устройство для захвата труб в роторе буровой установки

Формула изобретения

1. Устройство для захвата труб в роторе буровой установки, включающее корпус с размещенными в нем клиньями с плашками, вкладышами с опорными плоскостями, установленными под каждый клин, центратор из двух половин, подвеску клиньев и упоры, устанавливаемые под планки, привод клиньев, зажим граненой ведущей трубы, содержащий корпус с поворотными вставками, имеющий проходное отверстие, превышающее диагональ граненой ведущей трубы, отличающееся тем, что зажим ведущей трубы снабжен очистителем ведущей трубы и крышкой, поворотные вставки в углах зажима ведущей трубы оснащены верхними и нижними ограничителями поворота и выпадения внутрь, под поворотными вставками на концах нижнего торца корпуса зажима установлены конусные приводные пальцы, между конусными приводными пальцами с внешней стороны по всей длине зажима ведущей трубы выполнены углубления под плашки клиньев, в центраторе выполнены конусные отверстия под конусные приводные пальцы, очиститель ведущей трубы размещен над поворотными вставками в крышке, а проходное отверстие крышки также превышает диагональ граненой ведущей трубы, которая выполнена квадратной или шестигранной.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конусные приводные пальцы зажима ведущей трубы в конусных отверстиях центратора между вкладышами выполнены с углом конуса, составляющим 0,9-1,1 максимально возможного осевого перекоса ведущей трубы.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что очиститель ведущей трубы включает металлический скребок, состоящий из двух или более секторов с ограничителем, и эластичный элемент.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что разъем центратора из двух половин выполнен эксцентрично относительно его оси.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что величина углубления под плашки клиньев в зажиме ведущей трубы соответствует максимально возможному смещению зажима ведущей трубы в проходном отверстии центратора.

Описание изобретения к патенту

Настоящее предлагаемое изобретение относится к области глубокого бурения и, в частности, представляет собой устройство для захвата труб в роторе буровой установки.

Известно устройство для захвата в роторе бурильных труб [1], содержащее корпус с установленными в нем втулкой, вкладышами, центратором, роликовым зажимом с поворотными вставками и очистителем в нижней части зажима, ограничителем хода клиньев.

Недостатками данной конструкции является ее громоздкость, сложность двухэтажной захватно-вращающейся конструкции, трудоемкость эксплуатации, большая масса клинозахватного устройства и утолщенных клиньев.

Известно также техническое решение [2], защищающее устройство для захвата труб в роторе, включающее корпус, вкладыши под клинья с плашками, центратор, подъемные планки, взаимодействующие с вертикальными ограничителями хода, зажим ведущей трубы, охватывающий боковые поверхности вкладышей с шарнирными разъемами между вкладышами.

Указанное устройство может быть принято за прототип заявляемого технического решения.

Прототип, обеспечивая одноэтажную захватно-вращающуюся конструкцию, снижение массы и габаритов клиньев и других элементов (сравнительно с указанным выше аналогом), обладает рядом существенных недостатков, на устранение которых направлено заявляемое техническое решение.

Основным недостатком прототипа является передача больших крутящих моментов через вкладыши, нарушая работу клиньев по захвату труб без повреждений. Кроме того, при передаче крутящего момента через вкладыши нет возможности работы с ведущей трубой, отклоняющейся от соосности с проходным отверстием ротора. Оказалось сложным и попадание зажима ведущей трубы между вкладышами.

Другим недостатком прототипа является отсутствие очистителя труб.

Третьим недостатком прототипа является невозможность притереться контактным поверхностям ведущей трубы и зажима из-за шарнирного соединения, что не обеспечивает снижения контактных давлений.

Четвертый недостаток - малый боковой зазор между зажимом ведущей трубы и вкладышами, затрудняющий центрирование зажима с ведущей трубой клиньями.

Пятый недостаток - возможность выпадения поворотных вставок при снятии зажима с ведущей трубы.

В связи с изложенным, основной технической задачей, на решение которой направлено настоящее предлагаемое изобретение, является создание такого устройства для захвата бурильных труб в роторе, которое исключило бы передачу больших крутящих моментов через вкладыши, позволило бы передавать крутящий момент при отклонении от соосности ведущей трубы и проходного отверстия ротора, обеспечивало бы силовое центрирование зажима с ведущей трубой клиньями при несоосности клина и углубления под клин в зажиме ведущей трубы, обеспечивало бы снижение контактных давлений между зажимом и ведущей трубой и очистку наружной поверхности поднимаемой из скважины ведущей трубы.

Для решения поставленной задачи устройство для захвата бурильных труб в роторе включает корпус с размещенными в нем клиньями с плашками, вкладышами с опорными плоскостями под каждый клин, установленными на центраторе из двух половин, подвеску клиньев и упоры, устанавливаемые под планки, привод клиньев, зажим граненой ведущей трубы с корпусом, поворотными вставками, крышкой и очистителем.

Проходное отверстие корпуса и крышки зажима ведущей трубы превышает диагональ граненой (квадратной или шестигранной) ведущей трубы, поворотные вставки в углах зажима ведущей трубы оснащены верхними и нижними ограничителями поворота и выпадения внутрь; под поворотными вставками с внешней стороны нижнего торца корпуса зажима установлены конусные приводные пальцы; а между поворотными вставками с внешней стороны по всей длине зажима ведущей трубы выполнены углубления под плашки клиньев; над поворотными вставками в крышке размещен очиститель ведущей трубы. Конусные приводные пальцы зажима ведущей трубы, установленные в конусных отверстиях центратора между вкладышами с осями, проходящими через середины планок, выполнены с углом конуса, составляющим 0,9-1,1 максимально возможного осевого перекоса ведущей трубы. Очиститель ведущей трубы включает металлический скребок из двух или более секторов с ограничителем поворота и выпадения внутрь поворотных вставок и эластичный элемент, установленный над металлическим скребком. Разъем центратора из двух половин выполнен эксцентрично относительно его оси. Величина углубления под плашки клиньев в зажиме ведущей трубы соответствует максимально возможному осевому смещению зажима ведущей трубы в проходном отверстии центратора.

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 бурильных труб в роторе буровой установки, которое исключило бы передачу больших крутящих моментов через вкладыши, позволило бы передавать крутящий момент при отклонении от соосности ведущей трубы и проходного отверстия ротора, обеспечивало бы силовое центрирование зажима с ведущей трубой клиньями при несоосности клина и углубления под клин в зажиме ведущей трубы, обеспечило бы снижение контактных давлений между зажимом и ведущей трубой, а также очистку наружной поверхности поднимаемой из скважины ведущей трубы.

Перечень фигур чертежей:

Фиг.1- устройство для захвата бурильных труб в роторе в соответствии с настоящим предлагаемым изобретением - разрез по оси устройства.

Фиг.2 - то же устройство при центрировании клиньями зажима ведущей трубы.

Фиг.3 - разрез по линии I-I, фиг.1.

Фиг.4 - разрез по линии II-II, фиг.3 (в увеличенном масштабе) при соосности ведущей трубы и проходного отверстия ротора.

Фиг.5 - разрез по линии III-III, фиг.4 (в увеличенном масштабе).

Фиг.6 - разрез по линии II-II, фиг.3 (в увеличенном масштабе, изображение повернуто) при отклонении от соосности ведущей трубы и проходного отверстия ротора.

Фиг.7 - разрез по линии IV-IV, фиг.4 (в увеличенном масштабе) при снятом зажиме ведущей трубы.

Фиг.8 - разрез по линии V-V, фиг.4 (в увеличенном масштабе).

Фиг.9 - разрез по линии VI-VI, фиг.2 (в увеличенном масштабе).

Фиг.10 - разрез по линии VII-VII, фиг.9 (повернуто).

Устройство для захвата бурильных труб в роторе буровой установки (фиг.1, 3, 4, 9, 10) включает корпус 1 с размещенными в нем клиньями 2 с плашками 3, причем под каждый клин 2 устанавливается вкладыш 4 с опорной плоскостью 5. Вкладыши 4 установлены и закреплены на центраторе 6 из двух половин. Зажим ведущей трубы 7, подвижно закрепленный на ведущей трубе 8, выполнен с корпусом 9, поворотными вставками 10, крышкой 11 и очистителем 12. Подвеска 13 клиньев 2 закреплена на планках 14, под выступы 15 которых установлены упоры 16.

Привод клиньев включает подроторное кольцо 17, подъемный рычаг 18, кронштейн 20, на котором закреплен подъемный рычаг 18 и силовой цилиндр 19, кронштейн 21, прикрепленный к ротору, кран управления 22. Проходное отверстие корпуса 9 и крышки 11 зажима ведущей трубы 7 превышает диагональ “а” граненой (квадратной или шестигранной) ведущей трубы 8 (фиг.3).

Поворотные вставки 10 оснащены верхними 23 и нижними 24 ограничителями поворота и выпадения внутрь поворотных вставок 10. Ограничители 23 и 24 установлены в отверстиях 25, эксцентричных относительно оси ограничителей 23 и 24, обеспечивающих ограниченный поворот поворотных вставок 10 вместе с ведущей трубой 8 относительно зажима ведущей трубы 7 (фиг.5).

Под поворотными вставками 10 на концах нижнего торца 26 корпуса 9 установлены конусные приводные пальцы 27, а между конусными приводными пальцами 27 с внешней стороны по всей длине зажима ведущей трубы 7 выполнены углубления 28 под плашки 3 клиньев 2. Над поворотными вставками 10 в крышке 11 размещен очиститель 12 ведущей трубы 8.

Конусные приводные пальцы 27 зажима ведущей трубы 7, установленные в конусных отверстиях 29 центратора 6 (фиг.4) между вкладышами 4 с осями, проходящими через середины планок 14, выполнены с углом конуса (фиг.4, 6), составляющим 0,9-1,1 максимально возможного осевого перекоса ведущей трубы.

Очиститель 12 ведущей трубы 8 включает металлический скребок 30 из двух или более секторов с верхними ограничителями поворота и выпадения внутрь 23 поворотных вставок 10, размещенных в отверстиях металлического скребка 30 с головками внутри эластичного элемента 31, установленного над металлическим скребком 30 (фиг.1, 4, 8).

Разъем 32 центратора из двух половин 6 выполнен эксцентрично относительно его оси и размещен между вкладышем 4 и конусными отверстиями 29 в центраторе 6 под конусные приводные пальцы 27 зажима ведущей трубы 7.

Величина углубления 28 под плашки 3 клиньев 2 в зажиме ведущей трубы 7 соответствует положению, когда при максимально возможном осевом смещении ведущей трубы 8 в проходном отверстии 34 центратора 6 клинья размещены в опорных плоскостях 5 вкладышей 4 (фиг.2).

Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом. Как и в прототипе, на ведущую трубу 8 одевается зажим ведущей трубы 7. При этом вначале сквозь замковое соединение 35 одевается крышка 11 с очистителем 12, затем корпус 9, в который на граненой части ведущей трубы 8 устанавливаются поворотные вставки 10 с фиксацией болтами 36. Затем собранный зажим ведущей трубы 7 на ведущей трубе 8 опускается внутрь устройства мимо поднятых клиньев 2. Клинья 2 центрируют зажим ведущей трубы 7 (фиг.2), при необходимости поворачивая его клиньями на угол (фиг.9). При этом плашки 3 клиньев 2 упираются в углубление 33 зажима ведущей трубы 7, а необходимое усилие для центрирования обеспечивается при нажатии на клинья 2 планок 14 через подроторное кольцо 17, подъемный рычаг 18, силовой цилиндр 19 на кронштейнах 20 и 21, кран управления 22 с установкой клина 2 в опорной плоскости 5 вкладыша 4.

Далее зажим ведущей трубы 7 устанавливается конусными поворотными пальцами 27 в конусных отверстиях 29 центратора 6. Нижний конец клиньев 2 устанавливается над зажимом ведущей трубы 7, упираясь в конусный наконечник 37. При этом выступы 15 планок 14 устанавливаются на упоры 16. После установки зажима ведущей трубы 7 в гнезде подъемный рычаг 18 выводится из зацепления из подроторного кольца 17. В этом положении осуществляется бурение.

При перекосе ведущей трубы 8 относительно оси VIII-VIII проходного отверстия ротора (фиг.6) конусные поворотные пальцы 27 приподнимаются в конусных отверстиях 29 центратора 6, обеспечивая равномерное прилегание поворотных вставок 10 к граням ведущей трубы 8 и исключая заклинивание ведущей трубы 8 в зажиме ведущей трубы 7.

После завершения бурения ролики 38 подъемного рычага 18 устанавливаются в подроторном кольце 17, ведущая труба 8 поднимается, но клинья 2 задерживают в роторе зажим ведущей трубы 7. При этом очиститель 12 очищает наружную поверхность поднимаемой из скважины ведущей трубы 8. Затем клинья 2 поднимаются и освобождают проходное отверстие для подъема зажима ведущей трубы 7 на замковом соединении 35, упоры 16 снимаются. После отвинчивания ведущая труба 8 вместе с зажимом ведущей трубы 7 переносится в шурф. После завершения бурения зажим ведущей трубы 7 разбирается, снимается с ведущей трубы 8 и вновь собирается в транспортное положение с установкой верхних 23 и нижних 24 ограничителей.

Возможность осуществления настоящего изобретения доказывается многолетним использованием в отечественной практике бурения устройств для захвата бурильных труб в роторе со встроенным зажимом ведущей трубы.

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 роторе буровой установки, которое исключило бы передачу больших крутящих моментов через вкладыши, позволило бы передавать крутящий момент при отклонении от соосности ведущей трубы и проходного отверстия ротора, обеспечивало бы силовое центрирование зажима с ведущей трубой клиньями при несоосности клина и углубления под клин в зажиме ведущей трубы, обеспечило бы снижение контактных давлений между зажимом ведущей трубы и ведущей трубой, а также очистку наружной поверхности поднимаемой из скважины ведущей трубы.

Источники информации

1. Патент РФ № 2041336, кл. Е 21 В 19/10, 1995 г.

2. Патент РФ № 2142551, кл. Е 21 В 19/10, 1999 г.