RU217711U1

RU217711U1 - Rotary drilling rig torque measurement device

Info

Publication number: RU217711U1
Application number: RU2023103475U
Authority: RU
Inventors: Денис Юрьевич Баскаков
Original assignee: Денис Юрьевич Баскаков
Filing date: 2023-02-15
Publication date: 2023-04-13

Abstract

Полезная модель относится к буровой технике, а именно к устройствам проверки максимального крутящего момента, создаваемого приводом буровой установки. Технический результат достигается в устройстве измерения крутящего момента роторной буровой установки, содержащей опору, средство измерения силы, которое закреплено одним концом к опоре, а другим концом связано с ротором буровой установки, имеется переходник с профильным отверстием для присоединения штанги привода буровой установки, переходник закреплён к опоре с возможностью вращения относительно неё и имеет две опорные точки, между опорными точками переходника к нему закреплен рычаг, к концу которого закреплено средство измерения силы, которое своим вторым концом закреплено к опоре, опора имеет элемент для присоединения тяги, предназначенной для фиксации устройства от вращения. Технический результат – создание универсального устройства измерения крутящего момента буровых установок, позволяющего измерять крутящий момент, в том числе мощных буровых установок. 4 ил.

The utility model relates to drilling equipment, namely to devices for checking the maximum torque generated by the drilling rig drive. The technical result is achieved in a device for measuring the torque of a rotary drilling rig, containing a support, a means of measuring force, which is fixed at one end to the support, and at the other end is connected to the drilling rig rotor, there is an adapter with a profile hole for connecting the drilling rig drive rod, the adapter is fixed to support with the possibility of rotation relative to it and has two reference points, between the reference points of the adapter, a lever is fixed to it, to the end of which a means of measuring force is fixed, which is fixed to the support with its second end, the support has an element for connecting a rod designed to fix the device from rotation . EFFECT: creation of a universal device for measuring torque of drilling rigs, which makes it possible to measure torque, including powerful drilling rigs. 4 ill.

Description

Полезная модель относится к буровой технике, а именно к устройствам проверки максимального крутящего момента, создаваемого приводом буровой установки.The utility model relates to drilling equipment, namely to devices for checking the maximum torque generated by the drilling rig drive.

Известен аналог – устройство измерения крутящего момента роторной буровой установки – RU183741, 27.07.2018, содержащее силоизмерительный датчик реактивного момента на столе ротора буровой установки, связанный со столом ротора, имеются соединенные между собой двухсторонняя проушина для жесткого крепления датчика к основанию буровой установки, тензометрический датчик силы с блоком электроники, талреп с воротком для натяжения цепи привода и двухстороннюю проушину для жесткого крепления к столу ротора буровой установки.An analogue is known - a device for measuring the torque of a rotary drilling rig - RU183741, 07/27/2018, containing a force-measuring reactive torque sensor on the table of the rotor of the drilling rig, connected to the table of the rotor, there are interconnected double-sided eyelets for rigid attachment of the sensor to the base of the drilling rig, a strain gauge sensor forces with an electronics unit, a lanyard with a crank for tensioning the drive chain and a double-sided eye for rigid attachment to the drilling rig rotor table.

Устройство-аналог позволяет замерять крутящий момент буровой установки с приводом от роторного стола, который расположен внизу на поверхности земли. Такие буровые установки используют в основном при глубинном бурении нефтяных, геологоразведочных или артезианских скважин.An analogue device allows you to measure the torque of a drilling rig driven by a rotary table, which is located below on the surface of the earth. Such drilling rigs are mainly used in deep drilling of oil, exploration or artesian wells.

Недостатком аналога является невозможность использования устройства для измерения крутящего момента более мощных буровых установок, на которых для передачи момента применяется келли-штанга. Буровые установки вращательного бурения с келли-штангой применяют в строительстве для бурения скважин, для устройства буронабивных и прочих свай в основаниях фундаментов и прочих строительных конструкциях. Они требуют большей мощности привода.The disadvantage of analog is the impossibility of using the device to measure the torque of more powerful drilling rigs, on which a Kelly rod is used to transmit torque. Rotary drilling rigs with Kelly rods are used in construction for drilling wells, for arranging bored and other piles in foundations and other building structures. They require more drive power.

Известен аналог – устройство измерения крутящего момента роторной буровой установки – US20120103083, 2.11.2011, принятое в качестве прототипа, содержащее опору, зафиксированную от вращения, средство измерения силы, которое закреплено одним концом к опоре, а другим концом связано с ротором буровой установки, причем опора в виде кронштейна зафиксирована от вращения путем закрепления к плите, на которой стоит буровая установка, колонна буровой установки имеет два рычага, закрепленные к кронштейну через тензодатчики, кронштейн выполнен из двух плит, закрепленных друг к другу под углом 90 градусов.An analogue is known - a device for measuring the torque of a rotary drilling rig - US20120103083, 2.11.2011, adopted as a prototype, containing a support fixed from rotation, a means of measuring force, which is fixed at one end to the support, and at the other end is connected to the rotor of the drilling rig, and support in the form of a bracket is fixed from rotation by fixing to the plate on which the drilling rig stands, the drilling rig column has two levers fixed to the bracket through strain gauges, the bracket is made of two plates fixed to each other at an angle of 90 degrees.

Недостатком прототипа является невозможность измерения крутящего момента мощных буровых установок, то есть низкая степень унификации конструкции и технологии изготовления устройств измерения крутящего момента. Низкая степень унификации обусловлена следующими причинами. Для передачи крутящего момента на буровой инструмент на буровых установках, имеющих большую мощность, применяется келли-штанга, которая имеет наконечник с квадратным сечением. В прототипе отсутствует возможность присоединения келли-штанги. В более мощных установках либо отсутствует возможность фиксации плиты путем установки на нее буровой установки из-за отсутствия транспортных колес или гусениц для передвижения буровой установки, либо такая фиксация становится неэффективной по причине большой мощности привода вращательного движения – плита в таком случае будет проскальзывать. Опора в виде кронштейна, состоящего из двух закрепленных плит, является недостаточно жесткой и надежной в случае использования устройства для измерения момента буровых установок большой мощности.The disadvantage of the prototype is the impossibility of measuring the torque of powerful drilling rigs, that is, the low degree of unification of the design and manufacturing technology of torque measurement devices. The low degree of unification is due to the following reasons. To transmit torque to the drilling tool on drilling rigs with high power, a Kelly rod is used, which has a tip with a square section. The prototype does not have the ability to attach a Kelly bar. In more powerful rigs, either there is no possibility of fixing the plate by installing a drilling rig on it due to the lack of transport wheels or tracks for moving the drilling rig, or such fixation becomes ineffective due to the high power of the rotary motion drive - in this case, the plate will slip. A support in the form of a bracket, consisting of two fixed plates, is not sufficiently rigid and reliable in the case of using a device for measuring the moment of large drilling rigs.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в создании универсального устройства измерения крутящего момента буровых установок, позволяющего безопасно измерять крутящий момент, в том числе мощных буровых установок.The technical result of the proposed utility model is to create a universal device for measuring the torque of drilling rigs, which makes it possible to safely measure the torque, including powerful drilling rigs.

Технический результат достигается в устройстве измерения крутящего момента роторной буровой установки, содержащей опору, средство измерения силы, которое закреплено одним концом к опоре, имеется переходник с профильным отверстием для присоединения штанги привода буровой установки, переходник закреплен к опоре с возможностью вращения относительно неё и имеет две опорные точки, между опорными точками переходника к нему закреплен рычаг, к концу которого закреплено средство измерения силы, которое своим вторым концом закреплено к опоре, опора имеет элемент для присоединения тяги, предназначенной для фиксации устройства от вращения.The technical result is achieved in a device for measuring the torque of a rotary drilling rig, containing a support, a means of measuring force, which is fixed at one end to the support, there is an adapter with a profile hole for connecting the drilling rig drive rod, the adapter is fixed to the support with the possibility of rotation relative to it and has two reference points, between the reference points of the adapter, a lever is attached to it, to the end of which a means of measuring force is fixed, which is fixed to the support with its second end, the support has an element for connecting a rod designed to fix the device from rotation.

Опора может быть выполнена из двух плит, размещённых на расстоянии друг от друга, которые соединены обечайкой, сбоку к опоре приварена проушина для присоединения тяги в виде троса, предназначенного для фиксации устройства от вращения.The support can be made of two plates located at a distance from each other, which are connected by a shell, an eyelet is welded to the side of the support for connecting a traction cable in the form of a cable designed to fix the device from rotation.

Переходник может иметь корпус с профильным отверстием, имеющим сечение квадрата для присоединения квадратного наконечника келли-штанги, фланец для опирания на опору, присоединенный перпендикулярно оси вращения переходника, ребра жесткости, соединенные с фланцем и корпусом переходника, в нижней части переходника расположен цилиндрический выступ, который сопряжен с отверстием втулки подшипника скольжения, закрепленной в опоре, с образованием одной из опорных точек переходника в опоре.The adapter can have a body with a profile hole having a square section for attaching a square tip of the Kelly bar, a flange for bearing on a support attached perpendicular to the axis of rotation of the adapter, stiffeners connected to the flange and the body of the adapter, in the lower part of the adapter there is a cylindrical protrusion, which is coupled with the bore of the plain bearing bush fixed in the support to form one of the support points of the adapter in the support.

Рычаг может быть выполнен в виде плоской детали, имеющей большую ширину в месте присоединения к наконечнику и меньшую ширину в месте соединения с средством измерения силы.The lever can be made in the form of a flat part having a large width at the point of attachment to the tip and a smaller width at the point of connection with the force measuring means.

В качестве средства измерения силы может быть применен тензометрический датчик измерения нагрузки на растяжение и сжатие.As a means of measuring force, a strain gauge measuring the load in tension and compression can be used.

На фиг.1 изображен общий вид устройства измерения крутящего момента роторной буровой установки.Figure 1 shows a General view of the device for measuring the torque of a rotary drilling rig.

На фиг.2 изображено поперечное сечение устройства измерения крутящего момента роторной буровой установки.2 is a cross-sectional view of a rotary drilling rig torque measurement device.

На фиг.3 изображен вид сверху устройства измерения крутящего момента роторной буровой установки.Figure 3 is a top view of a rotary drilling rig torque measuring device.

На фиг.4 изображен пример применения устройства измерения крутящего момента роторной буровой установки.Figure 4 shows an example of the application of a device for measuring the torque of a rotary drilling rig.

Устройство измерения крутящего момента роторной буровой установки содержит опору 1, как показано на фиг.1, средство измерения силы, которое закреплено одним концом к опоре, а другим концом связано с ротором буровой установки, имеется переходник 2 с профильным отверстием 3 для присоединения штанги привода буровой установки, переходник 2 закреплен к опоре 1 с возможностью вращения относительно неё и имеет две опорные точки 4, 5, как показано на фиг.2, между опорными точками 4, 5 переходника 2 внутри опоры 1 к нему закреплен рычаг 6, к концу 7 которого закреплено средство 8 измерения силы, как показано на фиг.3, которое своим вторым концом 9 закреплено к опоре 1, опора 1 имеет элемент 10 для присоединения тяги, предназначенной для фиксации устройства от вращения.The device for measuring the torque of a rotary drilling rig contains a support 1, as shown in figure 1, a means of measuring force, which is fixed at one end to the support, and the other end is connected to the rotor of the drilling rig, there is an adapter 2 with a profile hole 3 for connecting the drill drive rod installation, the adapter 2 is fixed to the support 1 with the possibility of rotation relative to it and has two reference points 4, 5, as shown in figure 2, between the reference points 4, 5 of the adapter 2 inside the support 1, a lever 6 is attached to it, to the end 7 of which a means 8 for measuring the force is fixed, as shown in figure 3, which, with its second end 9, is fixed to the support 1, the support 1 has an element 10 for connecting a rod designed to fix the device from rotation.

Рассмотрим пример конкретной реализации устройства измерения крутящего момента роторной буровой установки. Техническое решение не ограничивается приведенным ниже примером реализации, пример предоставлен лишь для доказательства промышленной реализуемости устройства. Consider an example of a specific implementation of a device for measuring the torque of a rotary drilling rig. The technical solution is not limited to the implementation example below, the example is provided only to prove the industrial feasibility of the device.

Опора 1 и переходник 2 изготовлены из листовой стали толщиной 10 мм, рычаг 6 изготовлен из стали толщиной 40мм. Опора 1 выполнена из двух плит 11 в виде круглых дисков, размещённых на расстоянии друг от друга, как показано на фиг.2, между которых размещена обечайка 12, перечисленные детали соединены сваркой. Опора 1 может быть изготовлена из профильного или трубного проката в виде пространственной рамы. Сбоку к опоре 1 по касательной к направлению ее возможного вращения относительно оси вращения переходника и привода буровой установки от передаваемого момента вращения, приварена проушина 13 для присоединения тяги в виде троса или цепи, предназначенного для фиксации устройства от вращения. Тяга – элемент, который работает на растяжение, что важно для измерения крутящего момента мощных буровых установок. В качестве тяги может выступать цепь или трос. Переходник 2 состоит из корпуса 14 с профильным отверстием 3, который собран из пяти прямоугольных пластин из листовой стали сваркой. Профильное отверстие 3 имеет сечение квадрата, как показано на фиг.3, для присоединения квадратного наконечника келли-штанги. Применение переходника 2 с квадратным профильным отверстием 3 позволяет измерять крутящий момент различных буровых установок. Возможность присоединения келли-штанги обеспечивает возможность измерения крутящего момента мощных буровых установок, так как на них применяется в качестве передающего момент элемента келли-штанга. Переходник 2 имеет фланец 15 для опирания на опору 1, присоединенный перпендикулярно оси 16 вращения переходника 2, а также ребра жесткости 17, соединенные с фланцем 15 и корпусом 14 переходника 2. В нижней части переходника 2 расположен цилиндрический выступ 18 в виде валика, который сопряжен с отверстием втулки 19 подшипника скольжения, закрепленной в опоре 1, с образованием первой опорной точки 5 переходника 2 в опоре 1, как показано на фиг.2. Рычаг 6 выполнен в виде плоской детали, он имеет большую ширину 20 в месте присоединения к наконечнику 2 и меньшую 21 ширину в месте соединения с средством измерения силы 8. Рычаг 6 закреплен к подшипнику 22, как показано на фиг.2. К переходнику 2 приварен фланец 23, через который переходник 2 жестко соединен с рычагом 6 и с подшипником 22. Благодаря этому переходник 2 имеет вторую опорную точку 5 в опоре 1, этой опорной точкой является подшипник 22. Переходник 2 может быть напрямую закреплен к подшипнику 22. Базирование переходника 2 на двух опорных точках 4 и 5 на опоре 1 и расположение рычага 6 между указанными опорными точками обеспечивает наиболее рациональное распределение напряжений в переходнике 2 и опоре 1 от создаваемого буровой установкой крутящего момента, что является важным при измерении крутящего момента мощных буровых установок. В качестве средства измерения силы 8 применен тензометрический датчик измерения нагрузки на растяжение и сжатие. Его конец 24 с проушиной закреплен осью 25 с возможность поворота к концу 7 рычага 6. Другой конец 9 с проушиной закреплен аналогичным образом к опоре 1. Размещение тензометрического датчика 8 между двумя плитами 11 защищает его от возможного негативного воздействия на площадке бурения, такого как удары инструментом или камнями, а также от загрязнений. Наличие проушины 13 обеспечивает возможность зацепления устройства тросом или цепью за буровую установку или внешний неподвижный объект для надежной фиксации устройства от вращения, что необходимо для измерения крутящего момента мощных буровых установок. При таком методе фиксации не применяются элементы, подверженные изгибу, как в прототипе, а тяга работает только на растяжение, поэтому конструкция выдерживает значительно большие нагрузки. Элементом 10 для присоединения тяги является отверстие, хотя им может быть штырь или другой конструктивный элемент, позволяющий зацепить трос или цепь. Указанная конструкция обеспечивает экономию материала и низкий вес за счет рационального распределения напряжений от нагрузки, что является дополнительным преимуществом.Support 1 and adapter 2 are made of 10 mm thick sheet steel, lever 6 is made of 40 mm thick steel. The support 1 is made of two plates 11 in the form of round discs placed at a distance from each other, as shown in figure 2, between which the shell 12 is placed, the listed parts are connected by welding. Support 1 can be made of profiled or tubular products in the form of a space frame. On the side of the support 1, tangentially to the direction of its possible rotation relative to the axis of rotation of the adapter and the drive of the drilling rig from the transmitted torque, an eye 13 is welded for connecting a rod in the form of a cable or chain designed to fix the device from rotation. Rod is an element that works in tension, which is important for measuring the torque of powerful drilling rigs. A chain or cable can act as a pull. The adapter 2 consists of a body 14 with a profile hole 3, which is assembled from five rectangular plates of sheet steel by welding. Profile hole 3 has a square section, as shown in figure 3, to attach the square tip of the Kelly rod. The use of an adapter 2 with a square profile hole 3 allows you to measure the torque of various drilling rigs. The possibility of attaching a kelly rod makes it possible to measure the torque of powerful drilling rigs, since they use a kelly rod as a moment-transmitting element. The adapter 2 has a flange 15 for bearing on the support 1, attached perpendicular to the axis 16 of rotation of the adapter 2, as well as stiffeners 17 connected to the flange 15 and the body 14 of the adapter 2. In the lower part of the adapter 2 is a cylindrical protrusion 18 in the form of a roller, which with a hole in the sleeve 19 of the plain bearing fixed in the support 1, with the formation of the first reference point 5 of the adapter 2 in the support 1, as shown in Fig.2. The lever 6 is made in the form of a flat part, it has a large width 20 at the point of attachment to the tip 2 and a smaller width 21 at the point of connection with the force measuring means 8. The lever 6 is fixed to the bearing 22, as shown in Fig.2. A flange 23 is welded to the adapter 2, through which the adapter 2 is rigidly connected to the lever 6 and to the bearing 22. Thanks to this, the adapter 2 has a second reference point 5 in the support 1, this reference point is the bearing 22. The adapter 2 can be directly fixed to the bearing 22 The basing of the adapter 2 on two reference points 4 and 5 on the support 1 and the location of the lever 6 between the indicated reference points provides the most rational distribution of stresses in the adapter 2 and the support 1 from the torque generated by the drilling rig, which is important when measuring the torque of powerful drilling rigs . As a means of measuring force 8, a strain gauge measuring the load in tension and compression is used. Its lug end 24 is fixed by an axle 25 with the possibility of rotation to the end 7 of the lever 6. The other lug end 9 is fixed in a similar way to the support 1. The placement of the strain gauge 8 between two plates 11 protects it from possible negative impacts on the drilling site, such as shocks. tools or stones, as well as from dirt. The presence of eyelet 13 provides the possibility of hooking the device with a cable or chain to a drilling rig or an external fixed object to securely fix the device from rotation, which is necessary for measuring the torque of powerful drilling rigs. With this method of fixation, elements subject to bending are not used, as in the prototype, and the rod works only in tension, so the structure can withstand significantly higher loads. The element 10 for connecting the rod is a hole, although it may be a pin or other structural element that allows you to hook a cable or chain. This design provides material savings and low weight due to the rational distribution of stresses from the load, which is an additional advantage.

Рассмотрим пример работы устройства измерения крутящего момента роторной буровой установки. Consider an example of the operation of a device for measuring the torque of a rotary drilling rig.

Устройство 26 устанавливают на поверхность земли 27 перед буровой установкой 28, как показано на фиг.4. Посредством келли-штанги 29 наконечник 2 соединяют с приводом 30 буровой установки 28. Устройство 26 фиксируют от поворота цепью 31, зацепляя один конец цепи за отверстие 10 проушины 13, а второй за буровую установку 28. Келли штангу фиксируют пальцем, который устанавливают в отверстие 32 (фиг.2). Оператор буровой установки включает привод 30 бура. Момент вращения от привода 30 через келли-штангу 29 и наконечник 2 передают на рычаг 6. На рычаге 6 момент вращения преобразуют в усилие растяжения тензодатчика 8, сигнал с которого трансформируют в значение усилия. Получаемое усилие пересчитывают в значение крутящего момента, зная размер плеча – размера от оси вращения 16 до конца 7 рычага 6.The device 26 is installed on the surface of the earth 27 in front of the drilling rig 28, as shown in Fig.4. By means of a Kelly rod 29, the tip 2 is connected to the drive 30 of the drilling rig 28. The device 26 is fixed from rotation by the chain 31, hooking one end of the chain to the hole 10 of the eye 13, and the second to the drilling rig 28. The Kelly rod is fixed with a finger, which is installed in the hole 32 (figure 2). The operator of the drilling rig includes the drive 30 of the drill. The moment of rotation from the drive 30 through the Kelly bar 29 and the tip 2 is transmitted to the lever 6. On the lever 6, the moment of rotation is converted into the tensile force of the load cell 8, the signal from which is transformed into a force value. The resulting force is converted into a torque value, knowing the size of the arm - the size from the axis of rotation 16 to the end 7 of the lever 6.

Claims

1. A device for measuring the torque of a rotary drilling rig, containing a support, a means of measuring force, which is fixed at one end to the support, characterized in that there is an adapter with a profile hole having a square section for connecting the drilling rig drive rod, the adapter is fixed to the support with the possibility of rotation relative to it and has two reference points, between the reference points of the adapter, a lever is attached to it, to the end of which a means of measuring force is fixed, which is fixed to the support with its second end, the support has an element for connecting a rod designed to fix the device from rotation.

2. The device according to claim 1, characterized in that the support is made of two plates placed at a distance from each other, which are connected by a shell, an eyelet is welded to the side of the support.

3. The device according to claim 1, characterized in that the adapter contains a body with a profile hole having a square cross section for attaching a square tip of the Kelly bar, a flange for resting on a support attached perpendicular to the axis of rotation of the adapter, stiffeners connected to the flange and the body adapter, in the lower part of the adapter there is a cylindrical protrusion, which is associated with the hole of the plain bearing bushing fixed in the support, with the formation of one of the support points of the adapter in the support.

4. The device according to claim 1, characterized in that the lever is made in the form of a flat part having a large width at the point of attachment to the tip and a smaller width at the point of connection with the force measuring means.

5. The device according to claim 1, characterized in that a strain gauge measuring the load in tension and compression is used as a means of measuring the force.