верхний силовой привод буровой установки

Формула изобретения

Верхний силовой привод буровой установки, содержащий вертлюг с приводом вращения, смонтированный на направляющей каретке, механизм отклонения вертлюга от оси центра скважины, механизм подачи бурильных труб, отличающийся тем, что привод вращения вертлюга выполнен в виде соосно расположенных высокомоментного гидромотора и установленного на нем дискового гидравлического тормоза, причем корпуса гидромотора и тормоза жестко связаны между собой и расположены в нижней части корпуса вертлюга, причем ротор гидромотора и вал тормоза выполнены полыми и установлены на выходной полый вал вертлюга, для этого в нижней части корпуса вертлюга выполнено проходное отверстие, внутри которого на подшипниках, например, игольчатого типа смонтирован выходной полый вал, а внутренние радиальные подшипниковые опоры ротора гидромотора являются одновременно и верхней опорой выходного вала вертлюга.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к установкам бурения нефтяных скважин и может быть использовано в подвесных буровых установках с верхним приводом вращения бурильных труб, используемых для буровых работ на нефтяных и газовых скважинах, в том числе для горизонтального бурения.

Известна установка для бурения скважин (RU 2011816, Е 21 С 3/00, 1992.01.09). Установка состоит из основания, поворотной платформы, рамы податчика, регулируемого гидропривода или электропривода подачи, каретки с вертлюгом-вращателем и дополнительным приводом подачи, средств ориентирования рамы податчика в пространстве, дифференциально-планетарной передачи, стопорных устройств, гидрозамков.

Известен вертлюг с верхним приводом (RU 2027846, Е 21 В 19/16, 1991.12.02). Вертлюг содержит корпус и ствол, в который встроены привод вращения и гидротолкатели свинчивания с реечным механизмом. Последний установлен с возможностью взаимодействия с зубчатым венцом опорного фланца. В нижней части вертлюг имеет стакан с квадратным сечением, установленный в ответном гнезде тележки, воспринимающей реактивные моменты от привода вращения и гидротолкателей свинчивания.

Известен верхний силовой привод установки горизонтального бурения нефтяных скважин (RU 29551, Е 21 В 19/00, Е 21 В 3/00, 2003.07.13). Он содержит силовой вертлюг с направляющей кареткой, установленной на направляющих привода, механизм отклонения силового вертлюга от оси центра скважины, механизм подачи бурильных труб и отличается тем, что механизм отклонения силового вертлюга от оси центра скважины в поперечном направлении выполнен в виде системы рычагов параллелограммного механизма, установленного на направляющей каретке, и дополнительно снабжен двумя силовыми гидроцилиндрами, расположенными параллельно и связанными с одной стороны с направляющей кареткой, а с другой - с основанием параллелограммного механизма, при этом механизм подачи бурильных труб дополнительно снабжен узлом наклона штропов элеватора, выполненным в виде двух гидроцилиндров, расположенных между вертлюгом и штропами элеватора, при этом последние установлены с возможностью перемещения от зоны бурения.

К недостаткам описанных выше известных устройств можно отнести то, что в их конструкциях использованы редукторные приводы вращения вала вертлюга, представляющие собой зубчатые зацепления. Высокие нагрузки на колеса приводят к их быстрому износу, снижению долговечности, надежности, увеличению уровня вибраций и шума.

Задачи, на решение которых направлено изобретение, заключаются в повышении надежности и ремонтопригодности верхнего силового привода (ВСП) буровой установки, снижении массогабаритных характеристик.

Поставленные задачи решены следующим образом.

Верхний силовой привод буровой установки содержит вертлюг с приводом вращения, смонтированный на направляющей каретке, механизм отклонения вертлюга от оси центра скважины, механизм подачи бурильных труб и отличается тем, что привод вращения вертлюга выполнен в виде соосно расположенных высокомоментного гидромотора и установленного на нем дискового гидравлического тормоза, причем корпуса гидромотора и тормоза жестко связаны между собой и расположены в нижней части корпуса вертлюга, причем ротор гидромотора и вал тормоза выполнены полыми и установлены на выходной полый вал вертлюга, для этого в нижней части корпуса вертлюга выполнено проходное отверстие, внутри которого на подшипниках, например, игольчатого типа смонтирован выходной полый вал, а внутренние радиальные подшипниковые опоры ротора гидромотора являются одновременно и верхней опорой выходного вала вертлюга.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид ВСП буровой установки, на фиг.2 - общий вид вертлюга в разрезе.

Верхний силовой привод состоит из вертлюга 1, соединенного посредством системы рычагов параллелограмного механизма 2 с кареткой 3, установленной на направляющих 4, механизма подачи бурильных труб 5.

Для отклонения (перемещения) ВСП поперек оси буровой колонны предусмотрены два силовых гидроцилиндра, расположенные параллельно и шарнирно скрепленные с одной стороны с кареткой 3, а с другой - с основанием параллелограмного механизма 2.

Основной составляющей частью ВСП является безредукторный вертлюг 1. Он состоит из установленного в корпусе 6 вертлюга 1 высокомоментного гидромотора 7 (ВМГ), на котором размещен дисковый гидравлический тормоз 8 с проходным отверстием. На верхней крышке 9 корпуса 6 вертлюга расположен адаптер с гусаком (коллектором) 10 и быстросменный уплотнительный узел 11 с плавающей гильзой. Конструкции гусака 10 и узла 11 обеспечивают подсоединение гибкого шланга для подачи бурового раствора в ствол колонны при ее вращении и остановке, а также герметизацию колонны при затянутой гайке узла 11. Вертикальный канал гусака 10 снабжен заглушкой 12, при съеме которой через вертлюг пропускают погружной инструмент. Для защиты ВМГ 7 предназначен кожух 13, установленный на корпусе 6 вертлюга. Кожух 13 в верхней части закрыт крышкой 9. Выходной полый вал 14 связан с гидромотором 7, который осуществляет его вращение. Тормоз 8 обеспечивает тормозной момент на валу гидромотора при отсутствии гидравлического давления и торможение вала вертлюга при увеличении давления, подаваемого в тормоз, не менее 1,23 МПа.

При буровых работах буровой раствор под рабочим давлением до 300 кг/см² через гусак 10 и узел 11 поступает в отверстие выходного полого вала 14 вертлюга и далее в буровую колонну. В корпусе 6 выполнены две проушины для подвеса вертлюга через адаптер и штропы 15 к талевому блоку. В нижней части корпуса 6 выполнено проходное отверстие, внутри которого на игольчатых подшипниках 16, воспринимающих радиальные нагрузки, смонтирован выходной вал вертлюга 14. Осевая нагрузка от веса колонны воспринимается валом 14 и замыкается через бурт и осевой упорный подшипник 17 с коническими роликами на корпус 6. На верхнем конце вала 14 выполнены наружные шлицы, которыми вал соединяется с внутренней шлицевой поверхностью ротора ВМГ 7. Соосно с ВМГ 7 устанавливают тормоз 8, ведомые тормозные диски которого с помощью наружных шлицев также соединены с внутренней шлицевой поверхностью ротора.

Корпус ВМГ 7 вместе с тормозом 8 закрепляют на корпусе вертлюга 6. Внутренние радиальные подшипниковые опоры ротора ВМГ 7 являются одновременно и верхней опорой вала 14. Верхняя 18 и нижняя 19 гайки являются гнездами для установки манжет 20, обеспечивающих герметизацию канала подачи бурового раствора.

ВСП работает следующим образом. Рабочая жидкость от основного насоса наземного гидроагрегата под рабочим давлением подается в полости ВМГ 7, создающего необходимый крутящий момент и скорость вращения вала 14. Отличием ВСП от известных систем является то, что ВМГ 7, ротор которого имеет проходное шлицевое отверстие и тормоз, также имеющий осевое проходное отверстие, установлены непосредственно на шлицы выходного полого вала вертлюга 14. Корпуса ВМГ 7 и тормоза 8 жестко соединены между собой и корпусом вертлюга 6 для восприятия реактивного момента. Вал тормоза соединен с ВМГ 7 для передачи тормозного момента на вал вертлюга 14.

Корпус вертлюга, помимо крутящего момента, воспринимает вес трубной колонны через выходной полый вал и упорный подшипник. Наличие мощных радиальных опор ротора ВМГ позволяет упростить схему опор вала вертлюга, уменьшив тем самым вес и осевой размер, за счет выполнения вертлюга в варианте с несиловым кожухом 13. При этом игольчатые подшипники 16, установленные в нижней части корпуса вертлюга, в сочетании с радиальными опорами ВМГ обеспечивают восприятие боковых нагрузок на валу вертлюга, возникающих в процессе эксплуатации из-за несоосности вала вертлюга и устья скважины.

Предлагаемая конструкция ВСП представляет собой низкооборотный привод, который имеет следующие преимущества: отсутствие редуктора, низкий уровень вибраций и шума, повышенный ресурс ВСП, тормоза, упрощение гидромонтажа подвесной части ВСП, повышение надежности, ремонтопригодности.