RU2018623C1

RU2018623C1 - Drill pipe rotary head of drilling rigs

Info

Publication number: RU2018623C1
Authority: RU
Inventors: А.И. Литвинов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Уральский завод тяжелого машиностроения"
Priority date: 1992-06-05
Filing date: 1992-06-05
Publication date: 1994-08-30

Abstract

FIELD: drilling rigs. SUBSTANCE: rotary head has sleeve with splined bore in its upper part conjugated with gear wheel in middle part to receive swivel stem, and in its lower part, ears with arched clamps articulated in them. Outer surfaces of arched clamps are conjugated with planes of segment located in suspended holder which encloses sleeve. Sleeve outer side has annular recesses to receive heads of retainers built in body of suspended holder. Arched clamps have hinge members to receive changeable levers with working retaining blocks. EFFECT: higher efficiency. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано на существующих буровых установках работающих как на море, так и на суше. The invention relates to drilling equipment and can be used on existing drilling rigs operating both at sea and on land.

На существующих буровых установках вращение и передача крутящего момента колонне при бурении осуществляется ротором через ведущую трубу, а операции по свинчиванию-развинчиванию замковых соединений выполняются буровым ключом. И ротор, и буровой ключ устанавливаются на буровой площадке. [1]. On existing drilling rigs, rotation and transmission of torque to the string during drilling is carried out by the rotor through the lead pipe, and screwing-unscrewing of the lock joints is carried out with a drill wrench. Both the rotor and the drill key are installed at the drilling site. [1].

Такое решение, несмотря на свою распространенность, сдерживает производительность строительства скважины, вызванное прежде всего необходимостью проведения операций по отводу (вводу) вертлюга с ведущей трубой от оси (к оси) скважины при наращивании колонны очередной свечой или при разборке колонны. Such a solution, despite its prevalence, hinders the well construction productivity, caused primarily by the need to conduct swivel removal (input) operations with the lead pipe from the axis (to the axis) of the well when building the column with another candle or when disassembling the column.

Известна конструкция устройства для бурения скважин, в котором электродвигатель и редуктор размещены на неподвижной площадке, а вращение стволу вертлюга передается через ведущую штангу, выполненную в виде составного длинного стержня с лысками, посредством роликовых вкладышей, смонтированных в каретке, и цепной передачи [2]. A known design of a device for drilling wells, in which the electric motor and gearbox are located on a fixed platform, and the rotation of the swivel trunk is transmitted through the drive rod, made in the form of a composite long rod with flats, by means of roller inserts mounted in the carriage, and a chain transmission [2].

Недостатками этой конструкции является сложность и низкий коэффициент надежности и работоспособности из-за большого количества подвижных деталей, требующих постоянной настройки и регулировки. The disadvantages of this design are the complexity and low coefficient of reliability and performance due to the large number of moving parts that require constant adjustment and adjustment.

В настоящее время в ряде стран (США, Норвегия, Франция) появились буровые установки, в которых функцию ротора стали выполнять специализированные верхне- приводные бурильные системы [3 и 4], обеспечивающие передачу крутящего момента буровой колонне очередной свечой, наращенной на колонну за верхнюю муфту. При этом функции бурового ключа для свинчивания или развинчивания нижнего конца свечи с колонной или от колонны сохранились. Currently, drilling rigs have appeared in a number of countries (USA, Norway, France), in which specialized top-drive drilling systems [3 and 4] began to perform the rotor function, providing torque transmission to the drill string with another candle, which was extended onto the string by the upper coupling . At the same time, the functions of the drill key for screwing or unscrewing the lower end of the candle with the column or from the column are preserved.

Основой конструктивного решения, принятого за прототип, является устройство, в корпус которого встроены привод вращателя и зубчатое колесо, имеющее внутри шлицевую расточку, посредством которой оно сочленено со стволом вертлюга. К нижней части устройства подвешен буровой ключ с двумя независимыми друг от друга секциями зажима труб. Рабочие органы бурового ключа, посредством которых осуществляется зажим труб, выполнены в виде раздвижных сухарей, соединенных через рычажные системы с гидроцилиндрами зажима. Принцип действия этого бурового ключа основан на соблюдении условий неподвижности нижней секции при захвате на муфту колонны и вращении верхней секции относительно оси вращения при захвате за нижнюю муфту подвешенной к вертлюгу свечи в момент довинчивания или начала свинчивания. The basis of the design solution adopted for the prototype is a device in which the rotary drive and gear wheel are integrated, having a spline bore inside, by means of which it is articulated with the swivel barrel. A drill key with two independent pipe clamp sections is suspended from the bottom of the device. The working bodies of the drill key, through which the pipe is clamped, are made in the form of sliding crackers connected via lever systems to the clamp hydraulic cylinders. The principle of operation of this drill key is based on observing the immobility conditions of the lower section when gripping the column on the coupling and rotating the upper section relative to the axis of rotation when gripping the candle suspended from the swivel at the moment of tightening or the start of makeup.

Основные недостатки указанной конструкции следующие:
- необходимость наличия специализированного бурового ключа для выполнения операций по свинчиванию свечи с колонной или развинчиванию свечи от колонны;
- отсутствие возможности применения этих систем в существующих буровых установках отечественного производства, оснащенных комплексом механизмов спуска-подъема труб (КМСП);
- ограниченный диапазон сортамента труб, применяемых при производстве скважин;
- сложность конструкции, требующая наличия дополнительных механизмов и узлов для выполнения операций по свинчиванию или развинчиванию труб (свечей);
- сложность и трудоемкость замены рабочих органов зажима труб.The main disadvantages of this design are as follows:
- the need for a specialized drill key to perform operations on making the candle with the column or unscrewing the candle from the column;
- the lack of the ability to use these systems in existing drilling rigs of domestic production, equipped with a set of pipe lowering and lifting mechanisms (KMSP);
- a limited range of assortment of pipes used in the production of wells;
- the complexity of the design, requiring the presence of additional mechanisms and components for performing screwing or unscrewing of pipes (candles);
- the complexity and complexity of replacing the working bodies of the clamping pipes.

Цель изобретения состоит в упрощении конструкции, расширении функциональных возможностей, повышении надежности, улучшении эксплуатационных качеств, уменьшении габаритов и массы. The purpose of the invention is to simplify the design, expand the functionality, increase reliability, improve performance, reduce the size and weight.

Указанная цель достигается тем, что в зубчатое колесо привода вращателя встроен стакан, имеющий в нижней части проушины с шарнирно закрепленными в них дугообразными скобами, наружные поверхности которых сопряжены с плоскостями сегментов размещенных во вращающейся подвеской обойме, при этом наружная поверхность обоймы в нижней части охватывается фрикционным диском подвешенного на штоках гидроцилиндров к основанию корпуса вращателя труб. This goal is achieved by the fact that a cup is installed in the gear wheel of the rotator drive, having in the lower part of the eye with arcuate brackets pivotally fixed in them, the outer surfaces of which are interfaced with the planes of the segments located in the rotating suspension bracket, while the outer surface of the holder in the lower part is covered by friction a disk suspended on the rods of hydraulic cylinders to the base of the housing of the pipe rotator.

Другие цели предлагаемого технического решения достигаются путем шарнирной встройки по концам дугообразных скоб сменных рычагов с рабочими органами (сухарями) зажима труб, а также путем размещения на наружной поверхности стакана, сочлененного в верхней части шлицевым соединением с зубчатым колесом, кольцевых расточек, посредством которых и отводных фиксаторов, встроенных в корпусе подвесной обоймы, стакан, а вместе с ним и рычаги с сухарями выводятся из корпуса вращателя и удерживаются на весу, обеспечивая, таким образом, удобный доступ к сменным рычагам и сухарям при их замене без предварительной разборки корпусных деталей вращения труб. Other objectives of the proposed technical solution are achieved by hinging at the ends of the arcuate staples of interchangeable levers with working bodies (crackers) clamping pipes, as well as by placing on the outer surface of the glass, articulated in the upper part by a spline connection with a gear wheel, ring bores, through which and tap the latches built into the housing of the hanging holder, the glass, and with it the levers with breadcrumbs are removed from the rotator housing and are kept on weight, thus providing convenient access for replacement levers and biscuits for replacement without disassembly of hull parts pipe rotation.

Предлагаемая конструкция вращателя труб обеспечивает:
- пропуск через внутренний проем вращателя труб бурильных и обсадных труб диаметрами в диапазоне от 80 до 450 мм;
- передачу крутящего момента от привода вращателя бурильной (обсадной) колонне как через ствол вертлюга при нахождении его во вращателе, так и в отсутствии вертлюга во вращателе;
- быструю замену рабочих органов зажима труб при переходе на другой диапазон труб или при их износе.The proposed design of the pipe rotator provides:
- Pass through the inner opening of the rotator of the drill pipe and casing pipe with diameters in the range from 80 to 450 mm;
- transmission of torque from the rotator drive to the drill (casing) string both through the swivel shaft when it is in the rotator, and in the absence of the swivel in the rotator;
- quick replacement of the working bodies of the clamping pipes when switching to a different range of pipes or when they wear.

На фиг. 1 представлен вращатель труб, вид сбоку; на фиг. 2 - то же; вид спереди; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2. In FIG. 1 shows a pipe rotator, side view; in FIG. 2 - the same; front view; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 2; in FIG. 4 is a section BB in FIG. 2.

Вращатель труб буровых установок состоит из основания 1 выполненного в виде плиты, имеющий центральную расточку, в которую сверху вставлен корпус редуктора 2. Снизу к основанию 1 через стаканы 3 прикреплены болтами 4 два электродвигателя 5, выходные валы которых встроены в шестерни 6 находящихся в зацеплении с зубчатой передачей 7 вращателя труб. Основание 1 имеет четыре расточки 8 для пропуска через них направляющих штанг 9, являющихся одновременно и гасителями кручения при работе привода вращателя, три расточки 10 для встройки в них гидроцилиндров 11, штоки которых соединены с фрикционным диском 12. В редукторе 2 на подшипниках качения 13 установлено центральное зубчатое колесо 4 с встроенным внутри него стаканом 15 (или 35), сочлененным в верхней части с зубчатым колесом 14 шлицевым соединением 16. The rotator of the drilling rig pipes consists of a base 1 made in the form of a plate having a central bore, into which a gear housing 2 is inserted from above. Two electric motors 5 are bolted 4 to the base 1 through cups 3, the output shafts of which are built into the gears 6 engaged with gear 7 rotator pipes. The base 1 has four bores 8 for passing guide rods 9 through them, which are simultaneously torsion dampers during operation of the rotator drive, three bores 10 for installing hydraulic cylinders 11 in them, the rods of which are connected to the friction disk 12. In the gearbox 2 on rolling bearings 13 it is installed the Central gear 4 with a built-in cup 15 (or 35), articulated in the upper part with the gear 14 by a spline connection 16.

Стакан 15 в средней части имеет венец 17 со шлицевой расточкой 18 для пропуска через нее ствола вертлюга 19, также имеющего шлицевую расточку. В нижней части стакан 15 имеет четыре проушины 20 с цилиндрическими расточками для встройки в них через оси 21 дугообразных скоб 22. В зависимости от диаметра применяемых труб при строительстве скважины к скобам 22 прикреплены сменные рычаги 23 с сухарями 24. Наружные поверхности скоб 22 сопряжены с плоскостями сегментов 25, встроенных в подвесной обойме 26. The glass 15 in the middle part has a crown 17 with a spline bore 18 for passing through it the barrel of the swivel 19, also having a spline bore. In the lower part, the glass 15 has four eyes 20 with cylindrical bores for embedding arcuate brackets 22 through the axis 21 thereof. Depending on the diameter of the pipes used in the construction of the well, interchangeable levers 23 with crackers 24 are attached to the brackets 24. The outer surfaces of the brackets 22 are connected to the planes segments 25 embedded in the suspension sleeve 26.

Обойма 26 в верхней части имеет расточку для подшипников 27, посредством которых и стакана 28 обойма 26 подвешена к основанию 1. В нижней части обойма 26 имеет утолщение с конусной расточкой 29, наружная поверхность которой охватывается внутренней поверхностью конусной расточки фрикционного диска 12. С наружной стороны стакан 15 имеет две кольцевые расточки 30, а обойма 26 две расточки 31 с встроенными в них фиксаторами 32, посредством которых стакан 15 (или 35) удерживается на весу при смене рычагов 23 и сухарей 24. Сегменты 25 в нижнем торце имеют штыри 33, к которым прикреплены концы растяжных пружин 34, соединенных другими концами с осями 21 дугообразных скоб 22. The cage 26 in the upper part has a bore for bearings 27, through which the cup 28 of the cage 26 is suspended from the base 1. In the lower part of the cage 26 has a thickening with a conical bore 29, the outer surface of which is covered by the inner surface of the conical bore of the friction disk 12. From the outside the glass 15 has two annular bores 30, and the holder 26 two bores 31 with latches 32 integrated therein, by means of which the glass 15 (or 35) is held in place by changing levers 23 and crackers 24. The segments 25 in the lower end have pins 33,otorrhea stretchers fixed ends of springs 34 connected to the other ends of the axles 21 with arcuate brackets 22.

На фиг. 1 показана конструкция стакана 35, применяемого для навинчивания обсадных труб большого диаметра с колонной из обсадных труб. Вращатель труб буровых установок работает в следующих режимах:
1. Навинчивания бурильных свеч (труб) на буровую колонну или свинчивания их с колонны при спуско-подъемных операциях.In FIG. 1 shows the construction of a sleeve 35 used for screwing large diameter casing pipes with a casing string. Drill pipe rotator operates in the following modes:
1. Screwing drill candles (pipes) onto the drill string or screwing them from the drill string during tripping.

2. Навинчивания (свинчивания) ствола вертлюга на буровую колонну (с колонны). 2. Screwing (screwing) the swivel shaft onto the drill string (from the string).

3. Замены сменных деталей. 3. Replace replacement parts.

1. Режим навинчивания (свинчивания) свеч (труб) на колонну (с колонны). 1. The mode of screwing (screwing) of candles (pipes) onto the column (from the column).

Этот режим используется при наращивании (разборке) бурильной колонны свечами (однотрубками) при спуско-подъемных операциях. Процесс начинается с ввода свечи (трубы) во внутреннюю полость вращателя специальным устройством, например комплексом механизмов спуско-подъема (КМСП), широко применяемых на буровых установках отечественного производства. Свеча вводится во внутреннюю полость вращателя до касания резьбовой части нижнего конца свечи резьбовой части муфты колонны, находящейся в подвешенном состоянии на клиньях элеватора и предварительно замороженной от проворачивания зажимами трубодержателя. Посредством гидроцилиндров 11 фрикционный диск 12 поднимается вверх и затормаживает подвесную обойму 26 с размещенными в ней сегментами 25. Включается электропривод 5 вращателя труб и зубчатое колесо 14, а вместе с ним и стакан 15, получив вращение, увлекает дугообразные скобы 22 вместе с закрепленными в них рычагами 23. Наружные поверхности скоб 22, обкатываясь по плоскостям сегментов 25, поворачиваются вокруг центральных осей 21 и прижимают сухари 24 к муфте свечи и зажимают свечу. Происходит процесс наращивания кинетической энергии. По достижении определенного момента, заданного оператором на пульте управления бурильщика, автоматически или вручную оператором производится сброс рабочей жидкости в гидроцилиндрах 11, и фрикционный диск 12, опускаясь, освобождает подвесную обойму 26. Обойма приобретает вращение и вместе с сегментами 25 через скобы 22 и рычаги 23 с сухарями 24 передает вращение свече. Света (труба) навинчивается на колонну. По завершении навинчивания свечи на буровую колонну привод вращателя отключается, пружины 34 возвращают скобы 22 с рычагами 23 в нейтральное положение, обеспечивая значительный зазор между сухарями 24 рычагов 23 и боковой поверхностью свечи. Процесс свинчивания свечи с колонны аналогичен вышеописанному при реверсивном вращении зубчатого колеса 14. This mode is used when building (disassembling) the drill string with candles (single tubes) during hoisting operations. The process begins with the insertion of a candle (pipe) into the inner cavity of the rotator by a special device, for example, a set of launching and lifting mechanisms (KMSP), which are widely used in domestic drilling rigs. The candle is inserted into the inner cavity of the rotator until the threaded part of the lower end of the candle touches the threaded part of the column coupling, which is suspended in the elevator wedges and previously frozen from turning by the clamps of the pipe holder. By means of hydraulic cylinders 11, the friction disk 12 rises and brakes the hanging clip 26 with segments 25 located therein. The electric drive 5 of the pipe rotator and the gear wheel 14 are turned on, and with it the glass 15, having received rotation, carries the arcuate brackets 22 together with the brackets fixed in them levers 23. The outer surfaces of the brackets 22, rolling around the planes of the segments 25, rotate around the central axes 21 and press the crackers 24 against the sleeve of the candle and clamp the candle. There is a process of increasing kinetic energy. Upon reaching a certain point specified by the operator on the driller’s control panel, the operator automatically or manually discharges the working fluid in the hydraulic cylinders 11, and the friction disk 12, lowering, releases the hanging clip 26. The clip acquires rotation and together with segments 25 through the brackets 22 and levers 23 with breadcrumbs 24 transmits the rotation of the candle. Light (pipe) is screwed onto the column. Upon completion of screwing the candle onto the drill string, the rotary drive is turned off, the springs 34 return the brackets 22 with levers 23 to the neutral position, providing a significant gap between the crackers 24 of the levers 23 and the side surface of the candle. The process of making candles from the column is similar to that described above with the reverse rotation of the gear 14.

2. Режим навинчивания (свинчивания) ствола вертлюга на буровую колонну (с колонны). 2. The mode of screwing (screwing) of the swivel trunk onto the drill string (from the string).

Этот режим применяется при передаче вращения бурильной колонне с подачей в нее промывочной жидкости, а также при выполнениях спуско-подъемных операциях по сборке или разборке колонн в осложненных условиях, связанных с прихватами колонн. Последовательность операций и их действия аналогичны вышеописанным с той лишь разницей, что вместо свечи в полость вращателя труб вводится ствол вертлюга с навернутым на него переводником, при этом дополнительно шлицевая расточка ствола вертлюга вводится в шлицевую расточку 18 стакана 15, размещенную в ее средней части. Такое соединение необходимо для гарантийного обеспечения постоянного крутящего момента буровой колонне при бурении скважины. This mode is used when transmitting rotation of the drill string with flushing fluid supplied to it, as well as during tripping operations for assembling or disassembling the drill string under complicated conditions associated with sticking the drill string. The sequence of operations and their actions are similar to those described above with the only difference being that instead of a candle, a swivel barrel with an adapter screwed onto it is inserted into the cavity of the pipe rotator, while an additional splined bore of the swivel barrel is inserted into the splined bore 18 of the glass 15, located in its middle part. Such a connection is necessary to guarantee constant torque to the drill string while drilling the well.

3. Режим замены сменных деталей. 3. Replacement mode for replacement parts.

При строительстве скважины используются трубы разных диаметров, для чего необходимо производить быструю замену рабочих органов вращателя труб - рычагов 23 и сухарей 24. When constructing a well, pipes of different diameters are used, for which it is necessary to quickly replace the working bodies of the pipe rotator — levers 23 and crackers 24.

Операции по их замене выполняются в такой последовательности:
- отсоединяют пружины 34 от осей 21 скоб 22;
- вручную отводят фиксаторы 32 и стакан 15 (35) опускается вниз до упора фиксаторами 32 в верхнюю кольцевую расточку 30, при этом нижний конец стакана 15 (35) вместе со скобами 22, рычагами 23 и сухарями 24 выводится из корпуса фрикционного диска 12, обеспечивая к рычагам 23 и сухарям 24 удобный доступ;
- производится замена изношенных сухарей 24 или замена рычагов 23;
- стакан 15 (35) вводится внутрь вращателя труб до ввода головок фиксаторов 32 нижней кольцевой расточки 30;
- соединяют пружины 34 с осями 21 скоб 22.The operations for their replacement are performed in the following sequence:
- disconnect the spring 34 from the axes 21 of the brackets 22;
- manually release the latches 32 and the cup 15 (35) is lowered all the way by the latches 32 into the upper annular bore 30, while the lower end of the cup 15 (35) together with the brackets 22, levers 23 and crackers 24 is withdrawn from the friction disc housing 12, providing easy access to levers 23 and breadcrumbs 24;
- replacement of worn crackers 24 or replacement of levers 23;
- a glass 15 (35) is inserted inside the pipe rotator until the heads of the retainers 32 enter the lower annular boring 30;
- connect the springs 34 with the axes 21 of the brackets 22.

Использование предлагаемой конструкции вращателя труб буровых установок позволяет по сравнению с существующими конструкциями значительно упростить конструкцию, расширить функциональные возможности, улучшить эксплуатационные качества, повысить надежность, уменьшить габариты и массу. Using the proposed design of the pipe rotator of drilling rigs, compared with existing structures, it can significantly simplify the design, expand functionality, improve performance, increase reliability, reduce dimensions and weight.

Claims

1. ROTARY PIPES OF DRILLING RIGS, comprising a housing with a gearbox located therein, an engine, a central gear wheel having slots on the inner surface, bearing assemblies, and a pipe clamping unit with clamping cylinders, characterized in that it is provided with a glass having an external and internal the surfaces of the slots for interaction with the Central gear wheel and the swivel barrel, respectively, a hanging clip, which covers the glass and is mounted in the housing with the possibility of rotation, and covering the clip friction at the same time, the glass in the lower part is made with eyes in which arches are mounted on the axles with the possibility of rotation relative to the latter, and segments are located on the inner surface of the suspension clip that are interfaced with the outer surface of the brackets, and the friction disk is axially fixed to the housing movement by means of hydraulic cylinders clamping pipes.

2. The rotator according to claim 1, characterized in that the arcuate brackets have cylindrical bores at the ends to accommodate levers with working bodies for clamping the pipes.

3. The rotator according to claims 1 and 2, characterized in that it is equipped with retractable latches located in the housing of the suspension holder, and the glass has annular bores on the outer surface for interaction with retractable latches.