верхний привод бурильной колонны

Формула изобретения

Верхний привод бурильной колонны, включающий вертлюг, узел вращения через планетарный редуктор, электродвигатель с полым валом и системы подвески к талевому блоку и колонну труб, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей, а также сокращения габаритов по длине, вертлюг и механизмы узла вращения встроены в корпус талевого блока, который снабжен двумя комплектами роликов талевой системы с двусторонней тягой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к верхним приводам для бурения, в частности, наклонно направленных скважин.

Известен типовой ряд верхних приводов JDS-1 (интегральная буровая система) американской фирмы Varco BJ, включающий в свой состав интегральный блок талевой системы и вертлюг, электродвигатель, соосную планетарную трансмиссию, вращающийся позиционер манипулятора, адаптер шгропов элеватора, механизм наклона штропов и верхний и нижний превенторы, расположенные друг за другом на одной оси. Грязевой шланг, электрическая и гидравлическая питающие линии подвешены сбоку. Реактивный момент воспринимается консолями и направляющей трубой, подвешенной на специальной подвеске и на нижней распорной балке (General Catalog 92/93, Houston, Texas, USA).

Недостатком данной системы является значительная длина, состоящая из набора отдельных механизмов, что, в свою очередь, требует увеличения высоты буровых мачт. Кроме того, указанная система не позволяет создать тяги в другую сторону, что необходимо для успешной проводки горизонтальных скважин на малых глубинах.

Известен силовой вертлюг, состоящий из ротора, связанного с бурильной колонной и патрубком, связанным с подводом промывочной жидкости. При этом ротор связан с бурильной колонной посредством установленных в направляющих, выполненных в роторе, плашек с приводом их радиального перемещения, причем плашки имеют подпружиненные относительно них ползуны, на каждом из которых установлено по паре элементов самозаклинки, при этом каждый элемент пары установлен с возможностью встречного относительно другого элемента пары направления вращения в горизонтальной плоскости. Патрубок выполнен из двух связанных между собой эластичной вставкой частей, причем нижняя часть патрубка связана с бурильной колонной посредством узла герметизации. Силовой вертлюг по бокам снабжен направляющими роликами и подвешивается к талевой системе бурового станка серьгой (SU 1613556 А, 15.12.90).

Недостатки данной конструкционной компоновки аналогичны недостаткам вышеописанной интегральной буровой системы. Кроме того, вращение бурильной колонны осуществляется самозаклинивающимися плашками, что является ненадежным и ограничивает величину передаваемого крутящего момента колонне бурильных труб.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является верхнеприводное бурильное устройство, включающее вертлюг, узел вращения через планетарный редуктор, электродвигатель с полым валом, систему подвески к талевому блоку и колонну труб (RU 2004769 С1, 15.12.1993).

Недостатком данной конструкции является громоздкость, повышенная масса и значительный габаритный размер по высоте.

Техническим результатом изобретения является снижение металлоемкости устройства, сокращение его габаритов по высоте, возможность бурения наклонно направленных скважин за счет обеспечения создания тягового усилия в обоих направлениях движения бурильных колонн, возможность создания усовершенствованных буровых установок, способных выполнить принудительное внесение колонны труб в скважины.

Указанный технический результат достигается тем, что в верхнем силовом приводе бурильной колонны, включающем вертлюг, узел вращения с планетарным редактором, электродвигатель с полым валом, систему подвески к талевому блоку и колонну труб, вертлюги механизма узла вращения встроены в корпус талевого блока, который снабжен двумя комплектами роликов талевой системы с двухсторонней тягой.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема верхнего привода бурильной колонны, общий вид, на фиг.2 - то же, вид сбоку.

Верхний привод бурильной колонны состоит из корпуса 1, правой и левой внутренних щек 2, роликов тяги в одну сторону 3, которые посажены на полуоси 4, и роликов тяги в другую сторону 5, посаженных на полуоси 6.

В промежутке между внутренними щеками 2 расположен вращатель в корпусе 7, в котором помещен ствол вертлюга 8. В кольцевом пространстве между корпусом и стволом вертлюга размещен многоступенчатый планетарный редуктор 9 с последовательным соединением ступеней. В качестве привода выбраны реверсивный электродвигатель постоянного тока или гидромотор 10, соединенный с многоступенчатым планетарным редуктором через цепную передачу 11. Осевая и радиальные нагрузки на ствол 8 от корпуса 7 передаются радиально-упорными подшипниками 12. Полость многоступенчатого планетарного редуктора загерметизирована конечными сальниками 13 и 14.

В верхней части корпуса 1 установлена приемная труба 15 промывочной жидкости, подаваемой через грязевой шланг 16. В нижней части подвешен позиционер 17 на пальцах 18 через подшипник 19. Позиционер 17 снабжен двумя боковыми рогами 20 для подвешивания штропов.

Запасовка штропов обеих талевых систем производится методом «Крестовой оснастки», что позволяет не только избегать перекрещивания их во время работы, но и максимально сокращает безопасное расстояние между подвижным и неподвижным блоками, а также создает свободное пространство, где могут быть размещены элементы буровой установки. Размер свободного пространства ограничивается диаметрами роликов подвижного и неподвижного блоков талевой системы.

Необходимое возвратно-поступательное движение подвижному блоку обеспечивается поочередным включением тяговых барабанов ходовых концов обеих талевых систем. При этом возможность подачи циркуляционной жидкости сохраняется.

В качестве приводов тяговых барабанов обеих талевых систем используются серийные обратимые электро- и гидромоторы, которые при смене направления вращения меняют свои назначения: электрический двигатель становится генератором, а гидромоторы - насосами, что обеспечивает синхронность намотки и отмотки ходовых концов за счет легкого притормаживания.

Такого же типа двигатель с необходимой мощностью выбирается и для вращателя, который с последним присоединяется в кинематическую схему, через цепную передачу. Цепная передача необходима для сохранения длиннового размера вращателя в минимальных размерах и использования верхнего привода для проталкивания готовых плетей в старые коммуникальные каналы.

В отличие от известных буровых установок с верхним приводом бурильной колонны, где подача бурильной колонны вниз осуществляется силой тяжести, буровая установка с предлагаемым верхним приводом приобретает возможность создания необходимой осевой нагрузки с первых же метров забуриваемой скважины, когда на крюке вес бурильной колонны исчисляется на килограммы, а для обеспечения полноценного режима бурения требуются тонны.

Указанная отличительная черта обеспечивает возможность проводки наклонно направленных, а также горизонтальных скважин на малых глубинах за счет увеличения осевого усилия. Кроме того, буровые установки с предлагаемым верхним приводом бурильной колонны создают возможность включения промывки скважины в любое время, независимо от того, где находится верхний конец бурильной колонны.