Патент на изобретение №2253003

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАХВАТА ВЕДУЩЕЙ ТРУБЫ В РОТОРЕ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для захвата ведущей трубы в процессе бурения скважин. Устройство для захвата ведущей трубы в роторе буровой установки включает корпус со шлицевыми соединениями с вкладышами, выполненными с опорными поверхностями под клинья с плашками, соединенные с приводом посредством подвесок с державками и направляющих планок, центратор и зажим ведущей трубы с конусной опорной поверхностью корпуса и поворотными вставками, охватывающими грани ведущей трубы. Верхняя часть корпуса зажима ведущей трубы расположена заподлицо с верхним торцом корпуса устройства и выполнена крестообразной формы с расположением крестообразных выступов по осям стыка вкладышей соосно поворотным вставкам, а вкладыши выполнены с пазами ответной формы. Крестообразные выступы в поперечном их сечении имеют форму двухзаходного клина с плоской вершиной, обращенной вниз, при этом угол б клина у основания определяется по формуле: =2(±30’), где – максимальный угол отклонения ведущей трубы от оси проходного отверстия устройства, а заходный угол клина при вершине равен 30-40°, при этом крестообразные выступы расположены на уровне шлицевых соединений вкладышей с корпусом устройства и с гарантированным зазором между их нижним торцом и дном пазов под них во вкладышах. Устройство обеспечивает надежность, безопасность и удобно в эксплуатации. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Настоящее изобретение относится к области глубокого бурения, а именно к устройствам для захвата ведущей трубы в роторе буровой установки.

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 и соединенные посредством подвесок с державками через направляющие планки с приводом, и зажим ведущей трубы с вставками (1).

Данное устройство не обеспечивает надежности, удобства и безопасности работ.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является устройство для захвата ведущей трубы в роторе буровой установки, включающее корпус со шлицевыми соединениями с вкладышами, выполненными с опорными поверхностями под клинья, соединенные с приводом посредством подвесок с державками и направляющих планок, центратор и зажим ведущей трубы с конусной опорной поверхностью корпуса и поворотными вставками, охватывающими грани ведущей трубы (2).

К недостаткам прототипа следует отнести невозможность передачи значительного крутящего момента из-за пальцевого соединения вкладышей с корпусом, неудобства при монтаже и демонтаже из-за значительного удаления зажима ведущей трубы от верхнего торца ротора, возможность выпадения поворотных вставок в скважину после подъема ведущей трубы и повреждения клиньев, вкладышей и бурильных труб из-за попадания клиньев в зону контакта с зажимом ведущей трубы.

В связи с изложенным технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание устройства для захвата ведущей трубы в роторе буровой установки, обеспечивающего надежность, безопасность и удобства его эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для захвата ведущей трубы в роторе буровой установки, включающем корпус со шлицевыми соединениями с вкладышами, выполненными с опорными поверхностями под клинья, соединенные с приводом посредством подвесок с державками и направляющих планок, центратор и зажим ведущей трубы с конусной опорной поверхностью корпуса и поворотными вставками, охватывающими грани ведущей трубы, согласно изобретению верхняя часть корпуса зажима ведущей трубы расположена заподлицо с верхним торцом корпуса устройства и выполнена крестообразной формы с расположением крестообразных выступов по осям стыка вкладышей соосно поворотным вставкам, а вкладыши выполнены с пазами ответной формы, причем крестообразные выступы в поперечном их сечении имеют форму двухзаходного клина с плоской вершиной, обращенной вниз, при этом угол ос клина у основания определяется по формуле:

=2(±30’),

где – максимальный угол отклонения ведущей трубы от оси проходного отверстия устройства,

а заходный угол клина при вершине равен 30-40°, при этом крестообразные выступы расположены на уровне шлицевых соединений вкладышей с корпусом устройства и с гарантированным зазором между их нижним торцом и дном пазов под них во вкладышах.

Решению поставленной задачи способствует также и то, что зажим ведущей трубы снабжен крышкой, выполненной в продольном сечении Т – образной формы и размещенной в цилиндрическом канале верхней части корпуса зажима, концентричном его проходному отверстию, а его конусная опорная поверхность во вкладышах выполнена с уклоном не менее 1:6, при этом корпус зажима между его крестообразными выступами выполнен с углублениями под нижнюю часть клиньев, а крышка зажима – с прорезями под нижнюю часть плашек.

Дополнительным признаком изобретения, способствующим достижению поставленного технического результата, является выполнение поворотных вставок зажима ведущей трубы с выступами в виде стержней, расположенных на торцах вставок и размещенных в каналах, выполненных в крышке и в нижней части корпуса зажима ведущей трубы с зазором, обеспечивающим поворот и прилегание внутренних поверхностей поворотных вставок к граням ведущей трубы.

Изобретение поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид устройства в разрезе; фиг.2 – разрез I-I на фиг.1; фиг.3 – разрез II-II на фиг.2; фиг.4 – разрез III-III на фиг.1; фиг.5 – разрез IV-IV на фиг.1; фиг.6 – разрез V-V на фиг.3; фиг.7 – разрез VI-VI на фиг.3, фиг.8 – разрез VII-VII на фиг.3 и фиг.9 -разрез VIII-VIII на фиг.2.

Устройство для захвата ведущей трубы в роторе 1 (см.фиг.1) буровой установки включает корпус 2 со шлицевыми соединениями с вкладышами 3, выполненными с опорными поверхностями 4 под клинья 5 с плашками 9, соединенные с приводом посредством подвесок 11 с державками 12 и направляющих планок 10, центратор 6 и зажим 7 ведущей трубы 8 с конусной опорной поверхностью 33 (см. фиг.2) корпуса 40 и поворотными вставками 16 (см.фиг.9), охватывающими грани ведущей трубы 8. Верхняя часть корпуса 40 зажима 7 ведущей трубы 8 расположена заподлицо с верхним торцом корпуса 2 устройства и выполнена крестообразной формы с расположением крестообразных выступов 25 по осям стыка 26 вкладышей 3 соосно поворотным вставкам 16. Вкладыши 3 выполнены с пазами 27 ответной формы, причем крестообразные выступы 25 в поперечном их сечении имеют форму двухзаходного клина с плоской вершиной, обращенной вниз. Угол а клина у основания определяется по формуле:

=2(±30′),

где – максимальный угол отклонения ведущей трубы от оси проходного отверстия устройства,

а заходный угол клина при вершине равен 30-40°, при этом крестообразные выступы 25 расположены на уровне шлицевых соединений вкладышей 3 с корпусом 2 устройства и с гарантированным зазором между их нижним торцом 31 и дном 32 пазов 27 под них во вкладышах 3. Зажим 7 ведущей трубы 8 снабжен крышкой 17, выполненной в продольном сечении Т – образной формы и размещенной в цилиндрическом канале 39 верхней части корпуса 40 зажима 7 концентричном его проходному отверстию. Конусная опорная поверхность 33 корпуса зажима 7 выполнена с уклоном не менее 1:6, исключающим заклинивание ведущей трубы 8 в зажиме 7. Корпус 40 зажима 7 ведущей трубы 8 между его крестообразными выступами 25 выполнен с углублениями 34 (см. фиг.1) под нижнюю часть клиньев 5, а крышка 17 зажима 7 – с прорезями 35 под нижнюю часть плашек 9, Поворотные вставки 16 зажима 7 ведущей трубы 8 выполнены на торцах с выступами в виде стержней 19, размещенными в каналах 20 и 21, выполненных в крышке 17 и в нижней части корпуса 40 зажима 7. Стержни 19 размещены в каналах 20 и 21 с зазором, обеспечивающим поворот и прилегание внутренних поверхностей поворотных вставок 16 к граням ведущей трубы 8. Поворотные вставки 16 зажима 7 зафиксированы от выпадения сверху крышкой 17, снизу опорой 22, а в радиальном направлении выступами 23 (см. фиг.6). Выступы 23 образованы боковыми стенками каналов 20, 21 и проходного отверстия 24 корпуса зажима 7, причем расстояние между ними меньше диаметра стержней 19. Во вкладышах 3 под выступы 25 выполнены соответствующие пазы 27, образующие с ними шлицевое соединение с плоскими боковыми гранями 28, расположенными на одном уровне со шлицевым соединением между корпусом 2 и вкладышами 3. Таким образом, углы между боковыми стенками 29 и 30 выступа 25 и вертикальной плоскостью равны, соответственно, ±30′ и 15-20°. При этом между нижними торцами 31 крестообразных выступов 25 и дном 32 пазов 27 имеется гарантированный зазор а, обеспечивающий свободную установку конусной опорной поверхности 33 корпуса зажима 7 в ответных пазах вкладышей 3. Верхняя часть корпуса зажима 7 ведущей трубы 8 взаимодействует с упорами 18, установленными на направляющих планках 10. При центрировании зажима 7 ведущей трубы 8 клиньями 5 боковые стенки 36 прорезей 35 контактируют с боковыми стенками 37 и 38, соответственно, плашек 9 и клиньев 5, исключая тем самым врезание зубьев плашек 9 в крышку 17 зажима 7. При этом зазоры б и в (фиг.1), соответственно, между крышкой 17 и плашками 9 и между верхней частью корпуса 40 зажима 7 и клиньями 5 выбраны больше, чем максимальное отклонение зажима 7 ведущей трубы 8 от продольной оси проходного отверстия устройства. Поворотные вставки 16 размещены в каналах 20 и 21 с зазором r, обеспечивающим поворот и прилегание внутренних поверхностей поворотных вставок 16 к граням ведущей трубы 8. Привод клиньев 5 состоит из рычага 13, силового цилиндра 14 и крана управления 15.

Устройство для захвата труб работает следующим образом. При подготовке к работе на ведущую трубу 8 надевают зажим 7, причем вначале через замковое соединение ведущей трубы 8 пропускается крышка 17, затем корпус зажима 7, в который устанавливаются поворотные вставки 16. После этого все элементы зажима 7 через крышку 17, установленную в цилиндрическом канале 39 корпуса зажима 7 крепятся болтами. Собранный на ведущей трубе 8 зажим 7 подается на ось скважины и опускается в проходное отверстие устройства при поднятых посредством привода клиньях 5. При этом крестообразные выступы 25 зажима 7 устанавливаются в пазах 27 вкладышей 3. В случае необходимости центрирование зажима 7 осуществляется упором боковых стенок 37 и 38 плашек 9 и клиньев 5 в боковые стенки 36 прорезей 35 крышки 17 и углублений 34 корпуса зажима 7, исключая вероятность врезания зубьев плашек 9 в крышку 17 или корпус зажима 7. Далее на направляющие планки 10 устанавливаются упоры 18, прижимающие зажим 7 к вкладышам 3 с установкой клиньев 5 в верхнем положении и обеспечением гарантированных зазоров б и в относительно крышки 17 и корпуса зажима 7.

В процессе бурения передача крутящего момента от ротора 1 к бурильной колонне осуществляется через шлицевое соединение корпуса 2 с вкладышами 3, через боковые стенки 29 крестообразных выступов 25 на поворотные вставки 16 и через них на ведущую трубу 8. При отклонении ведущей трубы 8 относительно продольной оси устройства зажим поворачивается на конусной опорной поверхности 33 и в пазах 27 вкладышей 3, обеспечивая равномерное прилегание поворотных вставок 16 к граням ведущей трубы 8 и исключая заклинивание ведущей трубы 8 в зажиме 7. После завершения бурения клинья 5 приводом поднимаются в крайнее верхнее положение, упоры 18 снимаются и ведущая труба 8 поднимается до посадки бурильной колонны на клинья 5. После отвинчивания от бурильной колонны ведущая труба 8 вместе с зажимом 7 опускается в шурф буровой установки.

Применение предложенного устройства для захвата ведущей трубы исключает силовое воздействие зажима 7 ведущей трубы 8 на клинья 5 и опорные поверхности 4 под клинья 5 во вкладышах 3 и уменьшает износ, повреждение и заклинивание силовых элементов устройства, а также предотвращает повреждение захватываемых труб клиньями. Кроме того, в предложенном устройстве предотвращается выпадение поворотных вставок 16 и, тем самым, исключаются связанные с этим аварии и повышается безопасность работ.

Источники информации:

1. Патент РФ 2041336, кл. Е 21 В 19/10,1993 г.

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

Формула изобретения

1. Устройство для захвата ведущей трубы в роторе буровой установки, включающее корпус со шлицевыми соединениями с вкладышами, выполненными с опорными поверхностями под клинья с плашками, соединенные с приводом посредством подвесок с державками и направляющих планок, центратор и зажим ведущей трубы с конусной опорной поверхностью корпуса и поворотными вставками, охватывающими грани ведущей трубы, отличающееся тем, что верхняя часть корпуса зажима ведущей трубы расположена заподлицо с верхним торцом корпуса устройства и выполнена крестообразной формы с расположением крестообразных выступов по осям стыка вкладышей соосно поворотным вставкам, а вкладыши выполнены с пазами ответной формы, причем крестообразные выступы в поперечном их сечении имеют форму двухзаходного клина с плоской вершиной, обращенной вниз, при этом угол клина у основания определяется по формуле

=2(±30’),

где – максимальный угол отклонения ведущей трубы от оси проходного отверстия устройства,

а заходный угол клина при вершине равен 30-40°, при этом крестообразные выступы расположены на уровне шлицевых соединений вкладышей с корпусом устройства и с гарантированным зазором между их нижним торцом и дном пазов под них во вкладышах.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зажим ведущей трубы снабжен крышкой, выполненной в продольном сечении Т-образной формы и размещенной в цилиндрическом канале верхней части корпуса зажима, концентричном его проходному отверстию.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конусная опорная поверхность зажима ведущей трубы выполнена с уклоном не менее 1:6, при этом корпус зажима между его крестообразными выступами выполнен с углублениями под нижнюю часть клиньев, а крышка зажима – с прорезями под нижнюю часть плашек.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поворотные вставки зажима ведущей трубы выполнены с выступами в виде стержней, расположенных на торцах поворотных вставок и размещенных в каналах, выполненных в крышке и в нижней части корпуса зажима ведущей трубы с зазором, обеспечивающим поворот и прилегание внутренних поверхностей поворотных вставок к граням ведущей трубы.

РИСУНКИ