устройство для захвата труб в талевой системе

Формула изобретения

1. Устройство для захвата труб в талевой системе, включающее корпус с внутренней конусной опорной поверхностью с направляющими обоймами в ней, захватные клинья с плашками и подвесками, центратор, подъемную платформу с державками и подпружиненной перекладиной, установленной на платформе, отличающееся тем, что оно снабжено сменными центрирующими упорами под каждый типоразмер муфт обсадных труб, приспособленными к установке с зазором между клиньями и к закреплению в центраторе и направляющих обоймах, выполненными со скосом внутренней поверхности в направлении проходного отверстия центратора, причем расстояние от поднятой перекладины до указанных центрирующих упоров меньше, чем длина муфты обсадных труб.

2. Устройство для захвата труб по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено направляющими вкладышами для клиньев под трубы больших диаметров с конусной опорой, которые приспособлены к размещению между клиньями с зазором в обхват прямоугольных направляющих стержней и включают пазы под наружные выступы соседних клиньев, причем пазы в направляющих вкладышах и наружные выступы клиньев параллельны образующим конусной опоры, проходящим через середины клиньев.

3. Устройство для захвата труб по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено сменными державками под трубы малых диаметров, приспособленными к установке внутри проходного отверстия подъемной платформы.

4. Устройство для захвата труб по п.1, отличающееся тем, что зубчатая поверхность клиньев и плашек в верхней части выполнена конусной для взаимодействия с торцами муфт обсадных труб с уклоном не менее 30^o относительно плоскости торцов.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области глубокого бурения и, 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 механизацию и ускорение работ за счет поворота элеватора-спайдера и центрирования труб в элеваторе - спайдере.

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, обеспечивая поворот элеватора-спайдера в сторону мостков буровой установки (в сравнении с указанным выше аналогом), обладает рядом существенных недостатков, на устранение которых направлено заявляемое техническое решение.

Одним недостатком прототипа является то, что он не обеспечивает четкого центрирования верхнего конца трубы при ее свинчивании, что может привести к завинчиванию "через нитку", повреждению резьб и аварийным ситуациям или требует трудоемких длительных работ по центрированию труб вручную.

Вторым недостатком прототипа является невозможность поворота устройства с клиньями для труб больших диаметров, имеющими конусную опору в корпусе, и соответственно невозможность механизации и ускорения работ с этими трубами.

Третий недостаток прототипа состоит в том, что при использовании устройства для больших диаметров труб нет возможности захвата этим устройством малых диаметров труб и поворота устройства для захвата этих труб. Нет возможности создания универсального высокомеханизированного механизма для всех основных размеров труб.

Четвертый недостаток прототипа связан с возможностью задевания торцами клиньев муфты трубы, что может привести к аварийной ситуации, связанной с подхватом обсадной колонны одним клином.

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 обеспечить четкое центрирование верхнего конца трубы при ее свинчивании, возможность поворота устройства с клиньями для больших диаметров труб, возможность захвата труб большого и малого диаметра одним устройством и поворота устройства для захвата этих труб, исключение захвата клиньями муфт обсадных труб.

Для решения поставленной задачи устройство для захвата труб в талевой системе включает корпус с внутренней конусной опорной поверхностью с направляющими обоймами в ней, захватные клинья с плашками и подвесками, центратор, подъемную платформу с державками и подпружиненной перекладиной, установленной на платформе. Сменные центрирующие упоры под каждый типоразмер муфт обсадных труб приспособлены к установке с зазором между клиньями, к закреплению в центраторе и направляющих обоймах и выполнены со скосом внутренней поверхности в направлении проходного отверстия центратора, причем расстояние от поднятой перекладины до указанных центрирующих упоров меньше, чем длина муфты обсадных труб. Направляющие вкладыши для клиньев под трубы больших диаметров с конусной опорой приспособлены к размещению между клиньями с зазором в обхват прямоугольных направляющих стержней и включают пазы под наружные выступы соседних клиньев, причем пазы в направляющих вкладышах и наружные выступы клиньев параллельны образующим конусной опоры, проходящим через середины клиньев.

Сменные державки под трубы малых диаметров приспособлены к установке внутри проходного отверстия подъемной платформы. Зубчатая поверхность клиньев и плашек в верхней части выполнена конусной для взаимодействия с торцами муфт обсадных труб с уклоном не менее 30^o относительно плоскости торцов.

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

Указанные выше технические признаки, являющиеся отличительными для заявленного 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 - создания устройства для захвата труб в талевой системе, обеспечивающего четкое центрирование верхнего конца труб при их свинчивании, возможность поворота устройства для подачи и захвата клиньями труб большого диаметра, создание универсального высокомеханизированного устройства для всех основных типоразмеров труб, исключение аварийных ситуаций, связанных с захватом клиньями муфт обсадных труб.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется примером его выполнения, схематически изображенном на прилагаемых чертежах, на которых: фиг. 1 - устройство для захвата труб в талевой системе в соответствии с предлагаемым изобретением, вид сбоку; фиг. 2 - разрез по I-I устройства, показанного на фиг. 1; фиг. 3 - корпус для малых и средних размеров труб устройства, показанного на фиг. 1; фиг. 4 - разрез по III - III корпуса, показанного на фиг. 3; фиг. 5 - разрез по клиньям II - II для малых и средних размеров труб устройства, показанного на фиг. 1; фиг. 6 - разрез по IV - IV, показанный на фиг. 5; фиг. 7 - разрез по клиньям II - II для больших размеров труб устройства, показанного на фиг. 1; фиг. 8 - разрез по V-V, показанный на фиг. 7; фиг. 9 - разрез по VI - VI, показанный на фиг. 8; фиг. 10 - подъемная платформа в увеличенном масштабе для малых размеров труб устройства, показанного на фиг. 1; фиг. 11 - разрез по VII - VII, показанный на фиг. 10; фиг. 12 - корпус для больших размеров труб устройства, показанного на фиг. 1; фиг. 13 - разрез по VIII - VIII корпуса, показанного на фиг. 12; фиг. 14 - разрез по IX - IX, показанный на фиг. 13.

Устройство для захвата труб в талевой системе включает корпус 1 (фиг. 1, 4, 6, 8) с внутренней конусной опорной поверхностью 2 и с направляющими обоймами 3 в ней (фиг. 4), захватные клинья 4 с плашками 5 и подвесками 6 (фиг. 6), центратор 7, подъемную платформу 8 (фиг. 2) со сменными державками 9 и подпружиненной перекладиной 10, установленной на платформе 8.

Заявляемое устройство снабжено сменными центрирующими упорами 11 (фиг. 1) под каждый типоразмер муфт 12 обсадных труб 13, причем упоры 11 приспособлены к установке с зазором "а" между клиньями 4 (фиг. 5) и к закреплению в центраторе 7 и направляющих обоймах 3 (фиг. 4).

Сменные центрирующие упоры 11 выполнены со скосом 14 внутренней поверхности в направлении проходного отверстия центратора 7 (фиг. 4), причем расстояние "б" от поднятой перекладины 10 до центрирующих упоров 11 (фиг. 1) меньше, чем длина "в" муфты 12 обсадных труб 13 (фиг. 6).

Направляющие вкладыши 15 (фиг. 7, 9, 14) для клиньев 16 под трубы больших диаметров с конусной опорой 17 (фиг. 8) приспособлены к размещению между клиньями 16 с зазором "г" в обхват прямоугольных направляющих стержней 18 (фиг. 11), проходящих через пазы 19 (фиг. 14) и прямоугольные отверстия 20 (фиг. 12, 13), и включают боковые пазы 21 (фиг. 14) под наружные выступы 22 (фиг. 7) соседних клиньев 16, причем боковые пазы 21 в направляющих вкладышах 15 и наружные выступы 22 клиньев 16 параллельны образующим конусной опоры 17, проходящим через середины клиньев 16 (фиг. 8).

Сменные державки 9 под трубы малых диаметров (фиг. 2, 6) приспособлены к установке внутри проходного отверстия 23 (фиг. 2, 6, 10) подъемной платформы 8 (фиг. 2).

Зубчатая поверхность клиньев 4, 16 и плашек 5 (фиг. 6, 7, 8, 9) в верхней части выполнена с конусом 24 для взаимодействия с торцами 25 муфт 12 обсадных труб 13.

Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом.

Как и в прототипе в исходном положении устройство повернуто до 90^o для приема обсадной трубы 13 с мостков буровой установки. Труба 13 подается в проходное отверстие центратора 7. При этом клинья 4 и 16 подняты в крайнее положение и установлены глубже условного отверстия 26 (фиг. 3), образованного внутренней поверхностью сменных центрирующих упоров 11 так, что муфта 12 и труба 13 не задевают за клинья 4, 16. Муфта 12, пройдя в проходное отверстие центратора 7, упирается в скосы 14, скользит вдоль них и попадает в отверстие 26, перемещаясь до упора в подпружиненную перекладину 10. При этом нижний торец муфты 12 не выходит из центрирующих упоров 11.

Для захвата трубы 13 клиньями 4 (фиг. 5, 6) последние перемещаются под действием подпружиненной перекладины 10 (фиг. 11), скользя вдоль вкладышей 27 по пазам 28 (фиг. 5), а для захвата трубы клиньями 16 (фиг. 7, 8) последние перемещаются, скользя вдоль конусной опорной поверхности 2 корпуса 1 и пазов 21 в направляющих вкладышах 15, причем центрирование подъемной платформы 8 производится прямоугольными направляющими стержнями 18 в направляющих обоймах 3.

После захвата трубы клиньями устройство вместе с захваченной трубой поднимается, поворачивается и устанавливается над опущенной в скважину трубой, захваченной роторными клиньями. После установки резьбового конца захваченной трубы в муфту опущенной и захваченной роторными клиньями трубы клинья 4,16 поднимаются и муфта 12 трубы 13 центрируется в центрирующих упорах 11. В этом положении производится свинчивание обсадных труб.

После свинчивания клинья 4, 16 вновь опускаются и захватывают колонну обсадных труб, затем роторные клинья поднимаются, и устройство вместе с захваченной колонной обсадных труб опускается до крайнего нижнего положения, где колонну обсадных труб захватывают роторные клинья. Затем клинья 4, 16 поднимаются и если задевают за торцы муфт, то соскальзывают с них. Далее устройство поднимается над муфтой опущенной трубы и поворачивается при помощи поворотного механизма 29 для приема очередной трубы.

При работе с трубами малых диаметров перед спуском обсадной колонны демонтируются ранее установленные сменные державки 9 и монтируются державки, приспособленные к установке внутри проходного отверстия 23 подъемной платформы 8.