Устройство для хранения и подачи штанг Советский патент 1986 года по МПК E21B19/14 

20

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к устройствам для хранения и подачи буровых штанг безрезьбового замкового соединения.

Целью изобретения является сокра-- 5 щение затрат времени на сборку и раз- борку бурового става за счет сохране ния ориентированного положения итанг безрезьбового замкового соединения.

На фиг.1 изображено устройство, обнщй вид, на фиг,2 - то уке, вид сбоку; на фиГоЗ то же, вид сверху (в положении захваты отведены) на фиг„4 манипулятор повернут на ось скважины, вид сверху на фиг,5 - то 5 же, захваты отведены, на - схема взаимодействия манипулятора со штангой и сепаратором.

Устройство для хранения и подачи штанг содержит кассету 1 и манипулятор 2„ Кассета включает ось 3, закрепленную в кронштейнах 4 и 5э основание 6 с направляющей 7, барабан 8, под- пру:«шненный фиксатор 9 барабана и крышку 10, Основание 6 жестко закреплено на кронштейне 5, направляющая 7 в поперечном сечении состоит из несущего а и ориентирующего Ь элементов и в плане выполнена по форме незамкнутой окружности с упором 11 на одном конце. Элементы q и b направляющей 7 предназначены для базвдования штанг 12-14 и других в заданном пространственном положении - несущий элемент а служит oiTop olf штанг5 торец ко- торых контактирует с его рабочей поверхностью ЬэИ обеспечивает сохранение продольного положения5ориентирую-, щий элемент обеспечивает сохранение углового положения, что необходимо для соединения штанг гфи наращивании (сборке) бурового става Барабан 8 имеет нижний 15 и верхний 16 сепараторы, их рабочая часть вьшолнена в форме чередупощихся выступов и прорезей, расположенных с заданным шагом, В прорезях сепараторов размещаются . штанги 12-14 и другие, при этом прорези выполнены с возможностью смеще25

30

Ю

45

ния штанг 3 радиальном относительпо

сепараторов направлении (по глубине прорезей), а выступы и другие; контактируя, со штангами, разделяют их с заданньгм шагом, а также выполняют функции зубьев кинематической пары гатанга - барабан, при этом последний установлен на оси 3 с возможностью .вращения. В нижней части барабана

0

5

5

0

5

0

5

имеется диск 21 с прорезями для взаимодействия с подпружиненньм фиксато-, ром 9, закрепленным на основании 6, шаг прорезей диска 21 соответствует шагу прорезей сепараторов 15 и 16, т 1. е, шагу расположения штанг в кассете. На крышке 10 расположены внутренняя 22 .и внешняя 23 реборды, ограничивающие положение верхнего конца штанг, для прохода последнего при подаче штанги манипулятором верхняя реборда 23 имеет прорезь. Крышка 10 неподвижно закреплена на оси 3. Посредством кронштейнов 4 и 5 кассета неподвижно закреплена на мачте бурового станка (не показана),

Манипулятор 2 включает основание 24J полую стойку 25, ребра 26 и поворотные хомуты 27 и 28, жестко соединенные между собой и образующие корпус манипулятора, а также привод 29, две поворотные оси 30 и 31, одна из которых полая, с рычагами 32 и 33 на верхних концах образующими захват манипулятора и рычагами 34 и 35 на нижних j образую1ди 1и дополнительный захват в совокупности с подвижной плитой 36 и с приводом 37с Направляющая 7 имеет дополнительный участок (направляющую) 38 для перемещаемой штанги, также состоящий из несущего а и ориентирующего Ь элементов. Корпус манипулятора посредством хомутов 27 и 28 установлен на направляющей 39 мачты с возможностью вращения относительно оси 0,уОА, на угол ос , шток и корпус привода 29 шарнирно соединены с основанием 24 и с кронштейном 40 мачты. Направляющая 38 в плане изогнута по форме дуг окружностей, центр которых находится н:а оси , вращения манипулятора, продольная ось ориентирующего элемента Ь совпадает с траекторией продольной оси штанги 12, подаваемой манипулятором, а рабочая, контактирующая с торцом шганги 12 поверхность С несущего элемента а находится в одной плоскости с основной поверхностью разъема штанги 41 бурового става,, зафиксированного штатным устройством захвата 42 става, например люнетпатроном, при этом конец на- .правляющей 38 жестко соединен с корпусом последнего. Поворотные оси 30 и 31 размещены концентрично в полой .. стойке 25 с возможностью вращения относительно оси на угол . На верхних концах осей 30 и 31 посред3

ством втулок 43 и 44 жестко закреплны рычаги 32 и 33 с охватывающими элементами 45 и 46-. Рычаги 34 и 35, жестко закрепленные на нижних конца осей 30 и 31, кинематически связаны с подвижной плитой 36, которая имее продольную ступенчатую в плане прорезь для размещения трубы и спирали штанги. Захваты разнесены по продолной оси манипулятора.на расстояние, близкое к длине штанги, для надежного перемещения штанг, преимуществен

длинномерных, и вьтолнены с возможностью нежесткого захвата штанги, в частности смещения ее нижнего конца вдоль прорези подвижной плиты 36. Последняя установлена в направлягацих основания 24 с возможностью возвратно-поступательного движения и снабжена приводом 37, шток которого соеди- нен с плитой 36, а корпус - с основанием 24. Кинематическая связь подвижной плиты 36 и рычагов 34 и 35 выполнена, например, в виде прорезей А и Б и размещенных в них цилиндрических выступов 47 и 48, принадлежащих рычагам 34 и 35.

30

Взаимное расположение манипулятора 2 и барабана 8 кассеты 1 в плане выполнено с возможностью их кинематической связи посредством штанги 12, подаваемой манипулятором из положения 1 хранения к буровому ставу (и обратно) и взаимодействующей при этом с выступами 19 (и 18) сепараторов 15 и 35 16 барабана, а также с возможностью поворота барабана 8 и перемещения находящихся в нем штанг 12-14 и других только на один заданный шаг. При этом снабженный приводом 29 манипулятор, находящаяся в его захватах штанга 12 и бесприводный барабан 8 кассеты служат соответственно ведущим, промежуточным и ведомым звеньями указанной кинематической связи. Осевые линии 5 направляющей 7 кассеты на участке от упора 11 (точка &) до точки Г (против часовой стрелки) и направляющей 38 манипулятора на участке 0,13 имеют различную кривизну, противоположно 50 направленную вьтуклость и пересекают-. ся в точках О, и Г . Для плавного перемещения штанги на участке осевой О,Г выполнен переход 49 от направляющей 7 к направляющей 38. Совокуп- 55 ность направляющей 7 кассеты, перехода 49 и напраг тяющей 38 манипулятора - последовательно примыкающих и

5 0

5 0 5

соединенных между собой участков 80,,. О, Г и TD составляет направляющую уст- ройства в целом, которая выполнена с возможностью точного базирования подаваемой штанги 12 на ее несущем элементе а, свободной подвижности нижнего конца штанги относительно ориентирующего элемента Ь в направлении его продольной оси и ограниченной подвижности в поперечном направлении, при этом подвижность обеспечивается за счет зазора между боковыми поверхностями упомянутого элемента и паза замка штанги. Отмеченное выше вьтол- нение прорезей сепараторов барабана, захватов манипулятора и ориентирующего элемента направляющей с возможностью нежесткого захвата, смещения и ограниченной подвижности подаваемой штанги обеспечивает условия, необходимые для перемещения штанги манипулятором и совмещения хвостовика и гнезда соединяемых штанг непосредственно в конечной фазе подачи шгганги на ось бурового става.

Устройство работает следующим образом.

Перед наращиванием бурового става манипулятор повернут в положение (кассета), захваты удерживают предварительно захваченную очередную штангу 12, которая находится между выступами 17 и 18 сепараторов барабана В, штанга 41 бурового става зафиксирована штатным устройством захвата 42 так, что ее замковая часть (хвостовик) находится в положении, необходи- мом для соединения со штангой 12.

При наращивании бурового става включается привод 29, манипулятор со ртангой поворачивается на угол сх:. - из положения I (кассета) в положение III (став) - и подает штангу 12 на ось OgOg. В первой фазе цикла подачи - на пути от точки О, до точки ОI, - штанга 12 контактирует с боковой поверхностью выступов 19 сепара- торов 15 и 16 и, воздействуя на них, поворачивает барабан 8 на заданный шаг (точка К является последней точкой контакта штанги с выступом сепараторов), при этом другие выступы сепараторов воздействуют на все штанги, расположенные в барабане 8 и опирающиеся на направлякнцую 7, и перемещают их также на заданный шаг, в частности выступ 19 перемещается на место выступа 20, а последующая штанга 13 51257

на место штанги 12, занимая исходное положение для захвата при выполнении следующего цикла подачи. Фиксатор 9, взаимодействуя с диском 21 при повороте барабана 8 на каждый шаг, пре- дотвращает его случайное смещение от посторонних воздействий. Во второй фазе цикла подачи (на пути от точки

О,

до точки Ос) штанга 12 не контак

тирует с сепараторами барабана 8, в песледней фазе цикла подачи и попе- речного совмещения замковых частей (гнезда и хвостовика) штанга 12 соединяется со штангой 41 бурового става

Освобождение штанги осуществляется путем отведения захватов манипулятора Для этого привод 37 включается на обратный ход и подвижная относительно основания 24 плита 36 (нижний захват) сдвигается со штанги, одновременно боковая поверхность прорезей А и Б плиты воздействует на размещенные в, них цилиндрические выступы 47 и 48 и рычаги 34 -и 35 поворачиваются на угол ji, синхронно с ними поворачиваются оси 30 и 31 с рычагами 32 и 33, и охватывающие элементы 45 и 46 отводится от штанги. После этого привод 29 включается на обратный ход и поворачивает разгруженный манипулятор из положения Ш С став -) в положение 1 (кассета), привод 37 включается на рабочий ход, при этом плита 36 проре

Им

JS

ff.

Юе

0

0

s

5

160 / 6

зью надвигается на штангу, ранее перемещенную в положение, исходное для захвата, а охватывающие элементы 45 и 46 захватывают ее верхний конец, в результате устройство подготовлено к выполнению очередного цикла подачи штанги для наращивания става.

Работа устройства при разборке става осуществляется в обратной последовательности, в частности во второй фазе поворота (на пути после точки Oj; к точке Oj) штанга, подаваемая манипулятором в кассету, вступает в контакт.с боковой поверхностью выступов 19 сепараторов 15 и 16 и, воздействуя на них, поворачивает барабан 8, и перемещает находящиеся в нем штанги на заданный шаг, в результате штанга вводится в кассету и очередная свободная прорезь сепараторов занимает положение для приема следующей штанги.

Другим примером выполнения данного изобретения является устройство, подвижная часть манипулятора которого перемещается возвратно-поступательно, в соответствии с этим дополнительная направляющая 38 в плане вьшолняется прямолинейной. В случае использования обычных (не шнековых) штанг подвижная плита 36 манипулятора выполняется с и-образной одноступенчатой продольной прорезью. й,1 т „

го

37

фиг.г

75 76

74

фие.4W

«

38

ftS

52

27

tfite.S

16

ВНИИПИ Заказ 4887/23 Тираж 548

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

cpue.6

Подписное