устройство для захвата трубных колонн в роторе буровой установки

Формула изобретения

1. Устройство для захвата трубных колонн в роторе буровой установки, включающее размещенный в отверстии ротора трубозахватный узел с центратором, вкладышами, имеющими наклонные пазы с опорными плоскостями и установленные в наклонных пазах клинья, соединенные с приводом посредством подвесок с державками и направляющих планок, отличающееся тем, что наклонные пазы вкладышей под клинья по всей длине опорных плоскостей выполнены с боковыми ограничительными стенками, наклоненными к опорным плоскостям вкладышей, причем клинья установлены с зазором относительно боковых ограничительных стенок наклонных пазов, при этом ширина в меньшего основания паза связана с шириной с большего основания паза зависимостью

св+(Д-Д _min)/2,

где Д - диаметр проходного отверстия центратора;

Д_min- минимальный наружный диаметр захватываемых труб.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубозахватный узел выполнен с коническими выступами на верхнем торце, образующие которых со стороны оси устройства параллельны опорным плоскостям наклонных пазов вкладышей и смещены в сторону периферии на величину I, превышающую допустимый износ опорной плоскости наклонных пазов вкладышей и определяемую по формуле

I=(0,02-0,04)·в.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области глубокого бурения, а именно к устройствам для захвата трубных колонн разного диаметра в роторе буровой установки.

Известно устройство для захвата труб в роторе буровой установки, содержащее корпус с наружным опорным выступом и вкладыши с опорными наклонными плоскостями, на которых размещены клинья, соединенные посредством державок с подвесками и направляющих планок с приводом (1).

Данное устройство не обеспечивает надежности, удобства и безопасности работ и может работать только с ограниченным диапазоном труб.

Известно также устройство для захвата труб в роторе буровой установки, содержащее корпус и вкладыши, выполненные с опорными пазами, в которых размещены клинья с плашками с приводом (2).

Это устройство обеспечивает несколько больший диапазон захватываемых труб. Однако из-за вероятности заклинивания клиньев, уменьшения прочности корпуса в опасном сечении и уменьшения грузоподъемности данное устройство не нашло широкого применения в практике буровых работ.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является устройство для захвата труб в роторе буровой установки, включающее размещенный в отверстии ротора трубозахватный узел с центратором, вкладышами, имеющими наклонные пазы с опорными плоскостями и установленные в наклонных пазах клинья, соединенные с приводом посредством подвесок с державками и направляющих планок (3).

К недостаткам прототипа следует отнести невозможность механизированного и автоматизированного захвата основных типоразмеров труб из-за размещения направляющих планок внутри корпуса, невозможность автоматического центрирования труб клиньями во всем диапазоне ввиду жесткой конструкции центратора, ограниченный диапазон захватываемых труб, малая грузоподъемность, недостаточная надежность и долговечность из-за размещения плашек для бурильных труб, передающих повышенный крутящий момент, на открытой опорной поверхности клиньев и возможности попадания шлама на опорные поверхности вкладышей.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание устройства для захвата трубных колонн в роторе буровой установки, обеспечивающего надежность, безопасность и удобства его эксплуатации, а также автоматизированный захват в роторе полного диапазона трубных колонн и автоматическое их центрирование.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для захвата трубных колон в роторе буровой установки, включающем размещенный в отверстии ротора трубозахватный узел с центратором, вкладышами, имеющими наклонные пазы с опорными плоскостями и установленные в наклонных пазах клинья, соединенные с приводом посредством подвесок с державками и направляющих планок, согласно изобретению наклонные пазы вкладышей под клинья по всей длине опорных плоскостей выполнены с боковыми ограничительными стенками, наклоненными к опорным плоскостям вкладышей, причем клинья установлены с зазором относительно боковых ограничительных стенок наклонных пазов, при этом ширина в меньшего основания паза связана с шириной с большего основания паза зависимостью:

cв+(Д-Д _min)/2,

где Д - диаметр проходного отверстия центратора;

Д_min- минимальный наружный диаметр захватываемых труб.

Дополнительным признаком изобретения, способствующим достижению поставленного технического результата, является выполнение трубозахватного узла с коническими выступами на верхнем торце, образующие которых со стороны оси устройства параллельны опорным плоскостям наклонных пазов вкладышей и смещены в сторону периферии на величину I, превышающую допустимый износ опорной плоскости наклонных пазов вкладышей и определяемую по формуле:

I=(0,02-0,04)·в.

Изобретение поясняется чертежами, на которых фиг.1 изображает общий вид устройства в разрезе, левая часть - при захвате насосно-компрессорных труб (НКТ), бурильных, угяжеленных бурильных и обсадных труб малого диаметра; правая часть - при захвате обсадных труб большого диаметра; фиг.2 - общий вид устройства в разрезе, левая часть при захвате утяжеленных бурильных труб (УБТ) средних размеров со съемным центратором, правая часть - при захвате УБТ большого диаметра и обсадных труб среднего размера с соединительным полукольцом; фиг.3 - общий вид устройства в разрезе при работе с ведущей бурильной трубой; фиг.4 - общий вид устройства в разрезе при центрировании бурильных труб; фиг.5 - разрез I-I на фиг.1, фиг.6 - разрез II-II на фиг.2; фиг.7 - разрез III-III на фиг.4.

Устройство для захвата трубных колонн, устанавливаемое в проходном отверстии ротора 1 (см. фиг.1) буровой установки, включает трубозахватный узел с центратором 18, 19, вкладышами 3, 4, имеющими наклонные пазы 13, 14 с опорными плоскостями 16, 17 и установленные в пазах плашечные 9, 25 или бесплашечные клинья 10, соединенные с приводом 12 посредством подвесок 7 с державками 8 и направляющих планок 6. В верхней части вкладышей 3 и 4 выполнены отводные дорожки 26. Трубозахватный узел при работе с трубами небольшого размера используется с корпусом 2 и вкладышами 3, а при работе с трубами большого диаметра роль трубозахватного узла выполняют разъемные вкладыши 4, наружная поверхность которых, как и у корпуса 2, выполнена ступенчатой формы и с граненой верхней частью, устанавливаемой в канале ротора 1, имеющем ответную форму. На наружной поверхности корпуса 2 и разъемных вкладышей 4 выполнены пазы 5 под направляющие планки 6, верхние концы которых посредством подвесок 7 и державок 8 соединены с плашечными 9 или бесплашечными 10 клиньями, а нижние концы - с подроторным кольцом 11. Дистанционное управление клиньями 9 и 10 осуществляется приводом 12, соединенным с подроторным кольцом 11. На внутренней поверхности вкладышей 3 и 4 выполнены наклонные пазы 13 и 14, имеющие в поперечном сечении по всей длине трапецеидальную форму, боковые стенки 15 и 16 которых служат ограничителями для клиньев 9 и 10, а меньшее основание 17, обращенное в сторону периферии, опорной поверхностью для них. При этом боковые стенки 15 пазов 13 во вкладышах 3 наклонены относительно перпендикуляра к меньшему основанию 17 трапеции под углом 30°, а боковые стенки 16 пазов 14 в разъемных вкладышах 4 - под углом 40°. Для центровки труб малого диаметра во вкладышах 3 используются сменные центраторы 18, а для центровки труб большого диаметра роль центратора выполняет нижняя часть вкладышей 4 и установленные заподлицо с их внутренней поверхностью соединительные полукольца 19. При подъеме труб центрирование колонны большого диаметра осуществляется направляющим конусом 20 во вкладышах 4 с углом наклона боковых стенок не более 45° и конусной расточкой соединительных полуколец 19. При работе с трубами небольшого диаметра центрирование колонны осуществляется обратным конусом сменных центраторов 18. При этом ширина опорной плоскости в клиньев 9 и 10 связана с шириной с большего основания пазов 13 и 14 зависимостью:

cв+(Д-Д _min)/2,

где Д - диаметр проходного отверстия центратора;

Д_min - минимальный наружный диаметр захватываемых труб.

Вкладыши 3 с размещенными заподлицо с их проходным отверстием 23 соединительными полукольцами 19 с нижним направляющим конусом 20 взаимодействуют с бесплашечными клиньями 10. Разъемные вкладыши 4 выполнены с коническими выступами 24 на верхнем торце, образующие которых со стороны оси устройства параллельны опорной плоскости пазов 14 под клинья 10 и 25 и смещены относительно них в сторону периферии на величину l, превышающую допустимый износ опорной плоскости 17 наклонных пазов 13, 14 вкладышей 3, 4 и определяемую по формуле:

I=(0,02-0,04)·в.

Устройство для захвата трубных колонн работает следующим образом. Для работы с трубными колонными, состоящими из НКТ, бурильных, ведущих, УБТ и обсадных труб малого и среднего диаметра во вкладышах 3 устанавливают сменные центраторы 18 или соединительные полукольца 19 для заданного диапазона труб. Вкладыши 3 и 4 с прикрепленными к ним центраторами 18 или соединительными полукольцами 19 устанавливаются в корпусе 2 и фиксируются в нем. Затем к направляющим планкам 6 через подвески 7 и державки 8 крепят плашечные клинья 9 при работе со сменными центраторами 18 и бесплашечные клинья 10 - при работе с соединительными полукольцами 19. Освобождение или захват трубной колонны осуществляется через дистанционно управляемый привод 12 путем подъема и опускания клиньев 9 и 10. Центрирование колонны труб в проходном отверстии центратора 18 или соединительных полуколец 19 осуществляют следующим образом. Если колонна труб смещена по оси одного из клиньев 9 или 10, этот клин перемещает колонну труб до оси устройства. Если колонна труб смещена между двумя клиньями (фиг.7), то клинья 9 или 10 поворачиваются вокруг стыковой линии между наклонной опорной плоскостью 17 и отводной дорожкой 26, при этом два клина упираются в трубу, находящуюся между ними, и нажимают на нее. Опираясь на боковые ограничительные наклонные стенки 15, перемещают колонну труб на ось проходного отверстия устройства. При этом клинья устанавливаются по оси опорных наклонных плоскостей 17 и зажимают колонну труб. При спуске и подъеме труб с использованием бесплашечных клиньев 10 и соединительных полуколец 19 для направления замковых соединений в проходное отверстие вкладышей 3 используются наклонные пазы 13 и конусная расточка соединительных полуколец 19. В процессе бурения между поднятыми клиньями во вкладышах 3 пропускается зажим 27 ведущей трубы, а затем клинья 9 устанавливаются с зазором относительно зажима 27 ведущей трубы. При смене долота, диаметр которого меньше проходного отверстия в корпусе 2, для пропуска долота снимают клинья и вкладыши. При смене долот, диаметр которых больше диаметра проходного отверстия в корпусе 2, но меньше диаметра проходного отверстия ротора 1, для пропуска долот снимают целиком трубозахватный узел, включая корпус 2, направляющие планки 6, подроторное кольцо 11, вкладыши 3, 4 и клинья 9, 10. Для центровки замкового соединения в проходном отверстии устройства используют центраторы 18 и центрирующие упоры 21. Для работы с трубными колоннами, состоящими из обсадных труб большого диаметра, в проходное отверстие ротора 1 устанавливают разъемные вкладыши 4 с центрирующими упорами 21 под каждый диаметр обсадных труб.

Для обеспечения захвата в проходном отверстии ротора 1 максимально возможного диаметра обсадных труб боковые ограничительные наклонные стенки 16 вкладышей 4 выполнены под углом>40° относительно перпендикуляра к основанию паза, что предотвращает повреждение захватываемых труб клиньями 25 и повышает грузоподъемность устройства. При центрировании обсадных труб во вкладышах 4 и смещении трубы по оси одного из клиньев 25 этот клин перемещает колонну труб до оси устройства. При смещении колонны труб между клиньями с незначительным их эксцентриситетом клинья 9 не выходят из опорных пазов вкладышей при центрировании колонны труб.

Применение предложенного устройства для захвата трубных колонн в роторе буровой установки обеспечивает автоматическое центрирование захватываемых трубных колонн в роторе и автоматизированный захват широкого диапазона типоразмеров трубных колонн, повышение грузоподъемности устройства, связанного, в том числе, с применением разъемного вкладыша в роторе для наиболее нагруженных обсадных колонн, повышение надежности и долговечности устройства.

Источники информации

1. Патент РФ 2110663, кл. Е 21 В 19/10,1993 г.

2. Авторское свидетельство СССР №768931, кл. Е 21 В 19/10, 1980 г.

3. Патент РФ 2142551, кл. Е 21 В 19/10, 1997 г.