RU2283415C2

RU2283415C2 - Head drilling string drive

Info

Publication number: RU2283415C2
Application number: RU2004122712/03A
Authority: RU
Inventors: Фатих Нигматуллович Набиев (RU); Фатих Нигматуллович Набиев; Ильгиз Кадырович Шарипов (RU); Ильгиз Кадырович Шарипов; мов Наиль Фатихович Галл (RU); Наиль Фатихович Галлямов
Original assignee: Фатих Нигматуллович Набиев; Ильгиз Кадырович Шарипов; Наиль Фатихович Галлямов
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-09-10
Also published as: RU2004122712A

Abstract

FIELD: mining, particularly head drives for deviating well drilling.

SUBSTANCE: head drive comprises swivel, rotary unit with planetary reduction gear, electric motor with hollow shaft, suspension system for block-and-tackle unit and pipe string. The swivel and rotary unit mechanisms are built in block-and-tackle unit body. The block-and-tackle unit has two sets of pulleys with two-directional pulling ability.

EFFECT: reduced metal consumption, reduced height and possibility to drill deviating wells due to creation of pulling force in both drilling string movement directions, possibility of forcedly pipe string driving in wells, possibility to drill deviating and horizontal wells at low depths due to increased axial force, possibility to flush well at any time regardless of upper drilling string end location.

2 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к верхним приводам для бурения, в частности, наклонно направленных скважин.The invention relates to the mining industry, in particular to top drives for drilling, in particular, directional wells.

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).A well-known range of top drives JDS-1 (integral drilling system) is made by the American company Varco BJ, which includes an integrated block of the tackle system and a swivel, an electric motor, a coaxial planetary transmission, a rotating positioner of the manipulator, an adapter for elevator slides, a tilt mechanism for the slings and the upper and lower preventers located one after another on the same axis. The mud hose, electric and hydraulic supply lines are suspended from the side. Reactive moment is perceived by consoles and a guide tube suspended on a special suspension and on the lower spacer beam (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.The disadvantage of this system is the considerable length, consisting of a set of separate mechanisms, which, in turn, requires an increase in the height of the drill masts. In addition, this system does not allow you to create traction in the other direction, which is necessary for successful drilling of horizontal wells at shallow depths.

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).Known power swivel, consisting of a rotor associated with a drill string and a pipe connected with the supply of flushing fluid. In this case, the rotor is connected to the drill string by means of dies with radial displacement drives installed in guides made in the rotor, the dies having sliders spring-loaded relative to them, each of which has a pair of self-jamming elements, each element of the pair being installed with the possibility of oncoming relative to another element of a pair of directions of rotation in the horizontal plane. The pipe is made of two parts interconnected by an elastic insert, the lower part of the pipe being connected to the drill string by means of a sealing assembly. The power swivel on each side is equipped with guide rollers and is suspended by an earring from the tackle system of the drilling rig (SU 1613556 A, 12.15.90).

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.The disadvantages of this structural arrangement are similar to the disadvantages of the above integrated drilling system. In addition, the rotation of the drill string is carried out by self-jamming dies, which is unreliable and limits the amount of transmitted torque to the drill string.

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).The closest analogue of the claimed invention is a top-drive drilling device comprising a swivel, a rotation unit through a planetary gear, an electric motor with a hollow shaft, a suspension system to the tackle block and a pipe string (RU 2004769 C1, 12.15.1993).

Недостатком данной конструкции является громоздкость, повышенная масса и значительный габаритный размер по высоте.The disadvantage of this design is cumbersome, increased weight and significant overall height.

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.The technical result of the invention is to reduce the metal consumption of the device, reduce its dimensions in height, the ability to drill directional wells by providing traction in both directions of the drill string movement, the ability to create advanced drilling rigs capable of forcing pipe string into the wells.

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.The specified technical result is achieved by the fact that in the upper power drive of the drill string, which includes a swivel, a rotation unit with a planetary editor, an electric motor with a hollow shaft, a suspension system to the tackle block and a pipe string, the swivels of the mechanism of the rotation unit are built into the case of the tackle block, which is equipped with two sets of rollers of the tackle system with two-way traction.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема верхнего привода бурильной колонны, общий вид, на фиг.2 - то же, вид сбоку.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a diagram of the top drive of the drill string, General view, figure 2 is the same side view.

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.The top drive of the drill string consists of a housing 1, a right and left inner cheeks 2, traction rollers in one direction 3, which are mounted on the axle shaft 4, and traction rollers in the other direction 5, mounted on the axle shaft 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.In the interval between the inner cheeks 2, a rotator is located in the housing 7, in which the swivel barrel 8 is placed. In the annular space between the housing and the swivel barrel there is a multi-stage planetary gearbox 9 with a series connection of stages. As a drive, a reversible direct current electric motor or hydraulic motor 10, connected to a multistage planetary gearbox through a chain gear 11, was selected. The axial and radial loads on the barrel 8 from the housing 7 are transmitted by angular contact bearings 12. The cavity of the multistage planetary gearbox is sealed with end seals 13 and 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.In the upper part of the housing 1, a receiving pipe 15 for flushing fluid supplied through the mud hose 16 is installed. In the lower part, the positioner 17 is suspended on the fingers 18 through the bearing 19. The positioner 17 is equipped with two side horns 20 for hanging the slings.

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.The sling of both hoist systems is stocked up using the “Cross Tooling” method, which allows not only to avoid crossing them during operation, but also minimizes the safe distance between the movable and fixed blocks, and also creates free space where the drilling rig elements can be placed. The size of free space is limited by the diameters of the rollers of the movable and fixed blocks of the tackle system.

Необходимое возвратно-поступательное движение подвижному блоку обеспечивается поочередным включением тяговых барабанов ходовых концов обеих талевых систем. При этом возможность подачи циркуляционной жидкости сохраняется.The necessary reciprocating movement to the movable unit is ensured by alternately turning on the traction drums of the running ends of both hoist systems. In this case, the possibility of supplying the circulating fluid is maintained.

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.Serial reversible electric and hydraulic motors are used as traction drum drives for both hoist systems; when changing the direction of rotation, they change their purpose: the electric motor becomes a generator, and hydraulic motors become pumps, which ensures synchronization of winding and unwinding of the running ends due to light braking.

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.The engine of the same type with the required power is selected for the rotator, which with the latter is connected to the kinematic circuit through a chain transmission. The chain drive is necessary to keep the rotor's long size to a minimum size and to use the top drive to push the finished lashes into the old communication channels.

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.In contrast to the well-known drilling rigs with a top drive of the drill string, where the drill string is supplied downward by gravity, a drill rig with the proposed top drive acquires the ability to create the necessary axial load from the first meters of the borehole, when the hook weight is calculated per kilogram on the hook, and to ensure a full drilling regime, tons are required.

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.The specified distinguishing feature provides the possibility of drilling directional, as well as horizontal wells at shallow depths by increasing the axial force. In addition, drilling rigs with the proposed top drive of the drill string create the ability to enable flushing the well at any time, regardless of where the upper end of the drill string is.

Claims

The top drive of the drill string, including a swivel, a rotation unit through a planetary gear, an electric motor with a hollow shaft and suspension systems to the tackle block and a pipe string, characterized in that, in order to expand operational capabilities, as well as reduce the overall length, the swivel and mechanisms of the unit rotations are built into the case of the tackle block, which is equipped with two sets of rollers of the tackle system with double-sided traction.