1. Операция приема труб (штанг), перенос и складирование на стеллаже, равно как операция подачи труб со стеллажа на устье скважины, логично выстроены в оптимальную технологическую цепь безостановочно-непрерывную во времени и в едином базисном движении вперед-назад.

2. Прием и перенос труб происходит во время подъема (опускания) трубы из скважины, т. е. время на операции с трубами исключено из общего цикла спуско-подъемных работ.

3. Угол поворота рычагов в вертикальной плоскости достигает 180^o, что позволяет работать при любой высоте рабочей (приустьевой) площадки, в зависимости от высоты устья скважины. Максимальная высота площадки равна высоте платформы плюс длина рычагов, минимальная - уровень поверхности земли.

4. Приемник устанавливается наклонно от устья скважины, что способствует лучшему скольжению нижнего торца трубы при ее укладке.

5. Приемник выдвигается с лежащей в ней трубой на нужную длину, с тем, чтобы труба прямо ложилась в элеватор.

6. Расположение гидроцилиндров, приводящих в движение приемопадающую систему, оптимально уменьшает усилия, необходимые для подъема и переноса труб, что способствует разгрузке конструктивных узлов, т.е. увеличивает надежность конструкции.

7. Создание уклона стеллажей в сторону от платформы гидроцилиндрами происходит при пустых стеллажах, а уклон в сторону платформы происходит под действием веса складированных труб, что позволяет производить эти операции минимальными усилиями.

8. Площадка, кроме центральной части, где находится желобная система с рычагами, свободна для производства необходимых работ и прохода.

9. Возможна одновременная работа на обоих стеллажах по обе стороны платформы или на любом из них.

10. Установку можно устанавливать на значительном расстоянии от рабочей площадки, что очень важно при кустовом расположении скважин.

11. Конструктивное решение узлов, взаимодействие узлов установки исключает возможность отказа в работе или поломки отдельных деталей.

12. Управление установкой предельно просто: одна ручка гидрораспределителя поворотом вперед-назад приводит в движение механизм приема и переноса труб от стеллажей к устью и обратно, другая - подъем или опускание передней части стеллажа.

13. Нагнетание рабочей жидкости в гидроцилиндры производится от гидросистемы бурового агрегата-подъемника или от отдельного насосного блока.

14. Ручной труд исключен полностью.

Установка предназначена для бурения, освоения и ремонта нефтяных, газовых и других скважин. Установка содержит платформу, на которой установлен механизм приема и переноса труб с приводом и стеллажами с горизонтальными полками и упорами, расположенными концентрично вала, установленного на платформе. Установка снабжена стойками передачи труб, установленными на платформе. Передняя стойка имеет противовес и на стойках установлены полки с возможностью их перемещения вдоль стоек со скосом верхней образующей в сторону стеллажа. Стеллажи связаны осью с платформой с возможностью их поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Механизм приема и передачи труб установлен на платформе, центр которой выполнен в виде рамы. Механизм имеет вид несущего желоба, на котором установлены карманы на полках. В карманы вставляют консоли с захватами. На желобе лежит направляющий желоб с роликом, с возможностью его вращения вокруг вала, соединяющего оба желоба. Приемник труб связан с тросом, обеспечивающим возможность его перемещения вдоль направляющего желоба. Несущий желоб подвижно связан с двумя парами рычагов, установленных на валах, закрепленных на раме. На задней паре рычагов установлен блок роликов с возможностью его перемещения вдоль рычагов. Сами пары рычагов связаны между собой силовой балкой, к которой подведены гидроцилиндры. Опоры гидроцилиндров шарнирно установлены на раме с возможностью их вращения в вертикальной плоскости. Стеллажи снабжены гидроцилиндрами и связаны упором с передней опорой. Трос проходит по роликам и концы троса закреплены на раме с возможностью их перемещения вдоль рамы. Установка имеет расширенные функциональные возможности, высокую надежность и безопасность, проста в управлении и эксплуатации. 6 ил.

Установка для приема, складирования и выдачи скважинных труб и штанг при спуско-подъемных операциях, включающая платформу, на которой установлен механизм приема и переноса труб с приводом и стеллажами с горизонтальными полками и упорами, расположенными концентрично вала, установленного на платформе, при этом установка снабжена стойками передачи труб, установленными на платформе, причем передняя стойка имеет противовес и на стойках установлены полки с возможностью их перемещения вдоль стоек со скосом верхней образующей в сторону стеллажа, а стеллажи связаны осью с платформой с возможностью их поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях, отличающаяся тем, что механизм приема и передачи труб установлен на платформе с центром в виде рамы и выполнен в виде несущего желоба, на котором установлены карманы на полках, выполненные с возможностью установки на них консолей с захватами, на этом желобе лежит направляющий желоб с роликом с возможностью его вращения вокруг вала, соединяющего оба желоба, а в нем расположен приемник труб, связанный с тросом, обеспечивающим возможность его перемещения вдоль направляющего желоба, при этом несущий желоб подвижно связан с двумя парами рычагов, установленных на валах закрепленных на раме, а на задней паре рычагов установлен блок роликов с возможностью его перемещения вдоль рычагов, причем сами пары рычагов связаны между собой силовой балкой, к которой подведены гидроцилиндры, при этом опоры гидроцилиндров шарнирно установлены на раме с возможностью их вращения в вертикальной плоскости, кроме того, стеллажи снабжены гидроцилиндрами и связаны упором с передней опорой, а трос проходит по роликам и при этом концы троса закреплены на раме с возможностью их перемещения вдоль рамы.