Устройство для приема и подачи труб Российский патент 2003 года по МПК E21B19/14 

Изобретение относится к спуско-подъемным операциям при бурении и может быть использовано для манипулирования буровыми штангами, обсадными трубами и т.п. вне буровой скважины.

Известно устройство для манипулирования бурильными трубами, содержащее приёмную раму с жёлобом, стеллаж для укладки труб, устройство подачи труб к скважине и обратно и устройство передачи труб со стеллажа на устройство подачи, которое содержит опоры для труб, выполненные в виде подвижных балок с приводом, представляющим собой систему тяг, рычагов и фиксаторов ( СССР, а.с. № 1372031, Е 21 В 19/14, 1988).

Недостаток известного устройства заключается в сложности как самого устройства в целом, так и устройства управления устройством передачи труб. Это снижает надёжность устройства, а следовательно, и его безопасность, а также снижает удобство эксплуатации устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для складирования бурильных труб, которое содержит многоярусный стеллаж, механизм подачи труб к скважине и обратно и узел передачи труб между стеллажом и механизмом подачи. Узел передачи труб содержит захват в виде двух параллельных боковых штанг с приспособлениями для внутреннего захвата бурильных труб с торцов. В устройстве обеспечивается совместное движение штанг как по вертикали, так и по горизонтали под действием двух гидроцилиндров, что обеспечивает для захвата возможность осевого возвратно-поступательного перемещения и возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости (СССР, а. с. № 1680940, Е 21 В 19/14, 30.09.91).

Недостаток известного устройства заключается в следующем. Поскольку захват трубы осуществляется продвижением штанг вдоль боковых кромок стеллажа, в сторону которых направлены торцы труб, то количество труб на стеллаже ограничено максимально возможной длиной штанг захвата. Фиксированное расстояние между штангами в горизонтальной плоскости обуславливает возможность работы устройства только с трубами определённой длины. При этом, так как штанги закреплены консольно, то с увеличением длины штанги снижается надёжность закрепления трубы при захвате под воздействием веса последней. То же самое наблюдается и при съёме трубы с нижнего яруса и передачи её на механизм подачи. Кроме того, имеется вероятность несинхронного срабатывания захватывающих гидроцилиндров на концах штанг, а также различие приложенных усилий, что может привести к падению трубы. Ненадёжность крепления трубы требует, кроме того, установки механизма подачи труб как можно ближе к стеллажу с трубами, что не всегда удобно и возможно. Все это приводит к снижению безопасной работы с устройством и к снижению удобства его эксплуатации.

Таким образом, известные устройства для приёма и подачи труб при осуществлении не обеспечивают достижения технического результата, заключающегося в повышении удобства эксплуатации и в повышении безопасности работы с устройством.

Предлагаемое устройство решает задачу создания устройства для приёма и подачи труб, осуществление которого обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении безопасности работы с устройством и в повышении удобства эксплуатации.

Суть изобретения заключается в том, что в устройстве для приёма и подачи труб, содержащем стеллаж для труб, устройство подачи труб к скважине и обратно, устройство передачи труб со стеллажа на устройство подачи и два гидроцилиндра, при этом устройство передачи труб содержит захват, установленный с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения и возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости под действием двух гидроцилиндров, устройство передачи труб содержит, кроме того, раму с направляющими для перемещения захвата, размещёнными в ней с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения, с верхними концами которых жёстко соединён захват, причем продольная ось захвата параллельна продольной оси труб на стеллаже, при этом корпус первого гидроцилиндра жёстко закреплён на раме, а его шток жёстко соединён с захватом, корпус второго гидроцилиндра шарнирно соединён со стеллажом для труб, а его шток шарнирно соединён с рамой, при этом стеллаж для труб и рама установлены с возможностью поворота вокруг своих горизонтальных осей, параллельных продольным осям труб на стеллаже, а захват снабжён фиксаторами для трубы. Кроме того, стеллаж для труб выполнен многоярусным и содержит консольно закреплённые на нём съёмные проставки, у которых на свободных краях, противоположных консольно закреплённым, выполнены верхние упоры для труб. Устройство подачи труб к скважине и обратно содержит приёмную раму на опорах, транспортирующую тележку с приводом, установленную на приёмной раме в направляющих, параллельных продольным осям труб на стеллаже, и блок с жёлобом для трубы на конце направляющих. При этом стеллаж для труб установлен на опорных домкратах, выдвигающиеся элементы которых соединены со стеллажом шарнирно.

Технический результат достигается следующим образом. Наличие стеллажа для труб обеспечивает возможность хранения необходимого запаса труб, а выполнение его многоярусным позволяет количественно увеличить запас труб. Это повышает удобство эксплуатации устройства. Наличие устройства подачи труб к скважине и обратно и устройства передачи труб со стеллажа на устройство подачи обеспечивает возможность манипуляции трубами в обоих направлениях, что также повышает удобство эксплуатации устройства. Захват в устройстве передачи труб обеспечивает удержание трубы при передаче. Благодаря тому, что захват снабжён фиксаторами для труб, обеспечивается надёжность их удержания, что повышает безопасность работы с устройством. Установка стеллажа на опорных домкратах, выдвигающиеся элементы которых соединены со стеллажом шарнирно, обеспечивает возможность поворота стеллажа вокруг своей горизонтальной оси и наклона его на требуемый угол относительно горизонта. Благодаря тому, что стеллаж содержит съёмные проставки, обеспечивается возможность доступа к трубам на нижних проставках путём съёма свободной от труб проставки. Консольное закрепление проставок и установка стеллажа с возможностью наклона на заданный угол относительно горизонта путём поворота вокруг горизонтальной оси, параллельной продольным осям труб на стеллаже, обеспечивают возможность выборки труб с проставок стеллажа путём их скатывания со свободного края при наклоне стеллажа. При этом верхние упоры предотвращают скатывание труб при горизонтальном положении стеллажа. Нижние упоры фиксируют трубы на нижних проставках при наклоне стеллажа. При этом, так как каждая из проставок лежит на трубах нижней проставки, исключается провисание их свободных краев, противоположных консольно закреплённым, что предотвращает возможность самопроизвольного скатывания труб со стеллажа. Всё это повышает безопасность работы с устройством. Возможность возвратно-поступательного осевого перемещения захвата и его возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости обеспечивает введение рамы в устройство передачи труб, а именно благодаря:

размещению в раме направляющих с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения, с верхними концами которых жёстко соединён захват, а также благодаря тому что корпус первого гидроцилиндра жёстко закреплён в раме, а его шток жёстко соединён с захватом, обеспечивается возможность возвратно-поступательного перемещения захвата;

шарнирному соединению штока второго гидроцилиндра с рамой;

установке рамы с возможностью поворота вокруг своей горизонтальной оси, параллельной продольным осям труб на стеллаже, обеспечивается возможность возвратно-поступательного перемещения захвата в вертикальной плоскости. Подвижность захвата обеспечивает возможность съёма труб с любой очередной проставки стеллажа и передачи его на устройство подачи и в обратной последовательности, что повышает удобство эксплуатации устройства. При этом, благодаря тому, что стеллаж для труб и рама установлены с возможностью вращения вокруг своих горизонтальных осей, параллельных продольным осям труб на стеллаже, которым параллельны также продольная ось захвата и направляющие транспортирующей тележки в устройстве подачи, обеспечивается возможность передачи трубы путём переката со стеллажа на захват и далее на устройство подачи, что исключает необходимость в фиксации захватом торцов труб. В результате исключается ограничение на длину труб, что повышает удобство эксплуатации устройства. Кроме того, в предлагаемом устройстве обеспечивается возможность использования для съёма трубы её собственного веса, поскольку при наклоне стеллажа труба под тяжестью собственного веса скатывается в подведённый к краю проставки захват. При этом масса трубы прижимает её к захвату, что в совокупности с фиксаторами для трубы ещё более снижает вероятность падения трубы при передаче и повышает безопасность работы с устройством. Шарнирное соединение корпуса второго гидроцилиндра со стеллажом и шарнирное соединение его штока с рамой обеспечивают независимость перемещения стеллажа и рамы с захватом, что позволяет изменять угол наклона стеллажа относительно горизонта независимо от угла наклона рамы. Это сокращает число непроизводительных операций при переносе трубы и сокращает также время на их выполнение, поскольку позволяет, не изменяя угла наклона стеллажа, установить захват в наиболее удобную позицию для съёма трубы и далее установить захват для передачи её на устройство подачи. В результате повышаются удобство эксплуатации устройства и безопасность работы с устройством. Наличие в устройстве транспортирующей тележки, установленной в направляющих, параллельных продольных осям труб на стеллаже, и наличие блока с жёлобом для трубы, установленного в конце направляющих, обеспечивают приём трубы из захвата и подачи её в скважину и обратно.

Таким образом, предлагаемое устройство для приёма и подачи труб при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении безопасной работы с устройством и в повышении удобства эксплуатации устройства.

На фиг. 1 изображено устройство для приёма и подачи труб, вид спереди; на фиг. 2 - сечение Б фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Г - Г фиг. 1; на фиг. 4 - вид по стрелке А фиг. 3.

Устройство для приёма и подачи труб может быть выполнено, например, следующим образом и содержит: многоярусный стеллаж 1 с опорными домкратами 2, устройство для подачи труб к скважине и обратно и устройство передачи труб со стеллажа 1 на устройство подачи.

Стеллаж 1 установлен с возможностью поворота вокруг своей горизонтальной оси, параллельной осям труб на стеллаже 1, для чего выдвигающиеся элементы опорных домкратов 2 соединены со стеллажом 1 шарнирно.

Устройство для подачи труб к скважине и обратно включает приёмную раму 3 на опорах 4 и транспортирующую тележку 5, установленную на приёмной раме 3 в направляющих 6. В качестве привода может быть использован, например, реверсивный гидродвигатель. На конце направляющих установлен блок 8 с жёлобом для трубы. Направляющие 6 установлены параллельно продольным осям труб на стеллаже 1. Привод 7 связан с тележкой 5 посредством звёздочки 9 и цепи 10. Стеллаж для труб 1 соединён с приёмной рамой 3 шарнирами 12 для повышения устойчивости, что не препятствует его повороту вокруг горизонтальной оси для изменения угла наклона относительно горизонта. Кроме того, стеллаж содержит консольно закреплённые проставки 13, у которых на свободных краях, противоположных консольно закреплённым, выполнены верхние 14 и нижние 15 упоры для труб 11.

Устройство передачи труб со стеллажа 1 на устройство подачи к скважине и обратно содержит раму 16, захват 17, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости под действием двух гидроцилиндров 18 и 19. Рама 16 установлена с возможностью поворота вокруг своей горизонтальной оси, параллельной продольным осям труб 11 на стеллаже 1, и закреплена на приёмной раме 3 шарниром 20. Корпус второго гидроцилиндра шарнирно соединён со стеллажом 1, а его шток шарнирно соединён с рамой 16. В раме 16 размещены с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения направляющие 21 для перемещения захвата 17, который жёстко соединён с их верхними концами. При этом продольная ось захвата 17 параллельна продольным осям труб 11 на стеллаже 1. Корпус первого гидроцилиндра 18 жёстко закреплён в раме 16, а его шток жёстко соединён с захватом 17. Для ограничения длины хода захвата 17 при его осевом возвратно-поступательном перемещении на одной из направляющих 21 установлен ограничитель хода 22. Для ограничения угла поворота рамы 16 на стеллаже 1 установлен ограничитель 23. Для надёжности удержания трубы захват снабжён фиксаторами 24 для трубы.

Устройство работает следующим образом.

На стеллаж 1 при помощи крана - укосины (не показан) укладывают необходимое количество труб. С помощью домкратов 2 наклоняют стеллаж 1 относительно горизонта на требуемый угол в сторону устройства подачи труб к скважине и обратно. При этом трубы 11 по верхней проставке 13 скатываются до упора 14.

Для спуска трубы в скважину включением гидроцилиндра 19 перемещают раму 16 в вертикальное положение, после чего включают гидроцилиндр 18, который подводит захват 17 к проставке 13 стеллажа 1. При снятии трубы со стеллажа 1 захват 17 подводят к крайней трубе верхнего ряда, удерживаемой упором 14. При этом трубы на нижних рядах удерживаются от скатывания к краям проставок 13 нижними упорами 15 вышележащих проставок 13. Это даёт возможность подвести захват 17 под крайнюю трубу верхней проставки 13 и снять её со стеллажа 1.

Включением гидроцилиндра 19 трубу 11, снятую со стеллажа 1 захватом 17, переносят на тележку 5 и блок 8. На левый конец трубы, лежащий на блоке 8, надевают элеватор (не показан) и производят подъём трубы лебёдкой установки. Правый конец трубы, лежащий на тележке 5, перемещается вместе с тележкой к устью скважины. Трубу устанавливают на устье, осуществляют её свинчивание и спуск. В исходное положение тележка 5 перемещается цепью 10 при включении гидродвигателя 7.

Подъём труб осуществляют в обратном порядке. Домкратами 2 стеллаж 1 опускают на угол ниже уровня горизонта. Трубу на элеваторе поднимают, отвинчивают и нижним концом устанавливают на тележку 5, которая за счёт кратковременного включения двигателя 7, а затем за счёт веса трубы откатывается до упора в крайнее правое положение. Левый конец трубы укладывают на блок 8 и освобождают элеватор. Захват 17 включением гидроцилиндра 18 подводят к трубе. После захвата трубы включают гидроцилиндр 19, который перемещает раму с трубой в вертикальное положение. Это момент фиксирует ограничитель 23. Ограничитель 22 устанавливают на одной из направляющих 21 в положение, обеспечивающее доступ к требуемой проставке 13 на стеллаже 1. Труба под действием собственного веса скатывается на проставку 13. Раму 16 и захват 17 приводят в исходное положение для приёма трубы с устройства подачи труб к скважине. Тележку 5 перемещают в сторону устья к скважине до блока 8, и цикл повторяется.

После заполнения проставки 13 на стеллаж 1 вручную устанавливают следующую.

Изобретение относится к области спускоподъемных операций при бурении скважин и может быть реализовано в оборудовании, предназначенном для манипулирования, в частности, буровыми штангами, обсадными трубами, подъемными трубами вне буровой скважины. Устройство содержит стеллаж для труб, устройство подачи труб к скважине и обратно, устройство передачи труб со стеллажа на устройство подачи. Устройство передачи труб содержит раму с направляющими для перемещения захвата. Корпус первого гидроцилиндра жёстко закреплен в раме, а его шток шарнирно соединён с захватом. Направляющие имеют возможность осевого возвратно-поступательного перемещения. Захват жестко соединен с верхними концами направляющих. Стеллаж и рама имеют возможность поворота вокруг своих горизонтальных осей, параллельных продольным осям труб на стеллаже. Корпус и шток второго гидроцилиндра шарнирно соединены со стеллажом и рамой соответственно. В результате захват имеет возможность перемещения возвратно-поступательного осевого и в вертикальной плоскости. Технический результат: повышение безопасности работы с устройством и удобство эксплуатации. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для приёма и подачи труб, содержащее стеллаж для труб, устройство подачи труб к скважине и обратно, устройство передачи труб со стеллажа на устройство подачи, и два гидроцилиндра, при этом устройство передачи труб содержит захват, установленный с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения и возвратно-поступательного перемещения в вертикальной плоскости под действием двух гидроцилиндров, отличающееся тем, что устройство передачи труб содержит, кроме того, раму с направляющими для перемещения захвата, размещёнными в ней с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения, с верхними концами которых жёстко соединён захват, причем продольная ось захвата параллельна продольной оси труб на стеллаже, при этом корпус первого гидроцилиндра жёстко закреплён в раме, а его шток жёстко соединён с захватом, корпус второго гидроцилиндра шарнирно соединён со стеллажом для труб, а его шток шарнирно соединён с рамой, при этом стеллаж для труб и рама установлены с возможностью поворота вокруг своих горизонтальных осей, параллельных продольным осям труб на стеллаже, а захват снабжён фиксаторами для трубы.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стеллаж для труб выполнен многоярусным и содержит консольно закреплённые на нём съёмные проставки, у которых на свободных краях, противоположных консольно закреплённым краям, выполнены верхние и нижние упоры для труб.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство подачи труб к скважине и обратно содержит приёмную раму на опорах, транспортирующую тележку с приводом, установленную на приёмной раме в направляющих, установленных параллельно продольной оси труб на стеллаже, и блок с жёлобом для трубы, установленный на конце направляющих.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стеллаж установлен на опорных домкратах, выдвигающиеся элементы которых соединены со стеллажом шарнирно.