Буровая установка Советский патент 1991 года по МПК E21B19/00 E21B3/00 

t

(21)4710035/03

(22)27.04.89

(46) 23.04.91. Бнш. № 15

(71)Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения, Кунгурский машиностроительный завод научно-производственного объединения Турбобур

(72)С.И.Корнюшенко, С.В.Васильев, А.В.Демин, В.Н.Судницын, Ю.П.Царе- градский, И.Я.Вальдман и Н.П.Шнайдер

(53)622.242(088.8)

(56) Патент СССР № 950196, ; кл. Е 21 В 15/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1062371, кл. Е 21 В 19/00, 1981.

(54)БУРОВАЯ УСТАНОВКА

(57) Изобретение относится к горной пром-сти и позволяет повысить надежность работы буровой установки за счет исключения датчиков поворота звеньев мачты. На основании 1 установки установлена мачта, имеющая шар- нирно сочлененные звенья 2 и 3 и гидроцилиндры (ГЦ) 7, 9 и 10 их поворота. На звеньях 3 установлен вращатель 6. Управление ГЦ 7, 9 и 10 осуществляется системой управления и следящей системой компенсации утечек. Система управления имеет гидрораспределители (ГР) управления 14, 17 и блокировки 20. Следящая система имеет ГР 27 включения, клапан ИЛИ 14„ ГЦ 28, фрикцион 25 с рычагом 26, блоки (Б) 21 и 22 и упругий элемент 24. На оси 4 звена 2 установлен с возможностью вращения Б 22. На оси 5 уставов - лен Б 21, жестко связанный с звеном 3. Элемент 24 закреплен на звене 2. Канат 23 огибает Б 22. Один конец каната 23 прикреплен к Б 21, а другой конец - к элементу 24. Фрикцион 5 расположен с возможностью взаимодействия его рабочей поверхности с Б 22, а рычага 26 - с ГР 27 и связан с поршнем ГЦ 28. Рабочая полость ГЦ 28 сообщена с камерой управления ГР 20. Одноименные полости ГЦ 9 и 10 сообщены между собой., Поршневые полости ГЦ 7, 9 и 10 связаны посредством ГР 20. Штоковые полости ГЦ 7, 9 и 10 через клапан 14 и ГР 27 связаны с их поршневыми полостями. Штоки ГЦ 9 и 10 связаны рычагом 8 со эвеном 2. Параметры ГЦ 7, 9 и 10 выполнены одинаковыми. В установке обеспечено как перемещение вращателя 6 по оси скважины, так и независимый поворот звеньев 2 и 3. Осевое перемещение вращателя 6 обеспечивается связью поршневых полостей ГЦ 7, 9 и 10. Утечки рабочей жидкости из поршневых полостей ГЦ 7, 9 и 10 восполняются через клапан 14 и ГР 27. 1 з.п; ф-лы, 2 ил.

2

СО

Иэобретение относится к горной промышленности, а именно к буровым установкам.

Цель изобретения - повышение надежности работы буровой установки за счет исключения датчиков поворота звеньев мачты.

На фиг. 1 представлена буровая установка с системой управления гидроцилиндрами; на фиг. 2 показан. . процесс корректирования положения колонны.

Буровая установка содержит основание 1, на котором шарнирно установлена мачт-а, выполненная из двух звеньев 2, 3 равной длины. Нижнее звйно 2 шарниром 4 связано с основанием, верхнее звено 3 шарниром 5 связано с нижним звеном 2. На свободном конце верхнего звена 3 установлен вращатель 6, предназначенный для поддержания и вращения бурильной колонны (на чертеже не показана). На верхнем 3 и нижнем 2 звеньях шарнирно установлен гидроцилиндр 7 поворота верхнего звена 3, причем расстояние от оси шарнира 5 сочленения нижнего и верхнего звеньев до осей шарниров крепления гидроцилиндра равны между собой. К нижнему звену 2 жестко прикреплен в оси шарнира 4 рычаг 8. С рычагом 8 связаны штоки гидроцилиндров 9, 10 поворота нижнего звена, соединенные между собой тягой 11. Длина рычага 8 равна расстоянию в и отрезку, соединяющему ось шарнира 4 с осью крепления гидроцилиндров 9, 10. Тяга 11 и рычаг 8 соединены шарнирно. Гидроцилиндры 9, 10 поворота нижнего звена 2 размещены, например, параллельно друг Другу. Одноименные полости этих гидроцилиндров связаны между собой и, кроме того, их поршневые полости связаны магистралью 12 с возможностью ее перекрытия с поршневой полостью гидроцилиндра 7, а штоковые полости гидроцилиндров 9, 10 связаны с штоковой полостью гидроцилиндра 7 подпитрчной магистралью 13, в который установлен клапан ИЛИ 14 следящей системы компенсации утечек«

Система управления гидроцилиндрами содержит гидрораспределитель 14 управления верхним звеном, связанный со штоковой и поршневой полостями гидроцилиндра 7 поворота верхнего эаена магистралями соответственно 15, 16.

В систему управления гидроцилиндрами входит также гидрораспределитель 17 управления нижним звеном 2 и включения автоматического управления гидроцилиндрами 7, 9, 10. Гидрораспределител ь 17 магистралью

0

5

0

5

I

0

5

0

5

0

5

18 связан со штоковыми полостями гидроцилиндров 9, 10 поворота нижнего звена, а магистраль 19 соединена с магистралью 15. В магистралях

12,19 установлен гидрораспределитель 20 включения и блокировки гидроцилиндра. 7 поворота верхнего звена.

На оси шарнира 5 установлен верхний блок 21, жестко связанный с верхним звеном 3. На оси шарнира 4 установлен с возможностью вращения нижний блок 22.

На верхнем блоке 21 закреплен один конец каната 23, огибающего нижний блок 22. К другому концу каната 23 прикреплен упругий элемент, например, пружина 24, свободный конец которой закреплен на нижнем звене 2. Фрикцион 25 имеет рычаг 26 и размещен с возможностью взаимодействия его рабочей поверхности с блоком 22, а рычаг 26 - с гидрораспределителем 27 включения подпитки. С фрикционом 25 связан поршень гидроцилиндра 28 управления.

Гидроцилиндром 28 управляет гидрораспределитель 29 включения, следящей системы компенсации утечек, связанный с ним магистралью 30. Магистраль 30 соединена магистралью 31 с гидрораспределителем 20. В установке предусмотрен механизм поддержания бурильной колонны (на чертежах

не показан). i

В магистрали 18 установлен регулируемый дроссель с клапаном 32 для предотвращения резкого опускания звеньев под собственным весом.

Следящая система предназначена для автоматической компенсации утречек рабочей жидкости из рабочих полостей гидроцилиндров 7, 9, 10, вследствие которых происходит отклонение вниз верхнего звена 3 на угол $ . Чтобы ликвидировать отклонение необходимо обеспечить подпиткой поршневые полости гидроцилиндров. Эту задачу решает следящая система, включающая гид- рораспределитель 29, связанный магистралью 30 с гидроцилиндром 28 и магистралью 31 с гидрораспределите- лем 20, фрикцион 25, канат 23 с пружиной 24 и гидрораспределитель 27, связанный с подпиточной магистралью

13,в которой установлен клапан ИЛИ 14..и с магистралью 12.

51

Ручка 33 включает одновременно гидрораспределители 17 и 29 при совместной работе гидроцилиндров 7, 9, 10. При включении гидрораспределителя 29 включается гидрораспределитель 20. Ручки 34 и 35 включают соответственно гидрораспределители 17 и 14 и при раздельной работе гидроцилиндров соответственно 9, 10 и 7.

Устройство работает следующим образом.

В процессе бурения вращатель удерживает и приводит во вращение бурильную колонну, совершая перемещени по оси скважины. Для обеспечения осевого перемещения вращателя, угол об между нижним и верхним звеньями должен изменяться вдвое быстрее, чем угол и между одним из звеньев и ось скважины, т.е. i (Ј 2 &В. Для соблюдения этого условия в штоковую по- лость в процессе бурения гидроцилиндра 7 должно поступать вдвое больше рабочей жидкости, чем в поршневые полости гидроцилиндров 9, 10. В тако случае поршень гидроцилиндра 7 перемещается вдвое быстрее, чем поршни гидроцилиндров 9, 10 и условие ЛоЈ 2 &й будет соблюдено. Гидроцилиндры 7, 9, 10 - одинаковые. Для осевог перемещения вращателя и колонны труб вниз в процессе бурения или спуска колонны рабочая жидкость через гидрораспределитель 17 по магистрали 19 через гидрораспределитель 20 поступает в штоковую полость гидроцилиндра 7. При этом рабочая жидкость выталкивается из поршневой полости пхэ магистрали 12 в поршневые полости гидроцилиндров 9, 10.

Для подъема вращателя и колонны труб гидрораспределитель 17 переключается и рабочая жидкость по магистрали 18 поступает в штоковые полости гидроцилиндров 9, 10. При этом из двух поршневых полостей гидроцилиндра 9, 10 жидкость выталкивается в поршневую полость гидроцилиндра 7.

Для осуществления спуско-подъем- ных операций нужно обеспечить возможность независимого поворота звеньев 2, 3, поэтому гидрораспределитель 20 переключается, замыкая магистрали 19 и 12. Таким образом, перемещением нижнего звена управляет гидрораспределитель 17, а перемещением верхнего звена -гидрораспределитель 15.

0

5

0

5

В процессе работы возможно отклонение вниз верхнего звена на угол

0

5

0

5

0

5

fci,

вызванное утечками рабочей жидкости через поршневые полости гидроцилиндров 7, 9, 10, гидрораспределители 20, 27 и т.п. Такое чрезмерное отклонение звена 3-отводит колонну от оси скважины, что может привести к ее поломке. Гидрораспределитель 29 включения следящей системы включается одновременно с гидрораспределителем 17. При опускании звена 3 вниз вследствие утечек рабочей жидкости блок 21, жестко связанный с верхним звеном, поворачивается, натягивая канат 23, конец которого закреплен на блоке 21. Натяжение каната происходит благодаря наличию пружины 24 о Фрикцион 25 воздействует на рычаг 26, который переключает гидрораспределитель 27 подпитки. Фрикцион 25 заранее включен гидроцилйнд- ром 28, который в свою очередь включается гидрораспределителем 29. При отклонении вниз верхнего звена 3 на угол ГфЈ, (вращатель переместился из точки В в точку В ) необходимо подать рабочую жидкость в поршневые полости гидроцилиндров 9, 10 и опустить, т.е. повернуть против часовой стрелки, нижнее звено 2 на тот же угол foi тем самым корректируя положение колонны на оси скважины. Подпитка поршневых полостей гидроцилиндров 9, 10 осуществляется через подпиточную магистраль 13, клапан л ИЛИ 14 и гидрораспределитель 27, В результате вращатель перемещается из ( ) В в( ОБ на оси скважины, а шарнир 5 из (О А В(«)А (см. .фиг.2).

Формула изобретения

10

15

20

25

нижнего звеньев мачты выполнены с одинаковыми параметрами.

Фиг.1

Фиг.г