Автомат для спуско-подъемных операций в бурении

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сфюз Сфеетсияв Сфцяайястячаскя а Респубикиц 629314 АВТОРСКОМУ СВИЛЕТЕ опол к авт. свиа-ву 22) ено 01,07,74 ( 39027/03 присоединением заявки РЙ сударствеиный комитетвета Министров СССРо ямам изобретенийи открытий(45) Лата опубликования Боллет писания 0509,7 А.А.Иванов, В.И ,Ю.Равич-щебро, лин, В.В.Рудоиск ков, В.Е.Тимофее И.Андрианов Г.И.Барсуков, Г А.М,Котляров, Б В.П.Блиновсков В.И.Разуваев И,И.СелинК.ВолосВ.МалинВ.Н.ГрБ.С. Сусрстов и 72) Авторы изобретени Игревский(7) заявители ЕРАЦИ т для спускО-пОдьемных В БУРЕНИИ 4 Изобретение относится к устройствам для автоматизации спуска-подъемных операций в буреиии, применяемымв нефтяной и газовой промышленности.Известны буровые установки, содер- бжащие цепные подъемники для перемещения элеваторов, механизмов соединения-отсоединения труб, устройстваизс подачи и укладки в магазин 1В таких установках скорость подъема колонны ограничена ие только временем развинчивания реэьбового соеди 4ения ключом, но также временем цика перемещения механизмов соединенияотсоединения, закрепленных на цепидля периодического размещения их висходное положение,Известна также буровая установка,содержащая два элеватора (верхний инижний) на каретках, раскрепитель фрезьбовых соединений на корпусе нижнего элеватора, ключ и механизм приподъема отсоединенной трубы на верхней каретке над верхним элеватором,.свечеподающее устройство со свече"приемниками 2 .При подъеме колонны нижним элеватором раснрепителем страгивают реэьбовое соединение верхней трубы с ко-,лонной, верхний нагруженный элеватор оО в зто время опускается с замедлением,останавливается, поднимается, его догоняет. нижний элеватор, после чеговес колонны передается на верхний элеватор. Затем нижний элеватор откры. вается и с ускорением движется вниз, замедляя движение у своего крайнего нижнего положения. К моменту передачи веса колонны верхнему элеватору верхнее резьбовое соединение раскреплено и в работу вступает ключ на верхней каретке, который отвинчивает верхнюю трубу к моменту достижения своего верхнего крайнего положения верхним элеватором, после чего механизм приподъема свечи выводит ниппель верхней трубы из муфты, труба отводится в сторону к свечеподающему устройству и далее в,свечеприемники.К моменту отсоединения верхней трубы нижний элеватор достигает своего нижнего крайнего положения, останавливается и начинает движение вверх, затеи захватывает колонну, одновременно с верхним элеватором, принимает на себя вес колонны, вступает в работу докрепитель-раскрепитель резьбовых соединений. Верхний элеватор освобаждав 1 колонну и начинает движение вниз до всгречи с нижним элеваторам и такб 29314далее. При спуске колонны операцииПроводятся в обратном порядке,Предельная скорость непрерывногоОпуско-подъема у такого устройстнаранна хопу нерхцего элеватора, делецфому ца врея сницчцнация-разниц 1 ина-ния ключом замконого соедицецил. ЗтоОбъясцяе 1 сл Тем, что спуск-подъемколонны осуществляется двумя подъемными устройствами, попеременно спускающими (поднимающими) колонну, следоватехп НОсн ицч ив ание-ра знинчив ание 1 Оэамковбго соедицецця необходимо завершить к моменту перехвата передачи веса колонны от одного подъемногоустройства к другому. Поэтому операция свинчивания-раэвинчинани ограничивает возможность рациональногоувеличения мощности подъемников,ограничивает увеличение Скоростейподъема бурильной колонны. При этомэу 1 енаторы л(е(;т(О соединены сО сн Оимикареткециъ правление прОнодится итем собхе(анин строгой последовательности но времени операций, что нозМО;,:,:О .ИЬ ПРИ ОЧЕЬ НЕ 3 Цд ЧИТЕЛЬ НИХрасхождениях длин бурихьцех труб итребует аличия высокоточных следя- фщих систем для управления скоростьюП О;Е", НЕМ т ЕЕ 1 атОРОН ПРИ ПЮРЕДаЧЕвеса к Оло 1 ы От ОднОГО к,пруГОму 1 Наирак т 1 тке этО вызОнет Отказ автоматическойй системы и переход на раздель- ЗОцую работу механизмов, возможно сПРИМЕЕЕ.1 У, РУЧ.ОЕО УПР;НЛЕ 11,Я чТОв конецо.1 счете, приведет к унеличезнию затрат времени на спускОподъемные операции. %Цель изобретения заключается нразработке автомата для спуска-подъема операций н бурении, позволяющегоускорить непрерывный спуско-подъембурильной колонии, 4 ОВто достигается тем, что автоматимеет дополнительную каретку с ключом, размещенную н напранляощих выше нерйцего элеватора, причем ключснабжен гидроцилиидром, установленньщс ВозмОжностью ГОризОнтальнОГО перемещения относительно каретки,Бхагодар 1 расположению ключа надверхню 1 элеватором в автомате исключается необходимость завершения свин Очинания-развинчивания замкового соединения к моменту передачи веса бу"рильной колонны от Одного подъемногомеханизма к другому. Развинчиваниеначинается после первоначального раскрепления замкового-соединения докре"пителем-раскрепителем, установленньина нижнем элеваторе, и продолжаетсяпри. подъеме бурильной колонны этимэлеватором, передаче веса колонныверхнему элеватору и подъеме ее по"следним. Это означрвт, что при прочих ранних у.ловиях за времясвинчивания-развинчивания замкового соединения пройден путь равный двумходам элеватора, Следовательно, Обеопеч инаетс я ускоре це це рерын цоо сп уска-подъема 1 дна ра за .Па фцг. 1 схематически изображен предлагаемый антомат, облий нид; ца фиг, 2 - дополнительная верхняя каретка и ключ с захватом; ца фиг. 3 верхняя каретка с элеватором; на фиг, 4 дана принципиальная гидравлическая схема управления элеватором и гидроупорами; на фиг, 5 схематически изображена нижняя каретка элеватора, общий вид, и докрепительраскрепитель на цей. Автомат для спуско-подъемных опе.раций в бурении состоит из нитп(и 1несущей н верхней части кроцблочнувплощадку с кронблоком 2. На жесткихнаправляющих 3 соосцо и подвижно ус"танонлены сверху вниз каретка 4 сключом 5 и его захватом б, каретка 7с верхним элеватором 8 и каретка 9с нижним элеватором 10 и докрепителем-раскрепителем 11. Каждая иэ кареток 4, 7 и 9 имеет собственный привод н ниде подъемника, который цаУпример, может быть одним из барабанон12, 13 и 14 трехбарабанной лебедкиКаждыйбарабан связан с одной из кареток 4, 7 и 9 канатом через кронблок 2 и соответственно снабжен ус-,тройством автоматического включения,выключения и регулирования скоростиих вращения,Системы автоматического регулиро"нация (не показаны). тормозных моментон на тормозных шкивах барабанов 12,13 и 14 выполнены как электрогидравхические с использованием колодочныхтормозов 15. На вышке 1 установленоснечеподающее устройство 1 б, котороеимеет дна подающих поворотных рычага17 для круговой установки свеч в свечеприемники (верхние 18 и нижнив 19),Эахватный орган 20 каждого рычага 17может перемещаться горизонтально-параллельно оси перемещения последнегои вертикально-параллельно оси сква"жины. Ротор 21 бурового автомата выполнен подвижным в направлении, перпендикулярном к Оси скважины.Каретка 4, на которой установленключ .5, снабжена роликами 22, удерживающими ее в аправляющих Э вышки 1.Ключ 5 снабжен захватом 6, которыйможет перемещаться по направляющим23 каретки 4 в вертикальном направленин и в горизонтальном направлении относительно каретки в сторонузахватных Органов 20 свечеподающегоустройства 16 гидроцилиидрами 24,через зубчато-реечный механизм 25. Всемеханизмы ключа 5, захват 6, редуктор 26 и гидродвигателЬ 27, смонтированы в подвижном корпусе 28, который при вертикальном перемещенииуравновешивается, например, противовесами 29. Посредством вышеуказанцчх,устройств осуществляется удержание5 629314свечи на весу и ее снинчнвание-разнинчиван е.Управление работой каретки 4 иключа 5 с захнатом б и контрольвыполняемых операций осуществляетсяпри помощи датчиков 30-38, установленных как на каретке 4 и подннжномкорпусе 28 ключа 5, так и на направляющих 3 вышки 1,Датчик 30 осущестнляет контрольналичия замка свечи н клиновом захвате 6, датчик 31 контролирует положение клинового захвата б на оси сква- Щжины или на оси захватных органов 20снечеподакшего устройства 16, датчик 32 служит для контроля раскрытия клиноного захвата б, а датчикдля контроля вертикального переме- (5щения клинового захвата б ключа 5,Команды для переМода на предостаноночную скорость каретки 4 при двИженин вверх и вниз осуществляют датчики 34 и 35; команды для остановки каретки 4 н крайних верхнем инижнем положениях - датчики 36 и37, а команду на закрытие захватногооргана 20 снечеподакшего устройства16 при получении свечи иэ захвата б .ключа 5 - датчик 38.Каретка 7 с элеватором 8, связанная с барабаном 13, снабжена роликами 39, которые удерживают его н направляющих 3 вышки 1. Элеватор 8 состоит из самоэаклинывающегося захвата 3040 и гидранлически. управляемых упоров 41, расположенных в подвижномкорпусе 42, имекщем возможность как .горизонтального, так и вертикальногоперемещения по направляющим 43 каретки 7При вертикальном перемещенииподвижный корпус 42 уравновешен,например, грузами 44, В направлении,перпендикулярном к оси скважины, всторону установки ведущей штанги 40(не показана) он перемещается гидроцилиндрами 45 через. зубчато-реечныймеханизм 46, а в вертикальном - гид-роупорами 47. Причем управление гидроупорами 47 выполнено так, что корпус 42 может либо находиться в крайнем нижнем или в крайнем верхнею по- "45ложениях относительно каретки 7, либо жестко фиксИРонатьсЯ относительнопоследней. В каретку 7 встроен маслонасос 48 с приводом от ролика 49 через редук тор 50. На роликах 49 подвешена каретка 7 с помощью талевого троса, проходящего через кронблок 2. Маслоиа,сос 48 подает рабочую жидкость из маслобака 51 через клапанную коробку 56 52, фильтр 53 и обратный клапан 54 в пневмогидравлический аккумулятор 55, величина давления в котором контролируется манометрсм 56 и реле давления 57, 60Рвверсивный золотник 58 с электро. гидравлическим управлением направля ет Рабочую жидкость при получении бб соответствующего электрического сигнала н полости (штоконую или бесштоконую) гийроцилиндра 59, осуществляязакрытие .или раскрытие элеватора 8,причем для блокировки при .закрытииштоковая полость гидроцилиндра 59станится на гидрозамок 60, а величи"на давления н ней контролируется реле 61 давления.Золотник 62 прн сооТветствующемэлектрическом сигнале управляет гидроэамком 63, который соединяет полости под гидроупорами 47 с емкостью64 или запирает последнюю, благода"ря чему элеватор 8 либо перемещаетсяотносительно каретки 7, либо фиксиру"ется гидроэамками 63 относительнонего.Упранление работой механизмов ка"ретки 7 и контроль выполняемых имиопераций осуществляется при помощидатчиков 65-76, установленных на каретке 7,.на подвижном корпусе 42 ина направляющих 3 выдки 1. Датчик 65осуществляет контроль наличия в элеваторе 8 ниппеля замкового соединения свечи при посадке его в резьбуспускаемой колонны, датчики 66 и 67 -контроль крайних (верхнего и нижнего)положений элеватора 8 относительнокаретки 7, датчик 68- контроль раскрытия захвата 40 элеватора 8, датчик69 - контроль наличия (отсутствия)перемещения элеватора 8 относ,ительнокаретки 7 и наоборот, датчик 70 -контроль положения элеватора 8 в горизонтальном положении. (либо на осискважины, либо на оси шурфа под ведущую штангу).Команды на остановку каретки 7 вкрайних верхнем и нижнем положенияхосуществляют датчики 71 и 72, команды для.перехода на предостановочнуюскорость при подъеме и спуске каретки 7 - датчики 73 и 74, командудля включения управляемых упоров 4 Ъв режиме фподъем колонныф - датчик75, а команду на перемещение захватаб ключа 5 - датчик 76,Каретка 9 с элеватором 10 и докрепителем-раскрепителем 11 такжеоснащена направляющими роликами 77 и канатными шкивами 78. В корпусе 79 каретки 9 установлен корпус 80 элеватора 10, в котором расположены механизм 81 удержания колонны на весу, механизм 82 докрвпления-раскрепления замковых соединений и управляемые упоры 83, аналогичные механизму на каретке 7, Причем корпус 80 элеватора 10 с механизмами 81, 82 и 83 имеют воэможность вертикального перемещения относительно каретки 9 при помощи гидроупоров 84 и уравновешен (например, грузами 85.).Управление механизмами 81, 82 и 83 осуществляется автонскньми блоками (насосньии и гидроавтоматики), аналогичными подобен на каретке 7,629314 При помощи соответствующих электрических сигналов, а контроль выполнеийя операций - при помощи датчиков,установленных на каретке 9, на корпусе 80 элеватора и иа направляющих 3Вышки 1, Сама каЕэетка 9, связанна 51 сбарабаном 14, управляется устройствомавтоматического пклю 51 ения, выключенияИ регулирования скорости вращения барабана,Датчики 86 и 87 осуществляют контроль край 51 их (верхнего и нижнего)положений корпуса 80 элеватора 10 относительно каретки 9, датчик 88Контроль раскрытия. (Закрытия) клиноВого захвата механизма 81 удержанияьколонны по весу, датчик 89контрольналичия (отсутстэия) перемещенияПодвижного корпуса 80 относительнокаретки 9,Команды на оста. новку каретки 9 вкрайних верх нем и нижнем положенияхосуществл 515 от датчики 90 и 91, команды для перехода на предостановочиуюскорость при движенин каретки 9вверх и Вниз - датчики 91 и 93, команду на срабатывание управляемыхупоров 43 элеватора 7 - датчик 94,Работа бурового автомата в режимеПодъем бурильной колонны. Исходное положение механизмов:.1. Свечеподающее устройство 16захватный орган О одного из подающих поворотных рычагов 17 находитсяна оси передачи свечи в крайнемверхнем положении, раскрыт, а зевего охватывает с зазором свечу.2, Каретка 4 ца расстоянии 50 ммот крайнего верхнего положения, Кли-,новой захват 6 ключа 5 находится наоси передачи свечи в захватный орган20 свечеподающего устройства 16 в, своем крайнем нижнем положении относительно каретки 4 и закрыт, удерживая очередную свечу.3, Каретка 7 на расстоянии б мат своего крайнего верхнего положе 11 ияо Элеватор 8 закрыт, удерживаябурильную колонну на весу, и находится в крайнем нижнем положенииотносительно элеватора 7.4, Каретка 9 находится в крайнемнижнем положении. Подвижный корпус80 элеватора 10, а следовательно,механизм 81 удержания колонны на ве"су находятся в крайнем нижнем положении относительно корпуса 79 каретки 9, причем клиновой:захват раскрыта бурильная колонна пропущена сквозьпаследиий,Па команде с пульта управленияПОДъем бур ж 1 ь ЯОЙ калаи ны каретка7 вместе с бурильной колонной цачина"ет двигаться вверх, достигая номинальной скорости и воздействуя на,датчик 75. ПО 5 команде последнеговыдвигаются управляемые упоры 83 элеватора 10, на которые воздействуетторец нинпеля шщиимающейся вверх свечи. При этом полости под гидроупорами 84 соединены емкостью 64 блокагидроавтоматики (см, Фиг. 4), чтопозволяет подвижному корпусу 80 элеватора 10 перемещаться вверх под действием свечи относительно корпуса 79.Срабатывает датчик87, по командегкоторого начинается подъем каретки 9с элеватором 10 и докрепителем-раскрепителем 11, и закрывается клиновойзахват механизма 81 удержания колоннына весу.ЧО По команде с пульта одновременнос движением каретки 7 начинает перемешаться вниз каретка 4 с очереднойсвечой в захватнь 1 х органах ключа 5.Спуск каретки 4 с ключом 5 и его)8 захватом б по команде от датчика 35замедляется, а по команде от датчика38 закрывается захватный орган 20свечеподающего устройства 16, Придальнейшем движении вниз каретки 4ключ 5 с захватом б смещаются относительно последней и по команде датчика33 клиновой захват 6 раскрывается,Одновременно подающий поворотный рычаг 17 свечеподающего устройства 16начинает двигаться вниз в сторону всвечеприемники с очередной свечой,а на ось передачи свечи перемещается:второй подающий рычаг 17, установивший в свечеприемники предыдущую свечу,Б это время каретка 7 с элеватором308 продолжает свое движение вверх соптимальной скоростью, а каретка 9с элеватором 10, связанная через свечу с кареткой 7 при помощи механизма6 81 удержания колонны, разгоняетсясистемой автоматического регулирования (САР) своим подъемником до оптимальвой скорости, что Фиксируетсядатчиком 89. По команде датчика 8940 САР подъемником каретки 7 притормаживает последняя. При этом подвижныйкорпус 80, приподнятый свечой отно-.сительно Корпуса 79 каретки 9, Фиксируется па команде датчика 89 относительно последней посредствомперекрытия гидрозамками 63 гидрома 4" гистралей между емкостью 64 и полостями пад гидроупарами 84.Каретка 4 после передачи свечи взахватные органы 20 свечеподающегаустройства 16 на предостановочной50 скорости продолжает идти вниз до датчика 37, и па команде последнегоостанавливается в своем край.;ем нижнем положении, при этом захват бключа 5 перемещается на ось скважины55 и Фиксируется. Каретка 7 после притормаживания начинает двигаться сменьшей скоростью, чем элеватор 8,который продолжает подниматься с оптимальной скоростью кареткой,9 бла 3 гадаря их жесткой связи через свечу.Отйосительнае перемещение каретки 7 иэлеватора 8 Фиксируется датчикам 69и по команде последнего самазаклини62931 Формула изобретения Автомат для спуско-.подъемных операций в бурении, осуществляемых непрерывным способсн 4 содержащий подъемники с каретками на направляющих,установленные на каретках подъемников верхний и нижний элеваторы, докрепитель-раскрепитель резьбовых соединений, ключ, свечеподающее устройство со свечеприемником, датчики контроля, .о т л и ч а. ю щ и й с я тем что с целью ускорения спускаУ Феет подъема бурильной колонны, он имеераздополнительную каретку с ключом, р мещенную на направлякщих вьаае верхнего элеватора, причем ключ снабжен гидроцялиндром, установлеиньэа с воэможностью горизонтального перемещения относительно каретки.Источники информации, принятые во вязание прк экспертизе:1. Патент США Ю 3002560, кл. 166- 775, 03.10.61.2. Патент США М 3194313, кл. 166- 77.5, 13.07,65. вающий захват 40 элеватора 8 раскрывается. После этого каретка 7 с элеватором 8 по сигналу датчика 68 начинает ускоренное .движение вниз навстречу каретке 9, а подвижный кор"пус 80 медленно опускается в крайнеенижнее положение относительно каретки 9 под действием собственного .ве-5са поднимаемой бурильной колонны,отключая датчик 87. Относительноеперемещение подвижного корпуса 80 икаретки 9 становится возможным приоткрытии гидрозамков 63 по команде 10датчика 68, так как при этом емкостьб 4 соединяется с полостями под гидроупорами 84, на которых и вытесняетсярабочая жидкость. Элеватор 8 с самозаклинивающим захватом 40 после 15его раскрытия аналогичным способомпод собственным весом опускается вкрайнее нижнее положение, отключаядатчик б 7,Механизм 82 докрепления-раскреп 20ления замковых соединений, установленный на каретке 9, осуществляет раскрепление очередного замкового соединения. Верхний свободный конец под-.нимаемой бурильной колонны входит взахват б ключа 5 и, упираясь в подпружиненный упор 95, приподнимает.подвижный корпус 28 ключа относительно каретки 4, что Фиксируется датчиком 33. По команде закрывается клиновый захват б, включается гидродви 30гатель 27 ключа 5 на отвинчиваниеи САР лебедочного подъемника каретки4 на ее разгон до оптимальной скорос-,ти поднимаемой бурильной колонны РКаретки 4 и 9 начинают двигаться 35синхронно, а отвинчивани свечи заее верхний конец ключом 5 продолжается. При этом каретка 7 с элеватором8 по командам датчиков 74 и 72 притормаживаются и останавливаются в 40своем крайнем нижнем положении, Движущаяся,каретка 9 с. поднимаемой бурильной колонной встречается с,неподвижными кареткой 7 и элеватором 8. Приэтом энергия удара поглощается гидравлическими буферами 96, а относительное смещение элеватора 8 и каретки 457 Фиксируется датчиком 67. По команде последнего осуществляется закрытиесамозаклинивающих захватов 40 и разгон каретки 7 с элеватором В вверх,О выходе каретки 7 на номинальную 50скбрость поднимаемой бурильной колонны сигнализирует датчик 69 (приотносительной скорости элеватора 8 икаретки 7 равной нулю) . По командеэтого датчика осуществляется Фиксация элеватора 8 относительно каретки 7 при помощи гидрозамков 63 описанным ранее способом и торможениекаретки 9. Как только заканчиваетсяотвинчивание свечи ключом 5, каретка4 начинает быст 1 о подниматься. При 4 10этом ключ 5 несет свечу в своих заяватных органах б. При выходе иэ элеватора 8 нижнего конца свечи срабатывает датчик 65 и по его командеосуществляется расфиксация и движе"ние захвата б со свечой на осьзахватных органов 20 свечеподающегоустройства 16.торможение каретки 9 приводит кприподъему подвижного корпуса 80относительно корпуса 79 под действиемподнимаемой элеватором 8 бурильнойколонны. При этом срабатывает датчик87, который дает команду на раскрытиеклинового захвата механизма 81 удер.жания колонны на весу и расфиксациюэлеватора 8 относительно каретки 7описанным ранее способам, Элеватор8 под действием в основном веса поднимаемой бурильной колонны медленноопускается в крайнее нижнее положе"ние, отключив датчик 67. Каретка 9по сигналу от датчика 88 начинаетускоренное движение вниз в исходноеположение, а подвижный корпус 80опускается з крайнее нижнее положение относительно корпуса. 79 (контролируется датчиком 87),По команде датчиков 34 и 36 каретка 4 и ключ 5 со свечой притормаживаются и останавливаются в крайнем верхнем положении, а по командедатчика 31 захват 6 фиксируется наоси захватных органов 20 свечеподающего устройства 16 и разрешаетсяспуск каретки 4,Работа автомата в режиме 1 Спускбурильной колонны происходят вобратной последовательности.7 Составитель П. Павловский 1 ехред Н. Бабурка коррек адеева Тираж 734 Подлисиоврственного коиитета Совета Иинистров делам иэобретений и открытий 5, Иосква, Ж, раушская наб., д,З 4/ЗоЦНИИПИ н.ос Филиал ППППатент ф, г, Ужгород, ул. Проектна