устройство для захвата обсадных труб в роторе буровой установки

Формула изобретения

1. Устройство для захвата обсадных труб в роторе буровой установки, включающее грузозахватный механизм с попарно соединенными вкладышами со ступенчатой наружной поверхностью и гранями в верхней части, конгруэнтной внутреннему каналу ротора, клинья, установленные в наклонных пазах вкладышей и связанные с приводом через направляющие планки и подвески с державками, отличающееся тем, что оно снабжено размещенными между внутренними боковыми стенками его вкладышей съемными связующими и стыковочными упорами, расположенными в верхней части грузозахватного механизма, и центрирующими и стыковочными упорами, расположенными в нижней части грузозахватного механизма, при этом зазоры а между боковыми зубчатыми поверхностями клиньев по всей их длине определяют по формуле

а=2·l·tg/2,

где - толщина стенки захватываемых труб;

l - ход клиньев по высоте от положения захвата трубы до положения стыковки клиньев;

- угол уклона опорной поверхности клина.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высота h граней в верхней части вкладышей выбрана в соответствии с неравенством

h2,6·S,

где S - толщина вкладыша по его оси в сечении верхнего торца проходного отверстия ротора.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ширина с наклонных пазов вкладышей и c ₁ контактирующих с ними клиньев связаны соотношением

с1,5·c ₁.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что центрирующие, связующие и стыковочные упоры снабжены цилиндрическими наконечниками с гранеными участками, расположенными на их боковой поверхности и размещенными в каналах ответной формы, выполненных на боковых стенках вкладышей.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вкладыши для обсадных труб большого диаметра оснащены, по крайней мере, двумя коническими стойками, размещенными на их верхнем торце заподлицо со столом ротора, причем коническая поверхность стоек со стороны оси устройства параллельна опорной плоскости клиньев и смещена относительно них в сторону периферии.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области глубокого бурения, а именно к устройствам для проведения спускоподъемных операций, а также для бурения скважин.

Известно устройство для захвата труб в роторе буровой установки, содержащее корпус с наружным опорным выступом, центратор, вкладыши под клинья, выполненные с опорными и наклонными плоскостями и плашками, соединенные посредством подвесок с державками и направляющих планок с приводом [1].

Недостатками данного устройства являются ее громоздкость и сложность конструкции, а также трудоемкость в эксплуатации.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является устройство для захвата обсадных труб в роторе буровой установки, включающее грузозахватный механизм с попарно соединенными вкладышами со ступенчатой наружной поверхностью и гранями в верхней части, конгруэнтной внутреннему каналу ротора, клинья, установленные в наклонных пазах вкладышей и связанные с приводом через направляющие планки и подвески с державками [2].

К недостаткам данного устройства следует отнести ограниченную грузоподъемность из-за низкого расположения опорной поверхности вкладышей, малую надежность, невозможность дистанционного управления работой устройства и ограниченный диапазон захватываемых труб.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание устройства для захвата обсадных труб в роторе буровой установки, обеспечивающего большую грузоподъемность, надежность и безопасность работ, и расширение области его применения.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для захвата обсадных труб в роторе буровой установки, включающем грузозахватный механизм с попарно соединенными вкладышами со ступенчатой наружной поверхностью и гранями в верхней части, конгруэнтной внутреннему каналу ротора, клинья, установленные в наклонных пазах вкладышей и связанные с приводом через направляющие планки и подвески с державками, согласно изобретению оно снабжено размещенными между внутренними боковыми стенками его вкладышей съемными связующими и стыковочными упорами, расположенными в верхней части грузозахватного механизма, и центрирующими и стыковочными упорами, расположенными в нижней части грузозахватного механизма, при этом зазоры

а между боковыми зубчатыми поверхностями клиньев по всей их длине определяют по формуле:

а=2·l·tg/2,

где - толщина стенки захватываемых труб;

l - ход клиньев по высоте от положения захвата трубы до положения стыковки клиньев;

- угол уклона опорной поверхности клина.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что:

- что высота h граней в верхней части вкладышей выбрана в соответствии с неравенством:

h2,6·S,

где S - толщина вкладыша по его оси в сечении верхнего торца проходного отверстия ротора;

- ширина с наклонных пазов вкладышей и c₁ контактирующих с ними клиньев связаны соотношением:

c1,5·c ₁

- центрирующие, связующие и стыковочные упоры снабжены цилиндрическими наконечниками с гранеными участками, расположенными на их боковой поверхности и размещенными в каналах ответной формы, выполненных на боковых стенках вкладышей;

- вкладыши для обсадных труб большого диаметра оснащены, по меньшей мере, двумя коническими стойками, размещенными на их верхнем торце заподлицо со столом ротора, причем коническая поверхность стоек со стороны оси устройства параллельна опорной плоскости клиньев и смещена относительно них в сторону периферии.

Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид бескорпусного устройства в разрезе, левая часть - с плашечными клиньями, правая часть - с бесплашечными клиньями; фиг.2 - то же самое для корпусного устройства; фиг.3 - разрез I-I на фиг.1; фиг.4 - разрез II-II на фиг.1; фиг.5 - разрез IV-IV на фиг.1; фиг.6 - разрез V-V на фиг.4; фиг.7 - разрез VI-VI на фиг.4 и фиг.8 - разрез VII-VII на фиг.4.

Устройство для захвата обсадных труб, размещаемое в осевом канале ротора 1 (см. фиг.1), включает грузозахватный механизм с попарно соединенными вкладышами 2 со ступенчатой наружной поверхностью 3 и гранями 4 в верхней части, конгруэнтной внутреннему каналу ротора 1, и клинья 5, установленные на наклонных опорных плоскостях 6 пазов 7 вкладышей 2. Клинья 5 снабжены приводом 18, взаимодействующим с ними через подротороное кольцо 17, направляющие планки 14 и подвески 15 с державками 16. В верхней части грузозахватного механизма расположены связующие 8 и стыковочные 9 упоры, а в нижней части - центрирующие 10 и стыковочные 11. В зависимости от условий работ используют плашечные 11 и бесплашечные клинья 12. Вкладыши 2 для обсадных труб большого диаметра, установленные в проходном отверстии ротора 1 между направляющими планками 14, выполнены по всей длине с наклонными плоскими пазами 7 трапецеидальной формы с боковыми гранями 19, расположенными симметрично относительно продольной оси вкладышей. В пазах 7 размещены клинья 5 и 13, нижняя часть которых конгруэнтна пазам 7, причем боковые стенки 20 их установлены с одинаковым зазором к с боковыми гранями 19 пазов 7. При этом ширина с опорной грани плашек 12 и клиньев 5 c₁ связаны соотношением

с1,5·c ₁,

а зубчатая поверхность плашек 12 и бесплашечных клиньев 13 охватывает обсадную трубу по всей окружности с зазором а между смежными боковыми поверхностями рабочих частей плашек 12 и бесплашечных клиньев, определяемым по формуле:

a=2·l·tg/2,

где - толщина стенки захватываемых труб;

l - ход клиньев по высоте от положения захвата трубы до положения стыковки клиньев;

- угол уклона опорной поверхности клина.

Для обеспечения равнопрочности плашек 12 и бесплашечных клиньев 13 при приложении максимальных распорных нагрузок толщина t крыльевых участков соответственно 21 и 22 на краях должна быть не менее 2, а в зоне максимального изгибающего сечения 23 и 24 - не менее 4. С этой же целью высота h граней 4 в верхней части вкладышей 2 выбирается равной не менее 2,6·S, где S - толщина вкладыша по его оси в сечении верхнего торца проходного отверстия ротора 1. Связующие 8, стыкующие 9 и центрирующие 10 упоры установлены заподлицо с гранями 19 между боковыми гранями 25 вкладышей 2 для труб большого диаметра за исключением центральных выступов 26 центрирующих 10 и стыковочных 11 упоров. При этом центральные выступы 26, а также нижняя часть внутренней поверхности вкладышей 2 выполнены с наклонными направляющими 27 и 28 под углом 25-35° относительно продольной оси устройства. Все упоры 8, 9, 10 и 11 соединены с вкладышами 2 посредством расположенных на их боковой поверхности цилиндрических наконечников 29 с гранеными участками 30, размещенными в каналах ответной формы, выполненных на боковых стенках вкладышей 2 и зафиксированных там штифтами 31 (фиг.6). Вкладыши 2 для обсадных труб большого диаметра оснащены, по крайней мере, двумя коническими стойками 32, размещенными на их верхнем торце заподлицо со столом ротора 1. Причем коническая поверхность стоек со стороны оси устройства параллельна опорной плоскости 6 клиньев 5 и 13 и смещена относительно них в сторону периферии на величину, превышающую максимальный износ опорных поверхностей 6 пазов 7.

Устройство для захвата обсадных труб работает следующим образом. Для спуска обсадных колонн в проходном отверстии ротора 1 устанавливают вкладыши 2 вместе с направляющими планками 14 и подроторным кольцом 17. Вкладыши 2 фиксируют в роторе 1 посредством соединительных 8 и стыковочных 9 упоров. Затем между вкладышами 2 устанавливают сменные центрирующие 10 и стыковочные 11 упоры под заданный размер обсадных труб. Клинья 5 и 13 подвешивают посредством подвесок 15 и державок 16 к направляющим планкам 14, соединенным с подроторным кольцом 17, с которым взаимодействует привод 18, поднимая и опуская клинья 5 и 13. При опускании клиньев 5 и 13 они центрируют трубу и захватывают ее за тело. При центрировании труб клинья 5 и 13 не выходят за пределы плоских наклонных пазов 7 вкладышей 2, но могут поворачиваться на величину зазора к. При захвате труб без проскальзывания гарантированный зазор а обеспечивается запасом хода I клиньев. При поднятых клиньях 5 и 13 с целью избежания их качания подвески 15 наклонены внутрь отверстия стола ротора. При подъеме или спуске обсадная колонна находится внутри проходного отверстия, образованного между вкладышами 2, центрирующими 10 и стыковочными 11 упорами, а муфта обсадной колонны направляется через конические направляющие 27 и 28.

Применение предложенного устройства позволяет расширить диапазон захватываемых обсадных труб, уменьшить удельные нагрузки на трубы и тем самым исключить смятие захватываемых труб клиньями и увеличить его надежность и грузоподъемность. Кроме того, использование предложенного устройства обеспечит автоматизированный захват обсадных труб с дистанционным управлением.

Источники информации

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

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