УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАХВАТА ТРУБ В ТАЛЕВОЙ СИСТЕМЕ Российский патент 2001 года по МПК E21B19/07 E21B19/10 

Предлагаемое изобретение относится к области глубокого бурения, в частности представляет собой клиновое устройство для захвата труб в талевой системе.

Известен элеватор-спайдер, содержащий корпус с конической внутренней поверхностью, проушины под штропы для подъема и спуска элеватора-спайдера, клинья с конической наружной поверхностью, образующие в центре круглое отверстие для захвата скважинных труб. Проход скважинных труб в центре элеватора-спайдера обеспечивается боковой задвижкой, которая вращается вокруг оси и запирается защелкой. Клинья с помощью хомута присоединены к штокам пары идентично действующих силовых цилиндров (см., например, патент США N 4361940, кл. 24-263, 1982 г.)
Недостатком данной конструкции является то, что она не обеспечивает дистанционного управления элеватором-спайдером.

Известно также техническое решение по патенту Российской Федерации N 2068070, кл. E 21 В 19/10, 1996 г., защищающему устройство для захвата труб, включающее корпус с клиновым захватным устройством, обойму жесткости корпуса, подъемную платформу, подъемные пневмоцилиндры и поворотный механизм.

Привод клиньев захватного устройства включает силовые цилиндры (пневмоцилиндры), качающиеся на опорах корпуса со штоками, прикрепленными к подъемной платформе, и шланги, соединяющие захватное устройство с дистанционным пультом управления. Для поворота устройства в сторону мостков буровой установки с целью приема с мостков трубы через пульт управления и шланги в поворотный механизм, включающий силовые цилиндры, подается под давлением газообразный агент и под его действием устройство поворачивается на проушинах относительно несущих подвесок под углом до 90^o в сторону мостков буровой установки. При этом устройство для захвата труб находится над ротором и колонной труб, захваченной роторными клиньями, а клинья захватного устройства подняты подъемными силовыми цилиндрами. Указанное устройство может быть принято за прототип заявляемого технического решения.

Прототип, решая задачу дистанционного управления устройством (сравнительно с указанным выше аналогом), обладает рядом существенных недостатков, на устранение которых направлено заявляемое техническое решение.

Одним недостатком прототипа является то, что работа по спуску и подъему клиньев захватного устройства и повороту устройства ведется с использованием нескольких шлангов, связанных через пульт управления с источником сжатого воздуха и служащих для подачи сжатого воздуха в соответствующие полости силовых цилиндров. Это усложняет монтаж и эксплуатацию устройства.

Другим недостатком является несбалансированность устройства, не позволяющая его использовать для центрирования труб при их свинчивании.

Еще одним недостатком прототипа является увеличенные поперечные габариты устройства из-за того, что его подъемные пневмоцилиндры вынесены за пределы корпуса.

В связи с изложенным основной технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание такого устройства для захвата труб в талевой системе, конструкция которого позволяла бы осуществлять работу по спуску и подъему клиньев захватного устройства и повороту устройства с дистанционным управлением при использовании одного шланга, связывающего управление устройства с источником сжатого воздуха, и т.о. упростить монтаж и эксплуатацию устройства в целом.

Кроме того, устройство должно быть сбалансировано, что позволило бы центрировать трубы при их свинчивании и его конструкция должна обеспечить снижение поперечных габаритов устройства.

Для решения поставленной задачи устройство для захвата труб в талевой системе включает корпус с клиновым захватным устройством, обойму жесткости корпуса, подъемную платформу, подъемные пневмоцилиндры и поворотный механизм. Последний выполнен в виде пневмоцилиндра, шарнирно смонтированного на одном из штропов талевой системы, связанных с корпусом, шарнирно соединенного с указанной обоймой жесткости. Через кран поворота поворотный механизм сообщен с источником сжатого воздуха. При этом на другом штропе жестко смонтирован воздухосборник с порционным пневмораспределителем, сообщенным через один шланг с воздухосборником буровой установки. Указанный воздухосборник через жиклеры сообщен с жестко закрепленным на нем пневмораспределителем. Последний включает крышку со смонтированными на ней двумя стаканами. В нижней расширенной части первого стакана размещен полый поршень с верхней и нижней цилиндрическими направляющими. В средней части указанного стакана размещен клапан, опирающийся на седло и приспособленный к взаимодействию с верхней цилиндрической направляющей полого поршня. Клапан снабжен верхним наконечником для взаимодействия с подпружинным клапаном, размещенным в верхней полости первого стакана. В нижней расширенной части второго стакана размещен поршень с верхним наконечником, проходящим через среднюю часть второго стакана и могущим взаимодействовать с подпружиненным клапаном, расположенным в верхней полости второго стакана.

При этом средняя полость первого стакана сообщена первым шлангом с верхними полостями подъемных пневмоцилиндров, а средняя и нижняя полости второго стакана сообщены через каналы, выполненные в крышке, посредством второго шланга с нижними полостями подъемных пневмоцилиндров. Последние симметрично с зазором размещены в отверстиях верхней фланцевой части корпуса по вертикальной оси устройства и шарнирно соединены с обоймой жесткости корпуса.

Возможность осуществления предлагаемого изобретения доказывается многолетним использованием в зарубежной и отечественной практике бурения элеваторов-спайдеров с поворотными механизмами.

Указанные выше технические признаки, являющиеся отличительными для заявляемого устройства и отраженные в формуле изобретения, могут быть реализованы с помощью известных средств; они необходимы и достаточны для его осуществления, т.к. обеспечивают решение поставленной задачи - создание устройства для захвата труб в талевой системе с использованием для подъема и опускания клиньев и для поворота устройства одного шланга для подачи сжатого воздуха, что упрощает монтаж и эксплуатацию устройства, а также создание сбалансированного устройства, имеющего сниженные (по сравнению с прототипом) габариты.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется примером его выполнения на чертежах, на которых:
фиг. 1 - устройство для захвата труб в талевой системе в соответствии с предлагаемым изобретением, вид от мостков буровой установки;
фиг. 2-то же устройство, вид по стрелке А фиг. 1;
фиг. 3-то же устройство, вид по стрелке Б фиг. 1;
фиг. 4- то же устройство, вид по стрелке В фиг. 3 (от лебедки буровой установки);
фиг. 5 - порционный пневмораспределитель устройства, показанного на фиг. 1-4 в разрезе (в увеличенном масштабе);
фиг. 6 - разрез по линии I-I фиг. 5.

Устройство для захвата труб в талевой системе включает корпус 1 (фиг. 1, 2, 4) с клиновым трубозахватным устройством 2. Корпус 1 снабжен обоймой жесткости 3 подъемной платформой 4. Заявляемое устройство включает также подъемные пневмоцилиндры 5, связанные с обоймой жесткости 3, и поворотный механизм 6. Последний выполнен в виде пневмоцилиндра 7, с помощью шарнирного устройства 8 смонтированного на одном из штропов 9, связанных с корпусом 1. Поворотный механизм 6 с помощью шарнирного устройства 10 соединен с обоймой жесткости 3 корпуса 1. Пневмоцилиндр 7 сообщен через кран поворота 1 (фиг. 2, 3, 4) с источником сжатого воздуха. На штропе 12 жестко смонтирован воздухосборник 13 (фиг. 1, 2, 4), жестко скрепленный с порционным пневмораспределителем 14, сообщенным через один шланг 15 (фиг. 1) с воздухосборником буровой установки.

Воздухосборник 13 (фиг. 1, 2) через жиклеры 16 и 17 сообщен с пневмораспределителем 14 (фиг. 5, 6), включающим крышку 18 со смонтированными на ней двумя стаканами 19 и 20 ступенчатого сечения. В нижней расширенной части первого стакана 19 размещен полый поршень 21 с верхней 22 и нижней 23 цилиндрическими направляющими. В средней части указанного стакана 19 размещены клапан 24 и седло 25. Клапан 24 соединен с верхней цилиндрической направляющей 22 поршня 21 и снабжен верхним наконечником источником 26, который может контактировать с подпружиненным клапаном 27, размещенным в верхней полости первого стакана 19. В нижней расширенной части второго стакана 20 размещен поршень 28 с верхним наконечником 29, проходящим через среднюю часть второго стакана 20. С помощью верхнего наконечника 29 поршень 28 может взаимодействовать с пружинами клапаном 30. Последний расположен в верхней части второго стакана 20. При этом средняя полость первого стакана 19 сообщена со шлангом 31, соединенными с верхними полостями подъемных пневмоцилиндров 5 (фиг. 1).

Средняя и нижняя полости второго стакана 20 сообщены через каналы 32 и 33, выполненные в крышке 18, с другим шлангом 34, сообщенным с нижними полостями подъемных пневмоцилиндров 5. Канал 35 (фиг. 5 и 6) соединен со шлангом 15, ведущим к крану управления 36 (фиг. 1). Нижняя полость первого ступенчатого стакана 19 сообщена каналом 37, выполненным в крышке 18, с каналом 33. Подъемные пневматические цилиндры 5 (фиг. 1, 2, 4) с зазором "а" симметрично размещены в отверстиях 38 верхней (фланцевой) части корпуса 1 по вертикальной оси устройства II-II (фиг. 3, 4) с уменьшением поперечных габаритов и с помощью шарнира 39 (фиг. 1) соединены с обоймой жесткости 3 корпуса 1. Нижние полости пневмоцилиндров через шланг 40 (фиг. 4) сообщены с полостью крышки 41 крана поворота 11. В верхней направляющей 22 поршня 21 выполнены поперечные отверстия 42, сообщенные с атмосферой (фиг. 5). Сбалансированное относительно оси проушин III - III устройство включает уравновешивание крана поворота 11 грузом 43 (фиг. 2) и центрирует трубы при их свинчивании.

Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом.

Как и в прототипе, опускание и подъем клиньев трубозахватного устройства 2 осуществляется с помощью подъемных пневмоцилиндров 5. В исходном положении клинья трубозахватного устройства 2 подняты. Воздухосборник 13 заполнен сжатым воздухом под требуемым давлением.

Для опускания клиньев трубозахватного устройства 2 (фиг. 1, 4, 5) двухходовой кран управления 36 переводится в положение, при котором воздух из шланга 15 и из стаканов 19 и 20 выходит в атмосферу через канал 35. При этом поршни 21 и 28 опускаются. Подпружинный клапан 30 также опускается и изолирует среднюю полость стакана 20 от воздухосборника 13. Поршень 21 при опускании освобождает клапан 24, который, опускаясь на седло 25, изолирует сообщение средней полости стакана 19 с атмосферой. При этом через жиклер 16 и боковые канавки (шлицы), выполненные на наружной поверхности клапана 27, порция сжатого воздуха поступает из воздухосборника 13 в среднюю полость стакана 19 и далее через шланг 31 - в верхние полости подъемных пневмоцилиндров 5, в результате чего клинья трубозахватного устройства 2 опускаются.

Для подъема клиньев трубозахватного устройства 2 кран управления 36 переводится в положение, при котором сжатый воздух из воздухосборника буровой установки (фиг. 1) поступает по шлангу 15 и каналу 35 (фиг. 5) и по каналам 37 и 33 в нижние полости стаканов 19 и 20 и через шланг 34 - в нижние полости подъемных пневмоцилиндров 5. При этом поршень 21 поднимается в стакане 19, отрывает клапан 24 от седла 25 и поднимает его так, что верхний наконечник 26 воздействует на клапан 27, поднимая его и изолируя воздухосборник 13 от верхней и средней полостей стакана 19. При этом воздух из верхних полостей подъемных пневмоцилиндров 5 по шлангу 31 попадает в среднюю полость стакана 19 и через поперечные отверстия 42 (фиг. 5) сбрасывается в атмосферу. Т.о. клинья трубозахватного устройства 2 переводятся в верхнее положение.

Одновременно сжатый воздух поступает в нижнюю полость стакана 20 через канал 33 и в среднюю полость стакана 20 через канал 32. Поршень 28 под действием сжатого воздуха из канала 33 приподнимает наконечником 29 подпружиненный клапан 30 и через канавки (шлицы) на его боковой поверхности проходит через жиклер 17 в воздухосборник 13, восполняя израсходованную на опускание клиньев порцию воздуха.

Для поворота устройства с целью захвата трубы, поданной с горизонтальных мостков, клинья трубозахватного устройства 2 переводятся в поднятое положение, как это было указанно выше, и устройство приподнимается над устьем скважины. Рукоятка крана поворота (фиг. 3, 4) переводится в положение "вперед, от себя", и сжатый воздух из шланга 15 через нижние полости подъемных пневмоцилиндров 5, через шланг 40 и крышку 41 поворотного крана 11 поступает в пневмоцилиндр поворота 7, разворачивая устройство в сторону мостков буровой установки ("от себя") для приема очередной трубы.

Изобретение относится к глубокому бурению, в частности представляет собой клиновое устройство для захвата труб в талевой системе. Устройство для захвата труб в талевой системе включает корпус с клиновым захватным устройством, обойму жесткости корпуса, подъемную платформу, подъемные пневмоцилиндры и поворотный механизм. Последний выполнен в виде пневмоцилиндра, шарнирно смонтированного на одном из штропов талевой системы, связанных с корпусом, и шарнирно соединенного с указанной обоймой жесткости и сообщенного через кран поворота с источником сжатого воздуха. На другом штропе смонтирован воздухосборник с порционным пневмораспределителем, сообщенным через один шланг с воздухосборником буровой установки. Воздухосборник сообщен с пневмораспределителем через жиклеры. Пневмораспределитель включает крышку и два ступенчатых стакана. В одном стакане размещены полый поршень, клапан, седло и верхний подпружиненный клапан. В другом стакане размещены поршень с верхним наконечником и второй верхний подпружиненный клапан. Средние полости стаканов сообщены соответственно с верхними и нижними полостями подъемных пневмоцилиндров. Последние симметрично с зазором размещены в верхней фланцевой части корпуса на вертикальной оси устройства и шарнирно соединены с обоймой жесткости корпуса. Обеспечивается работа по спуску и подъему клиньев захватного устройства, его повороту с дистанционным управлением при использовании одного шланга, связывающего управление устройства с источником сжатого воздуха. Упрощается монтаж и эксплуатация. Снижены поперечные габариты. Имеется возможность центрирования трубы при свинчивании. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для захвата труб в талевой системе, включающее корпус с клиновым захватным устройством, обойму жесткости корпуса, подъемную платформу, подъемные пневмоцилиндры и поворотный механизм, отличающееся тем, что поворотный механизм выполнен в виде пневмоцилиндра, шарнирно смонтированного на одном из штропов талевой системы, связанных с корпусом, и шарнирно соединенного с указанной обоймой жесткости и сообщенного через кран поворота с источником сжатого воздуха, причем на другом штропе жестко смонтирован воздухосборник с порционным пневмораспределителем, сообщенным через один шланг с воздухосборником буровой установки. 2. Устройство для захвата труб по п.1, отличающееся тем, что воздухосборник сжатого воздуха через жиклеры сообщен с жестко закрепленным на нем пневмораспределителем, включающим крышку со смонтированными на ней двумя стаканами ступенчатого сечения, причем в нижней расширенной части первого стакана размещен полный поршень с верхней и нижней цилиндрическими направляющими, в средней части указанного стакана размещен клапан, опирающийся на седло, приспособленный к взаимодействию с верхней цилиндрической направляющей указанного поршня и снабженный верхним наконечником для взаимодействия с подпружиненным клапаном, размещенным в верхней полости первого стакана, а в нижней расширенной части второго стакана размещен поршень с верхним наконечником, проходящим через среднюю часть указанного стакана для взаимодействия с подпружиненным клапаном, расположенным в верхней полости второго стакана, при этом средняя полость первого стакана сообщена первым шлангом с верхними полостями подъемных пневмоцилиндров, а средняя и нижняя полости второго стакана сообщены через каналы, выполненные в крышке, посредством второго шланга с нижними полостями подъемных пневмоцилиндров. 3. Устройство для захвата труб по п.1 или 2, отличающееся тем, что подъемные пневмоцилиндры симметрично с зазором размещены в отверстиях верхней фланцевой части корпуса по вертикальной оси устройства и шарнирно соединены с обоймой жесткости корпуса.