RU2608136C1 - Universal drilling robot - Google Patents

Universal drilling robot Download PDF

Info

Publication number
RU2608136C1
RU2608136C1 RU2016109145A RU2016109145A RU2608136C1 RU 2608136 C1 RU2608136 C1 RU 2608136C1 RU 2016109145 A RU2016109145 A RU 2016109145A RU 2016109145 A RU2016109145 A RU 2016109145A RU 2608136 C1 RU2608136 C1 RU 2608136C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pipe
gear
hydraulic
threaded connection
clamping
Prior art date
Application number
RU2016109145A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Иванович Литвинов
Андрей Юрьевич Литвинов
Алексей Анатольевич Литвинов
Original Assignee
Анатолий Иванович Литвинов
Андрей Юрьевич Литвинов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анатолий Иванович Литвинов, Андрей Юрьевич Литвинов filed Critical Анатолий Иванович Литвинов
Priority to RU2016109145A priority Critical patent/RU2608136C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2608136C1 publication Critical patent/RU2608136C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/16Connecting or disconnecting pipe couplings or joints
    • E21B19/161Connecting or disconnecting pipe couplings or joints using a wrench or a spinner adapted to engage a circular section of pipe

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: invention relates to drilling equipment and can be used at drilling rigs for mechanization of round-trip operations during drilling and casing strings assembly or disassembly, as well as for drilling wells. Universal drilling robot comprises upper module, lower module and positioner with hydraulic cylinders. Upper module includes installed on common plate with pipe connection two opposite located drive units with hydraulic motors, reduction gearboxes and pairs of working rollers for of upper pipe screwing with lower one, upper pipe clamping mechanism, and threaded connection torqueing (breakout) mechanism. Lower module comprises two opposite located lower pipe clamping units, enclosed in housing with pipe connector, installed under common plate, wherein each clamping unit comprises wedge, hydraulic cylinder, clamp, corresponding to lower pipe diameter, and roller bearing to ensure wedge and clamp contact. Each drive unit contains gear box, including central gear, which is in engagement with two gears of working rollers, with gearbox gear and threaded connection torqueing (breakout) unit gear. Drive unit is equipped with roller bearing with provision of contact with upper pipe clamping mechanism, consisting of two units with opposite movement to each other. Each upper pipe clamping unit comprises wedge and hydraulic cylinder. Threaded connection torqueing (breakout) mechanism consists of two units, each of which includes vertical shaft, containing gearbox and gear for provision of contact with threaded connection torqueing (breakout) unit gear, as well as hydraulic cylinders for threaded connections torqueing (breakout) and vertical shaft displacement downwards.
EFFECT: technical result consists in achieving high torque without increasing of pipes rotation drives power, expansion of functional capabilities and higher reliability of spinning wrench operation.
1 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано на буровых установках для механизации спуско-подъемных операций при сборке или разборке бурильных и обсадных колонн, а также для бурения скважин.The invention relates to drilling equipment and can be used in drilling rigs for mechanization of hoisting operations during the assembly or disassembly of drill and casing strings, as well as for drilling wells.

В настоящее время на буровых установках применяются ключи различных типов, предназначенные для свинчивания бурильных и обсадных труб, при этом операции по докреплению или раскреплению резьбовых соединений выполняются либо вручную с использованием комплектов машинных ключей и пневмораскрепителей, либо ключами, оснащенными многоступенчатыми приводами настройки скоростей вращения и крутящих моментов.Currently, various types of wrenches are used in drilling rigs for screwing up drill and casing pipes, while the fastening or unfastening of threaded joints is carried out either manually using sets of machine keys and pneumatic breakers, or keys equipped with multi-stage drives for setting rotation speeds and torque moments.

Наиболее распространенным ключом для свинчивания или развинчивания бурильных труб является автоматический буровой ключ типа АКБ производства компании «ИжНефтеГаз» г. Ижевск (Буровой ключ автоматический стандартный АКБ. ТУ 26-02028-79), оснащенный пневматическими приводами вращения верхней трубы и стопорения нижней трубы.The most common key for screwing or unscrewing drill pipes is an automatic drill key type AKB manufactured by Izhevneftegaz, Izhevsk (automatic standard drill bit AKB. TU 26-02028-79), equipped with pneumatic drives for rotating the upper pipe and locking the lower pipe.

К недостаткам этого ключа следует отнести:The disadvantages of this key include:

- ограниченная возможность применения труб различного диаметра;- limited ability to use pipes of various diameters;

- ограниченная возможность передачи трубам высокого крутящего момента при свинчивании или развинчивании;- limited ability to transmit high torque pipes when making or unscrewing;

- отсутствие возможности производить автоматическое регулирование величин крутящего момента.- lack of ability to automatically control the magnitude of the torque.

Известен ключ для свинчивания (развинчивания) буровых труб (патент на изобретение US 2015/0167409 А1, МПК Е21В 19/164, опубл. 18.06.2015). В известном ключе свинчивание (развинчивание) труб производится двумя встречными приводными блоками, каждый из которых оснащен гидромотором, редуктором и парой рабочих роликов. Докрепление (раскрепление) резьбового соединения выполняется отдельным механизмом, состоящим из корпуса, выполненного в виде скобы, в котором встречно друг другу смонтированы зажимы с гидроцилиндрами, при этом корпус имеет возможность поворота относительно собственной оси посредством гидроцилиндра. Удержание нижней трубы от проворота при выполнении операций свинчивания (довинчивания) и докрепления (раскрепления) осуществляется отдельным механизмом, состоящим из корпуса, в котором встречно друг другу смонтированы зажимы с гидроцилиндрами. Все исполнительные механизмы ключа установлены в одном корпусе.A known key for screwing (unscrewing) of drill pipes (patent for invention US 2015/0167409 A1, IPC EV 21/164, publ. 06/18/2015). In a known manner, screwing (unscrewing) of pipes is carried out by two counter drive blocks, each of which is equipped with a hydraulic motor, gearbox and a pair of working rollers. The fastening (unfastening) of the threaded connection is carried out by a separate mechanism, consisting of a housing made in the form of a bracket, in which clamps with hydraulic cylinders are mounted opposite each other, while the housing has the ability to rotate relative to its own axis by means of a hydraulic cylinder. The lower pipe is kept from turning during screwing (screwing) and fastening (unfastening) operations by a separate mechanism consisting of a housing in which clamps with hydraulic cylinders are mounted opposite each other. All key actuators are installed in one housing.

Ключ имеет следующие недостатки:The key has the following disadvantages:

- вращение верхней трубы осуществляют два приводных блока, содержащие гидромоторы повышенной мощности со значительным расходом масла, при этом получаемый крутящий момент не обеспечивает надежное докрепление или выполнение раскрепления резьбового соединения при работе с трубами большого диаметра;- the rotation of the upper pipe is carried out by two drive units containing high-power hydraulic motors with significant oil consumption, while the resulting torque does not provide a reliable fastening or unfastening of the threaded connection when working with large diameter pipes;

- для докрепления (раскрепления) резьбового соединения используют два гидроцилиндра со значительными усилиями зажатия трубы, обратные реакции от действия гидроцилиндров замыкаются на корпусе ключа и передаются на его внешние конструкции, что снижает надежность работы ключа;- for fastening (unfastening) the threaded connection, two hydraulic cylinders are used with significant efforts to clamp the pipe, the reverse reactions from the action of the hydraulic cylinders are closed on the key body and transmitted to its external structures, which reduces the reliability of the key;

- приводные блоки имеют ограниченный горизонтальный ход, что не позволяет использовать ключ для широкого диапазона диаметров труб;- drive blocks have a limited horizontal stroke, which does not allow the use of a key for a wide range of pipe diameters;

- ключ имеет монолитную конструкцию с размещенными внутри исполнительными механизмами, доступ к которым для обслуживания затруднен. Сборку (разборку), наладку и замену отдельных узлов и деталей нужно производить на специальных ремонтных участках.- the key has a monolithic design with actuators located inside, access to which is difficult for maintenance. Assembly (disassembly), adjustment and replacement of individual components and parts must be carried out at special repair sites.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является буровой ключ (патент на полезную модель RU 155113, МПК Е21В 19/16, опубл. 20.09.2015). Ключ буровой выполнен с открытым зевом для размещения скважинных труб и содержит:The closest technical solution, selected as a prototype, is a drill key (patent for utility model RU 155113, IPC ЕВВ 19/16, publ. 09/20/2015). The drill key is made with an open pharynx for placement of downhole pipes and contains:

- нижний корпус, в котором встречно друг другу смонтированы гидроцилиндры для зажатия нижней трубы;- the lower case, in which hydraulic cylinders are mounted opposite each other to clamp the lower pipe;

- верхний корпус, в котором встречно друг другу смонтированы гидроцилиндры для зажатия верхней трубы;- the upper case, in which the hydraulic cylinders are mounted opposite each other to clamp the upper pipe;

- два встречно расположенных приводных блока, каждый из которых состоит из пары роликов для свинчивания верхней трубы с нижней, редуктора и гидромотора;- two opposing drive units, each of which consists of a pair of rollers for screwing the upper pipe from the bottom, the gearbox and the hydraulic motor;

- гидроцилиндр для подвода роликов к верхней трубе;- a hydraulic cylinder for supplying rollers to the upper pipe;

- гидроцилиндр для докрепления соединяемых труб;- a hydraulic cylinder for fixing the connected pipes;

- механизм для перемещения, верхнее основание которого шарнирно соединено с его нижним основанием посредством двух пар вертикально ориентированных опор, при этом каждая пара опор соединена с гидроцилиндром для перемещения верхнего основания относительно нижнего.- a mechanism for movement, the upper base of which is pivotally connected to its lower base by means of two pairs of vertically oriented supports, with each pair of supports connected to the hydraulic cylinder for moving the upper base relative to the lower.

Приводные блоки предназначены для свинчивания верхней трубы с нижней и расположены на верхнем корпусе. Механизм докрепления (раскрепления) резьбового соединения является отдельным узлом, содержащим смонтированные в верхнем корпусе гидроцилиндры для зажатия верхней трубы, которые зажимают верхнюю трубу уже после окончания свинчивания труб, и гидроцилиндр докрепления. Механизм зажима верхней трубы при свинчивании ее с нижней трубой представлен в описании бурового ключа только гидроцилиндром, посредством которого ролики подводятся к верхней трубе и закрепляются ней.The drive units are designed for screwing the upper pipe from the bottom and are located on the upper case. The mechanism of attachment (detachment) of the threaded connection is a separate unit containing hydraulic cylinders mounted in the upper case for clamping the upper pipe, which clamp the upper pipe after the end of pipe make-up, and the hydraulic cylinder of the attachment. The clamping mechanism of the upper pipe when screwing it with the lower pipe is presented in the description of the drill key only by a hydraulic cylinder, by means of which the rollers are brought to the upper pipe and fixed by it.

К недостаткам прототипа относятся:The disadvantages of the prototype include:

- буровой ключ может найти применение только на буровых установках с малой грузоподъемностью, использующих трубы малого диаметра, так как приводные блоки для вращения верхней трубы установлены на узле докрепления и имеют ограниченный встречный ход друг к другу в силу конструктивных особенностей этого узла;- the drill key can be used only on drilling rigs with low lifting capacity, using pipes of small diameter, since the drive units for rotating the upper pipe are installed on the anchorage and have a limited oncoming path to each other due to the design features of this node;

- перемещение приводных блоков осуществляется одним гидроцилиндром, что в сочетании с их ограниченным встречным ходом ведет к незначительным по величине усилиям прижатия роликов к верхней трубе;- the movement of the drive units is carried out by one hydraulic cylinder, which, in combination with their limited oncoming stroke, leads to insignificant in magnitude efforts to press the rollers to the upper pipe;

- при работе с трубами разного диаметра зажим верхней трубы осуществляется не по оси трубы, а с некоторым смещением из-за применения рычажной системы механизма зажима;- when working with pipes of different diameters, the clamping of the upper pipe is carried out not along the axis of the pipe, but with some displacement due to the use of the lever system of the clamping mechanism;

- гидромоторы приводных блоков при использовании одноступенчатых редукторов с минимальным передаточным отношением обладают низким крутящим моментом;- the hydraulic motors of the drive units when using single-stage gearboxes with a minimum gear ratio have a low torque;

- удержание нижней трубы от прокручивания осуществляется гидроцилиндрами, вмонтированными в нижний корпус, при этом гидроцилиндры имеют значительные усилия зажатия трубы. При докреплении (раскреплении) резьбового соединения свинчиваемых труб обратные реакции от действия гидроцилиндров замыкаются внутри нижнего корпуса, что снижает надежность работы бурового ключа;- retention of the lower pipe from rolling is carried out by hydraulic cylinders mounted in the lower case, while the hydraulic cylinders have significant efforts to clamp the pipe. When fastening (unfastening) the threaded connection of screwed pipes, the reverse reactions from the action of hydraulic cylinders are closed inside the lower case, which reduces the reliability of the drill key;

- гидроцилиндры зажима верхней трубы механизма докрепления (раскреплении) резьбового соединения свинчиваемых труб обладают значительными усилиями зажатия трубы, обратные реакции от которых замыкаются на верхнем корпусе и передаются на другие элементы бурового ключа, что снижает надежность его работы;- hydraulic cylinders clamping the upper pipe of the mechanism of fastening (unfastening) of the threaded connection of the screwed pipes have significant efforts to clamp the pipe, the reverse reactions from which are closed on the upper case and transmitted to other elements of the drill key, which reduces the reliability of its operation;

- вертикально ориентированные опоры механизма для перемещения, шарнирно соединенные с верхним и нижним основанием, при воздействии гидроцилиндров после прохождения вертикального положения имеют действие падения бурового ключа, при этом в выходных отверстиях гидроцилиндров возникают гидравлические удары, приводящие к поломке гидросистемы;- vertically oriented support mechanism for moving, pivotally connected to the upper and lower base, when exposed to hydraulic cylinders after passing through a vertical position, they have the effect of falling a drill key, while hydraulic shocks occur in the outlet openings of the hydraulic cylinders, leading to breakdown of the hydraulic system;

- обратные реакции от действия гидроцилиндров узла докрепления резьбового соединения свинчиваемых труб передаются на шарниры и вертикальные опоры механизма для перемещения ключа, производя их разрушение.- the reverse reactions from the action of the hydraulic cylinders of the attachment site of the threaded connection of the screwed pipes are transmitted to the hinges and vertical supports of the mechanism to move the key, producing their destruction.

Указанные недостатки стимулировали поиск новых решений. При этом учитывалось, что в настоящее время к буровым ключам предъявляется требование возможности использования ключа при работе с широким диапазоном диаметров труб, причем для труб диаметром более 127 мм, крутящие моменты для докрепления (раскрепления) резьбовых соединений должны составлять (80-120) кНм, что влечет за собой применение более высоких усилий зажатия труб (80-100) т с целью обеспечения их надежной фиксации. В этих случаях для зажатия труб применяются гидроцилиндры высокого давления (340-680) кг/см2 с диаметров поршней более 150 мм, что ведет к увеличению расхода рабочей жидкости и, следовательно, к применению мощных электродвигателей в маслостанции.These shortcomings stimulated the search for new solutions. At the same time, it was taken into account that at present, drilling wrenches are required to use the key when working with a wide range of pipe diameters, and for pipes with a diameter of more than 127 mm, the torques for fixing (unfastening) threaded joints should be (80-120) kNm, which entails the use of higher clamping forces of pipes (80-100) t in order to ensure their reliable fixation. In these cases, high pressure hydraulic cylinders (340-680) kg / cm 2 with piston diameters of more than 150 mm are used to clamp the pipes, which leads to an increase in the flow of working fluid and, consequently, to the use of powerful electric motors in the oil station.

Задачей предлагаемого технического решения является создание робота бурового универсального с высоким крутящим моментом при использовании гидромоторов малой мощности с высокой частотой вращения приводного вала при обеспечении надежной фиксации труб и исключении передачи реактивных моментов на его внешние конструкции и выполняющим операции не только свинчивания (развинчивания) труб широкого диапазона диаметров без перенастройки устройства зажима верхней трубы, но и бурение скважин.The objective of the proposed technical solution is to create a universal drilling robot with high torque when using low-power hydraulic motors with a high speed of the drive shaft while ensuring reliable fixation of pipes and excluding the transfer of reactive moments to its external structures and performing operations not only of screwing (unscrewing) wide-range pipes diameters without reconfiguring the clamping device of the upper pipe, but also drilling wells.

Технический результата заключается в достижении высокого крутящего момента без увеличения мощности приводов вращения труб, расширение функциональных возможностей бурового ключа, повышение надежности его работы.The technical result is to achieve high torque without increasing the power of the pipe rotation drives, expanding the functionality of the drill key, increasing the reliability of its operation.

Технический результат достигается тем, что в роботе буровом универсальном, содержащим верхний модуль, включающий два встречно расположенных приводных блока с гидромоторами, редукторами и парами рабочих роликов для свинчивания верхней трубы с нижней, механизм верхней трубы с гидроцилиндром, а также механизм докрепления (раскрепления) резьбового соединения, приводимый в движение гидроцилиндром, нижний модуль, включающий два встречно расположенных блока зажима нижней трубы с гидроцилиндрами, кроме того, позиционер с гидроцилиндрами, согласно предлагаемому техническому решению:The technical result is achieved by the fact that in a universal drilling robot containing the upper module, which includes two opposing drive units with hydraulic motors, gearboxes and pairs of working rollers for screwing the upper pipe from the bottom, the upper pipe mechanism with a hydraulic cylinder, as well as a threaded fastening (unfastening) mechanism connections driven by a hydraulic cylinder, the lower module, including two counter-located clamp blocks of the lower pipe with hydraulic cylinders, in addition, a positioner with hydraulic cylinders It is clear to the proposed technical solution:

- приводные блоки, механизм зажима верхней трубы и механизм докрепления (раскрепления) резьбового соединения установлены на общей плите, выполненной с разъемом для трубы;- drive blocks, the clamping mechanism of the upper pipe and the mechanism of fastening (unfastening) of the threaded connection are installed on a common plate made with a connector for the pipe;

- приводной блок содержит коробку зубчатых передач, включающую центральную шестерню, которая находится в зацеплении с двумя шестернями рабочих роликов, с шестерней редуктора и шестерней узла докрепления (раскрепления) резьбового соединения;- the drive unit contains a gear box, including a Central gear, which is meshed with two gears of the working rollers, with the gear of the gearbox and the gear unit attachment (unfastening) of the threaded connection;

- на редукторе каждого приводного блока установлено не менее двух гидромоторов малой мощности с высокой частотой вращения приводного вала, объединенных гидропроводом;- at least two low-power hydraulic motors with a high frequency of rotation of the drive shaft connected by a hydraulic line are installed on the gearbox of each drive unit;

- каждый приводной блок снабжен парой роликовой опорой с обеспечением контакта с механизмом зажима верхней трубы;- each drive unit is equipped with a pair of roller bearings to ensure contact with the clamping mechanism of the upper pipe;

- механизм зажима верхней трубы состоит из двух узлов со встречным движением друг к другу, при этом каждый узел зажима верхней трубы включает клин и гидроцилиндр;- the clamping mechanism of the upper pipe consists of two nodes with oncoming movement to each other, with each clamping unit of the upper pipe includes a wedge and a hydraulic cylinder;

- механизм докрепления (раскрепления) резьбового соединения состоит из двух узлов, каждый из которых включает вертикальный вал, содержащий редуктор и шестерню для обеспечения контакта с шестерней узла докрепления (раскрепления) резьбового соединения, а также гидроцилиндры для докрепления, раскрепления резьбовых соединений и перемещения вертикального вала вниз;- the mechanism of attachment (detachment) of the threaded connection consists of two nodes, each of which includes a vertical shaft containing a gearbox and gear to ensure contact with the gear of the attachment (attachment) of the threaded connection, as well as hydraulic cylinders for attaching, unfastening the threaded connections and moving the vertical shaft way down;

- блоки зажима нижней трубы заключены в корпус с разъемом для трубы, установленный под общей плитой;- the clamping blocks of the lower pipe are enclosed in a housing with a pipe connector mounted under a common plate;

- каждый блок зажима нижней трубы содержит клин, гидроцилиндр, прижим, соответствующий диаметру нижней трубы, и роликовую опору для обеспечения контакта клина и прижима.- each clamping unit of the lower pipe contains a wedge, a hydraulic cylinder, a clamp corresponding to the diameter of the lower pipe, and a roller support to ensure contact between the wedge and the clamp.

Кроме того, в роботе буровом универсальном:In addition, in the universal drilling robot:

- позиционер включает закрепленную на внешней опорной плите наружную неподвижную колонну, в которой установлена подвижная по вертикали внутренняя колонна, содержащая в верхней части горизонтальную направляющую, включающую, по меньшей мере, один гидроцилиндр горизонтального перемещения, шарнирно соединенный с корпусом нижнего модуля, который установлен на горизонтальную направляющую с возможностью его перемещения за счет вертикальных роликов, содержащихся на боковых сторонах горизонтальной направляющей.- the positioner includes an external fixed column fixed to an external base plate, in which a vertically movable internal column is installed, comprising a horizontal guide in the upper part including at least one horizontal movement hydraulic cylinder pivotally connected to the lower module body, which is mounted on a horizontal guide with the possibility of its movement due to vertical rollers contained on the sides of the horizontal guide.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где:The proposed technical solution is illustrated by drawings, where:

фиг.1 - общий вид робота бурового универсального, вид сбоку в рабочей позиции №2;figure 1 - General view of the robot universal drilling, side view in the working position No. 2;

фиг.2 – общий вид сверху; для наглядности один из узлов докрепления резьбового соединения изображен со снятой крышкой;figure 2 is a General view from above; for clarity, one of the attachment points of the threaded connection is depicted with the cover removed;

фиг.3 – вид робота в исходной (резервной) позиции №1 по разрезу А - А на фиг.2, поясняющий, в том числе, устройство позиционера;figure 3 - view of the robot in the original (backup) position No. 1 along section A - A in figure 2, explaining, including the positioner device;

фиг.4 – вид робота по разрезу Б - Б на фиг.2, поясняющий устройство левого приводного блока и связанного с ним узла механизма зажима верхней трубы;figure 4 is a view of the robot along section B - B in figure 2, explaining the device of the left drive unit and the associated node of the clamping mechanism of the upper pipe;

фиг.5 – вид робота по разрезу В - В на фиг.2, поясняющий устройство связанного с левым приводным блоком узла механизма докрепления (раскрепления) резьбового соединения;5 is a view of the robot along section B - B in figure 2, explaining the device associated with the left drive unit assembly mechanism of the fastening (unfastening) of the threaded connection;

фиг.6 – вид робота по разрезу Г - Г на фиг.1 (повернуто), поясняющий устройство приводных блоков и механизма зажима верхней трубы;6 is a view of the robot along the section G - G in figure 1 (rotated), explaining the device of the drive units and the clamping mechanism of the upper pipe;

фиг.7 – вид робота по разрезу Д - Д на фиг.5, поясняющий расположение нижнего модуля робота относительно верхнего модуля, а также устройство блоков зажима нижней трубы в корпусе нижнего модуля;Fig.7 is a view of the robot along the section D - D in Fig.5, explaining the location of the lower module of the robot relative to the upper module, as well as the device blocks clamp the lower pipe in the housing of the lower module;

фиг.8 – вид робота по разрезу Е - Е на фиг.7 (повернуто), поясняющий устройство блоков зажима нижней трубы в корпусе нижнего модуля.Fig.8 is a view of the robot along section E - E in Fig.7 (rotated), explaining the device of the clamp blocks of the lower pipe in the housing of the lower module.

Робот буровой универсальный состоит из трех отдельных технологических модулей (фиг.1):The universal drilling robot consists of three separate technological modules (Fig. 1):

- верхний модуль 1, предназначенный для вращения верхней трубы 24 при свинчивании (развинчивании) колонны труб, докрепления (раскрепления) резьбовых соединений и бурения скважин;- the upper module 1, designed to rotate the upper pipe 24 when making (unscrewing) the pipe string, fastening (unfastening) threaded joints and drilling wells;

- нижний модуль 2, предназначенный для зажима нижней трубы 43;- lower module 2, designed to clamp the lower pipe 43;

- позиционер 3 предназначен для горизонтального и вертикального перемещения робота.- positioner 3 is designed for horizontal and vertical movement of the robot.

Верхний модуль 1 (фиг.1) установлен на общей плите 4, имеющей разъем для трубы, и включает в себя:The upper module 1 (figure 1) is mounted on a common plate 4 having a connector for the pipe, and includes:

- два встречно расположенных приводных блока – левый 5 и правый 6 (фиг.2);- two counter-located drive units - left 5 and right 6 (figure 2);

- механизм зажима верхней трубы, который состоит из двух узлов 8 (фиг.4), каждый из которых находится в контакте с соответствующим ему приводным блоком;- the clamping mechanism of the upper pipe, which consists of two nodes 8 (figure 4), each of which is in contact with its corresponding drive unit;

- механизм докрепления (раскрепления) резьбового соединения, который состоит из двух узлов 16 (фиг.2, 5), каждый из которых имеет возможность вступать в контакт с соответствующим ему приводным блоком.- the mechanism of fastening (unfastening) of the threaded connection, which consists of two nodes 16 (Fig.2, 5), each of which has the ability to come into contact with the corresponding drive unit.

Приводные блоки 5, 6 установлены на общей плите 4 с возможностью перемещения по ней при воздействии на них механизма зажима верхней трубы. Каждый из приводных блоков 5, 6 содержит пару рабочих роликов 12 (фиг.4), коробку зубчатых передач 7 (фиг.7), на которой установлен редуктор 14 (фиг.4) с группой гидромоторов 19 малой мощности, но с высокой частотой вращения приводного вала. Гидромоторы 19 объединены гидропроводом 20.The drive units 5, 6 are mounted on a common plate 4 with the ability to move on it when exposed to the clamping mechanism of the upper pipe. Each of the drive units 5, 6 contains a pair of working rollers 12 (Fig. 4), a gearbox 7 (Fig. 7), on which a gearbox 14 (Fig. 4) is installed with a group of hydraulic motors 19 of low power, but with a high speed drive shaft. Hydromotors 19 are connected by a hydraulic conduit 20.

Количество гидромоторов 19 зависит от потребного крутящего момента, необходимого для выполнения операций свинчивания (развинчивания) труб и бурения скважин и может составлять от двух до четырех.The number of hydromotors 19 depends on the required torque required to perform pipe make-up (unscrewing) and well drilling operations and can be from two to four.

В редукторе 14 (фиг.4) размещены шестеренные блоки 18 (показаны частично), посредством которых вращение и крутящий момент от гидромоторов 19 передается на шестерню 13, расположенную в коробке передач 7 (фиг.6).In the gearbox 14 (FIG. 4) gear units 18 are placed (partially shown), by means of which the rotation and torque from the hydraulic motors 19 are transmitted to the gear 13 located in the gearbox 7 (FIG. 6).

Коробка зубчатых передач 7 (фиг.4, 6) содержит центральную шестерню 10, которая находится в зацеплении с одной стороны с шестерней 13 редуктора 14, а с противоположной стороны – с двумя шестернями 9, которые передают вращение рабочим роликам 12, установленным на шлицевых валах 11. Также центральная шестерня 10 находится в зацеплении с шестерней 15 (фиг.5, 6), расположенной между шестерней 13 редуктора 14 и шестерней 9 рабочего ролика 12. Шестерня 15 имеет возможность вступать в контакт с узлом 16 докрепления (раскрепления) резьбового соединения (фиг.5) посредством установленной на одном валу с ней шестерней 26, которая является элементом узла 16 (фиг.5). На боковой стороне корпуса коробки зубчатых передач 7 (фиг.6) установлена роликовая опора 21, с помощью которой осуществляется контакт приводного блока 5, 6 с узлом 8 зажима верхней трубы.The gearbox 7 (figure 4, 6) contains a Central gear 10, which is meshed on one side with gear 13 of the gearbox 14, and on the opposite side with two gears 9, which transmit rotation to the working rollers 12 mounted on splined shafts 11. Also, the Central gear 10 is engaged with the gear 15 (Fig.5, 6) located between the gear 13 of the gearbox 14 and the gear 9 of the working roller 12. The gear 15 is able to come into contact with the node 16 of the fastening (unfastening) of the threaded connection ( figure 5) in between your gear mounted on the same shaft with it gear 26, which is an element of the node 16 (figure 5). On the side of the housing of the gearbox 7 (FIG. 6), a roller support 21 is installed, with the help of which the drive unit 5, 6 is contacted with the clamp unit 8 of the upper pipe.

Применение в каждом приводном блоке 5, 6 не менее двух гидромоторов малой мощности, обладающих высокими частотами вращения приводного вала и низкими крутящими моментами, позволяет при сложении крутящих моментов, с учетом передаточного отношения редуктора, получить более высокий крутящий момент, чем при использовании на каждом приводном блоке одного гидромотора повышенной мощности с высокой частотой вращения приводного вала. В совокупности с описанной конструкцией коробки зубчатых передач 7 предлагаемое исполнение приводных блоков 5, 6 позволяет иметь ускоренное вращение рабочих роликов 12 и высокий крутящий момент, необходимые для выполнения операций свинчивания (развинчивания) труб широкого диапазона диаметров и бурения скважин.The use in each drive unit 5, 6 of at least two low-power hydraulic motors with high speeds of the drive shaft and low torques allows for the addition of torques, taking into account the gear ratio of the gearbox, to obtain a higher torque than when used on each drive a block of one hydraulic motor of increased power with a high frequency of rotation of the drive shaft. In conjunction with the described design of the gearbox 7, the proposed design of the drive units 5, 6 allows you to have accelerated rotation of the working rollers 12 and high torque required to perform screwing (unscrewing) pipes of a wide range of diameters and drilling wells.

Узлы 16 докрепления (раскрепления) резьбового соединения (фиг.2, 5) смонтированы на общей плите 4. Каждый узел 16 содержит вертикальный вал 27, на котором установлены шестерня 28 и расположенный под ней редуктор 25 с шестерней 26, односторонне расположенной относительно вала 27. В верхней части вертикальный вал 27 имеет две расточки: наружную шлицевую расточку 29, на которую установлен двуплечий рычаг 30, и внутреннюю цилиндрическую расточку (на фиг. не показано), где установлен гидроцилиндр 31. Двуплечий рычаг 30 шарнирно соединен с горизонтально ориентированными гидроцилиндрами 33, 34, один из которых предназначен для докрепления резьбового соединения труб, а другой – для раскрепления.The nodes 16 of the attachment (detachment) of the threaded connection (Fig.2, 5) are mounted on a common plate 4. Each node 16 contains a vertical shaft 27 on which the gear 28 and the gearbox 25 located under it with the gear 26, one-sided relative to the shaft 27 are mounted. In the upper part, the vertical shaft 27 has two bores: an external spline bore 29 on which the two-arm lever 30 is mounted, and an internal cylindrical bore (not shown in FIG.), Where the hydraulic cylinder 31 is installed. The two-arm lever 30 is pivotally connected to a horizontal orientation hydraulic cylinders 33, 34, one of which is designed for fastening the threaded pipe joint, and the other for fastening.

Вертикальный вал 27 имеет возможность под воздействием гидроцилиндра 31 перемещаться вниз, при этом шестерня 28 вертикального вала 27 входит в зацепление с шестерней 26 редуктора 25. При сбросе давления в гидроцилиндре 31 пружины 32 возвращают вертикальный вал 27 в верхнее исходное положение.The vertical shaft 27 has the ability to move downward under the influence of the hydraulic cylinder 31, while the gear 28 of the vertical shaft 27 engages with the gear 26 of the gearbox 25. When the pressure in the hydraulic cylinder 31 is released, the springs 32 return the vertical shaft 27 to its upper initial position.

Также вертикальный вал 27 может поворачиваться вокруг своей оси при воздействии на него двуплечего рычага 30, приводимого в движение одним из гидроцилиндров 33, 34.Also, the vertical shaft 27 can rotate around its axis when exposed to a two-shouldered lever 30, driven by one of the hydraulic cylinders 33, 34.

При нижнем положении вертикального вала 27 и при воздействии на него двуплечего рычага 30 шестерня 28 приводит в движение шестерню 26, которая посредством шестерен 15, 10 и 9, расположенных в коробке передач 7, передает вращение и крутящий момент рабочим роликам 12 для выполнения операции докручивания или раскручивания резьбового соединения.When the vertical shaft 27 is in the lower position and when the two shoulders of the lever 30 are exposed to it, the gear 28 drives the gear 26, which, through gears 15, 10 and 9 located in the gearbox 7, transmits rotation and torque to the working rollers 12 to perform a twisting operation or untwisting a threaded connection.

Предлагаемое исполнение узлов поз.16 механизма докручивания (раскручивания) резьбового соединения позволяет исключить из конструкции робота стопорный ключ как самостоятельное устройство.The proposed design of the poses 16 of the mechanism of twisting (untwisting) of the threaded connection allows you to exclude the lock key from the robot design as an independent device.

Узлы 8 зажима верхней трубы 24 (фиг.4, 6) установлены симметрично вдоль противоположных сторон общей плиты 4. Каждый узел 8 содержит клин 22 и гидроцилиндр 23. Клинья 22 при воздействии на них гидроцилиндров 23 имеют возможность перемещения вдоль направляющих поз.17, неподвижно смонтированных по боковым сторонам общей плиты 4. При этом клинья 22 оказывают давление на опорные ролики 21, тем самым смещают приводные блоки 5, 6 и осуществляют прижатие рабочих роликов 12 к верхней трубе 24 с усилием. При отключении гидроцилиндров 23 пружины 57 возвращают приводные блоки 5, 6 в исходное положение.The nodes 8 of the clamping of the upper pipe 24 (Figs. 4, 6) are installed symmetrically along the opposite sides of the common plate 4. Each node 8 contains a wedge 22 and a hydraulic cylinder 23. The wedges 22, when exposed to the hydraulic cylinders 23, can move along the guides pos.17 , motionless mounted on the sides of the common plate 4. In this case, the wedges 22 exert pressure on the support rollers 21, thereby displace the drive units 5, 6 and press the working rollers 12 against the upper tube 24 with force. When turning off the hydraulic cylinders 23, the springs 57 return the drive units 5, 6 to their original position.

Предлагаемый клиновой механизм зажима верхней трубы обеспечивает ее надежную фиксацию при выполнении операций свинчивания (развинчивания) труб с последующим докреплением (раскреплением) резьбового соединения при работе с трубами широкого диапазона диаметров без каких-либо дополнительных перенастроек. Обратные реакции от действия клиньев 22 на опорные плоскости общей плиты 4 имеют разнонаправленные знаки и взаимно уничтожаются, увеличивая тем самым надежность работы робота.The proposed wedge clamping mechanism of the upper pipe ensures its reliable fixation when performing screwing (unscrewing) of pipes with subsequent fastening (unfastening) of the threaded connection when working with pipes of a wide range of diameters without any additional reconfigurations. The reverse reactions from the action of the wedges 22 on the supporting planes of the common plate 4 have opposite signs and are mutually destroyed, thereby increasing the reliability of the robot.

Нижний модуль 2 (фиг.1, 7, 8) установлен под общей плитой 4 и представляет из себя корпус с разъемом для трубы, в котором расположены два блока 36 зажима нижней трубы 43 (фиг.7, 8). Верхняя плита 34 корпуса (фиг.7) смонтирована с общей плитой 4, например, болтовыми соединениями. На нижней плите 35 корпуса встречно установлены блоки 36 зажима нижней трубы.The lower module 2 (Figs. 1, 7, 8) is installed under a common plate 4 and is a casing with a pipe connector, in which there are two blocks 36 for clamping the lower pipe 43 (Figs. 7, 8). The upper plate 34 of the housing (Fig.7) is mounted with a common plate 4, for example, bolted joints. On the lower plate 35 of the casing, blocks 36 for clamping the lower pipe are counter-mounted.

Каждый блок 36 зажима нижней трубы (фиг.7, 8) содержит прижим 38, соответствующий диаметру нижней трубы 43, связанный с ним опорный ролик 39 для контакта с клином 40, и гидроцилиндр 42. В прижиме 38 установлена твердосплавная плашка 41. Клинья 40 при воздействии на них гидроцилиндров 42 имеют возможность перемещаться вдоль боковых плит 37 корпуса. При этом клинья 40 посредством опорных роликов 39 приводят в движение прижимы 38, которые осуществляют зажим нижней трубы 43 с усилием. Отвод прижима 38 от трубы производится посредством пружинных стяжек 44 и пружин 45.Each block 36 of the clamping of the lower pipe (Figs. 7, 8) contains a clamp 38 corresponding to the diameter of the lower pipe 43, an associated support roller 39 for contact with the wedge 40, and a hydraulic cylinder 42. A carbide die 41 is installed in the clamp 38. Wedges 40 the impact of the hydraulic cylinders 42 are able to move along the side plates 37 of the housing. In this case, the wedges 40 by means of the support rollers 39 drive the clamps 38, which clamp the lower pipe 43 with force. The tap 38 is removed from the pipe by means of spring ties 44 and springs 45.

Предлагаемый клиновой механизм зажима нижней трубы обеспечивает ее надежную фиксацию при выполнении операций свинчивания (развинчивания) труб с последующим докреплением (раскреплением) резьбового соединения. Обратные реакции от действия клиньев 40 на опорные плоскости нижней плиты 35 имеют разнонаправленные знаки и взаимно уничтожаются, повышая тем самым надежность работы робота.The proposed wedge clamping mechanism of the lower pipe ensures its reliable fixation when performing screwing (unscrewing) of pipes with subsequent fastening (unfastening) of the threaded connection. The reverse reactions from the action of the wedges 40 on the supporting planes of the lower plate 35 have opposite signs and are mutually destroyed, thereby increasing the reliability of the robot.

Конструкция исполнительного механизма робота, состоящая из модулей 1 и 2, является простой и компактной и позволяет устанавливать ее на различного вида позиционеры.The design of the actuator of the robot, consisting of modules 1 and 2, is simple and compact and allows you to install it on various types of positioners.

Предлагаемое техническое решение конструкции позиционера является частным случаем его исполнения.The proposed technical solution for the positioner design is a special case of its execution.

Для установки исполнительного механизма робота на позиционер 3 корпус нижнего модуля 2 имеет паз 46 (фиг.7, 8).To install the actuator of the robot on the positioner 3, the housing of the lower module 2 has a groove 46 (Fig.7, 8).

Позиционер 3 (фиг.1, 3) содержит наружную неподвижную колонну 47, внутреннюю подвижную колонну 50, горизонтальную направляющую 51, по меньшей мере один гидроцилиндр 55 вертикального перемещения и по меньшей мере один гидроцилиндр 56 горизонтального перемещения.Positioner 3 (Figs. 1, 3) comprises an outer fixed column 47, an inner movable column 50, a horizontal guide 51, at least one vertical displacement cylinder 55 and at least one horizontal displacement cylinder 56.

Наружная неподвижная колонна 47 (фиг.3) смонтирована на опорной плите 48, предназначенной для установки позиционера 3 на пол буровой установки. Для устойчивости наружная неподвижная колонна 47 связана с опорной плитой ребрами жесткости 49. Наружная неподвижная колонна 47 выполнена с вертикальной цилиндрической расточкой для внутренней подвижной колонны 50 и с горизонтальным пазом 54 в нижней части колонны 47. В горизонтальном пазу 54 смонтирована с возможностью перемещения вверх опорная плита 53, на которую установлена внутренняя подвижная колонна 50. С внешней стороны неподвижной наружной колонны 47 опорная плита 53 содержит гидроцилиндр 55 вертикального перемещения.The outer stationary column 47 (FIG. 3) is mounted on a base plate 48 for mounting the positioner 3 on the floor of the rig. For stability, the external fixed column 47 is connected to the base plate by stiffeners 49. The external fixed column 47 is made with a vertical cylindrical bore for the inner movable column 50 and with a horizontal groove 54 in the lower part of the column 47. In the horizontal groove 54, the base plate is mounted with the possibility of moving up 53, on which the inner movable column 50 is mounted. From the outside of the stationary outer column 47, the support plate 53 comprises a vertical displacement cylinder 55.

В верхней части внутренней подвижной колонны 50 смонтирована горизонтальная направляющая 51 с установленными по ее боковым сторонам вертикальными роликами 52. Горизонтальная направляющая 51 содержит, по меньшей мере, один гидроцилиндр 56 горизонтального перемещения (фиг.2, 3). На горизонтальную направляющую 51 производят установку нижнего модуля 2 посредством паза 46 (фиг.7, 8), при этом гидроцилиндр 56 горизонтального перемещения шарнирно соединен с нижней плитой 35 корпуса нижнего модуля 2.In the upper part of the inner movable column 50, a horizontal guide 51 is mounted with vertical rollers 52 mounted on its lateral sides. The horizontal guide 51 contains at least one horizontal movement cylinder 56 (FIGS. 2, 3). The lower module 2 is mounted on the horizontal guide 51 by means of a groove 46 (Figs. 7, 8), while the horizontal movement cylinder 56 is pivotally connected to the lower plate 35 of the lower module 2 case.

Предлагаемая конструкция позиционера позволяет уменьшить габариты робота.The proposed positioner design allows to reduce the dimensions of the robot.

Таким образом, предлагаемое техническое решение выполняет поставленную задачу и имеет в качестве технического результата создание робота бурового универсального со следующими характеристиками:Thus, the proposed technical solution performs the task and has as a technical result the creation of a universal drilling robot with the following characteristics:

- высокий крутящий момент и ускоренное вращение рабочих роликов, которые достигаются благодаря предлагаемой конструкции приводных блоков верхнего модуля без увеличения мощности приводов вращения труб;- high torque and accelerated rotation of the working rollers, which are achieved due to the proposed design of the drive units of the upper module without increasing the power of the pipe rotation drives;

- надежная фиксация труб за счет предлагаемых клиновых механизмов зажима нижней и верхней труб, которые значительно увеличивают усилия прижатия зажимных устройств к трубам. Применение для зажима верхней и нижней труб клиновых механизмов позволяет при незначительных диаметрах гидроцилиндров получать более высокие усилия зажима труб и снижает мощность электродвигателей маслостанции;- reliable fixation of the pipes due to the proposed wedge clamping mechanisms of the lower and upper pipes, which significantly increase the efforts of pressing the clamping devices to the pipes. The use of wedge mechanisms for clamping the upper and lower pipes allows, with small diameters of the hydraulic cylinders, to obtain higher clamping forces and reduces the power of the oil pump electric motors;

- механизм докрепления (раскрепления) резьбовых соединений как самостоятельное устройство отсутствует, а его функцию выполняет описанный выше модуль 1;- there is no mechanism for attaching (unfastening) threaded joints as an independent device, and its function is performed by the module 1 described above;

- расширенные функциональные возможности, т.к. робот выполняет не только операции свинчивания (развинчивания) труб широкого диапазона диаметров с последующим докреплением (раскреплением) резьбового соединения, но и операции бурения скважин, что возможно благодаря выше перечисленным характеристикам: высокий крутящий момент и надежная фиксация труб. При этом благодаря встречному расположению приводных блоков и клиновому механизму зажима верхней трубы отсутствует необходимость при работе с трубами различных диаметров производить какие-либо перенастройки в верхнем модуле 1;- advanced functionality, as the robot performs not only the screwing (unscrewing) operations of pipes of a wide range of diameters with the subsequent attachment (detachment) of the threaded connection, but also the operations of drilling wells, which is possible due to the above characteristics: high torque and reliable fixation of the pipes. At the same time, due to the opposite arrangement of the drive units and the wedge clamping mechanism of the upper pipe, there is no need to make any adjustments in the upper module 1 when working with pipes of various diameters;

- повышенная надежность робота обеспечивается за счет применения самостоятельных узлов и блоков в исполнительных механизмах.- increased reliability of the robot is ensured by the use of independent nodes and blocks in the actuators.

Предлагаемое техническое решение обладает эффективностью, которая складывается из следующего:The proposed technical solution has efficiency, which consists of the following:

- сокращение времени выполнения спуско-подъемных операций;- reduction in the time of hoisting operations;

- снижение энергоемкости за счет уменьшения мощности электродвигателя насоса маслостанции, т.к. при использовании гидромоторов малой мощности снижается расход рабочей жидкости.- reduction of energy intensity by reducing the power of the pump motor of the oil station, because when using low-power hydraulic motors, the flow rate of the working fluid is reduced.

Робот буровой универсальный обладает простотой конструкции, состоящей из трех самостоятельных модулей с рабочими органами в виде отдельных узлов и блоков, и не требует больших трудозатрат при его эксплуатации. Сборка (разборка), наладка и замена отдельных узлов и блоков проста ввиду их высокой взаимозаменяемости, а также использования в их конструкции симметричных по форме деталей, и может быть произведена на месте эксплуатации робота бурового универсального.The universal drilling robot has the simplicity of design, consisting of three independent modules with working bodies in the form of separate units and blocks, and does not require large labor costs during its operation. Assembly (disassembly), adjustment and replacement of individual units and blocks is simple due to their high interchangeability, as well as the use of parts symmetrical in shape in their design, and can be performed at the operating site of the universal drilling robot.

Робот буровой универсальный работает следующим образом.The universal drilling robot works as follows.

Выполнении спуско-подъемных операций.Performing hoisting operations.

Средствами, имеющимися на буровой площадке, очередную верхнюю трубу 24 устанавливают на ось скважины (если эта труба не была установлена ранее) и вводят ее резьбовую часть в резьбовую часть нижней трубы 43.By means available on the drilling site, the next upper pipe 24 is installed on the axis of the well (if this pipe has not been installed before) and its threaded part is inserted into the threaded part of the lower pipe 43.

Все операции свинчивания и докрепления (раскрепления и развинчивания) выполняются в автоматическом режиме.All screwing and fastening operations (unfastening and loosening) are performed automatically.

Перед выполнением операций робот находится в исходном положении (позиция №1) на расстоянии от оси скважины, равном величине горизонтального хода позиционера 3.Before performing operations, the robot is in the initial position (position No. 1) at a distance from the axis of the well equal to the horizontal stroke of positioner 3.

В позиции №1 производят подготовку робота к работе, включая:In position No. 1, the robot is prepared for work, including:

- установку прижимов 38 с плашками 41 под соответствующий диаметр трубы (фиг.8);- installation of clamps 38 with dies 41 under the corresponding pipe diameter (Fig. 8);

- установку на пульте управления ограничительного крутящего момента.- installation on the control panel of limiting torque.

Операцию сборки колонны (свинчивание) производят в следующем порядке.The assembly operation of the column (make-up) is carried out in the following order.

С помощью гидроцилиндров 56 (фиг.3) робот из исходной позиции №1 переходит в рабочую позицию №2.Using the hydraulic cylinders 56 (Fig. 3), the robot moves from the starting position No. 1 to the working position No. 2.

Далее подается давление в гидроцилиндры 42 (фиг.8) блоков 36 зажима нижней трубы 43. Клинья 40 начинают движение и, воздействуя на опорные ролики 39, прижимают прижимы 38 к трубе 43 с усилием.Next, pressure is supplied to the hydraulic cylinders 42 (Fig. 8) of the blocks 36 for clamping the lower pipe 43. The wedges 40 begin to move and, acting on the support rollers 39, press the clamps 38 against the pipe 43 with force.

По окончании процесса зажатия нижней трубы давление подается в гидроцилиндры 23 (фиг.6) узлов 8 зажима верхней трубы 24. Клинья 22, перемещаясь по общей плите 4, воздействуют на роликовые опоры 21, передвигая при этом коробки зубчатых передач 7 навстречу друг другу, и прижимают рабочие ролики 12 (фиг.4) к верхней трубе 24 с усилием, соответствующим давлению в гидросети.At the end of the clamping process of the lower pipe, pressure is supplied to the hydraulic cylinders 23 (Fig. 6) of the clamping units 8 of the upper pipe 24. The wedges 22, moving along the common plate 4, act on the roller bearings 21, while moving the gearboxes 7 towards each other, and press the working rollers 12 (figure 4) to the upper pipe 24 with a force corresponding to the pressure in the hydraulic network.

Затем подается давление в гидромоторы 19 (фиг.4). Шестеренные блоки 18 редукторов поз.14 приводят в движение шестерни 13, 10 и 9, которые расположены в коробках передач 7 (фиг.4, 6). Шестерни 9 передают вращение и крутящий момент рабочим роликам 12, а через них – верхней трубе 24. Осуществляется процесс ускоренного свинчивания верхней трубы 24 с нижней трубой 43.Then the pressure is supplied to the hydraulic motors 19 (figure 4). Gear blocks 18 gearboxes pos.14 drive the gears 13, 10 and 9, which are located in the gearboxes 7 (4, 6). Gears 9 transmit rotation and torque to the working rollers 12, and through them to the upper pipe 24. The process of accelerated make-up of the upper pipe 24 with the lower pipe 43 is carried out.

При касании торцов верхней и нижней труб резко увеличивается давление в гидросистеме и, при достижении установленного оператором ограничительного момента, гидромоторы 19 могут отключаются и работу начинают узлы 16 докрепления (раскрепления) резьбового соединения (фиг.5). Включаются гидроцилиндры 31, вертикальные валы 27 вместе с шестернями 28 опускаются вниз, при этом шестерни 28 входят в зацепление с шестернями 26 редукторов 25. Включаются гидроцилиндры 33 (предназначенные для докрепления резьбовых соединений) (фиг.2, 5), которые воздействуют на двуплечие рычаги 30. Происходит поворот вертикальных валов 27 и шестерни 28 приводят в движение шестерни 26, которые посредством шестерен 15, 10 и 9, расположенных в коробке передач 7 (фиг.6), передают вращение и крутящий момент рабочим роликам 12 и верхней трубе 24. Осуществляется процесс докрепления резьбового соединения, который завершается при достижении максимального крутящего момента, зависящего от установленного оператором на пульте управления предельного момента.When touching the ends of the upper and lower pipes, the pressure in the hydraulic system sharply increases and, when the limit set by the operator is reached, the hydraulic motors 19 can be turned off and the nodes 16 for fastening (unfastening) the threaded connection begin to work (Fig. 5). The hydraulic cylinders 31 are turned on, the vertical shafts 27 together with the gears 28 are lowered downward, while the gears 28 are engaged with the gears 26 of the gearboxes 25. The hydraulic cylinders 33 (designed for attaching threaded joints) are turned on (Figs. 2, 5), which act on the two-arm levers 30. The vertical shafts 27 rotate and the gears 28 drive the gears 26, which transmit gears and rotors 12 and the upper tube 24 by means of gears 15, 10 and 9 located in the gearbox 7 (Fig. 6). etc dokrepleniya process of the threaded joint, which ends upon reaching the maximum torque, which depends on the adjusted operator on the remote control limit torque.

Производится сброс давления в гидросети и переключение работы на режим «Реверс».The pressure in the hydraulic network is released and the work switches to the "Reverse" mode.

В режиме «Реверс» последовательно выполняются команды:In the “Reverse” mode, the following commands are executed sequentially:

- сброс давления в гидроцилиндрах 23 (фиг.4, 6) механизма зажима верхней трубы 24. Под действием пружин 57 (фиг.4), установленных в приводных блоках 5, 6, осуществляется отвод рабочих роликов 12 от верхней трубы 24;- pressure relief in the hydraulic cylinders 23 (Fig. 4, 6) of the clamping mechanism of the upper pipe 24. Under the action of the springs 57 (Fig. 4) installed in the drive units 5, 6, the working rollers 12 are removed from the upper pipe 24;

- сброс давления в гидроцилиндрах 42 механизма зажима нижней трубы 43. Под действием пружинных стяжек 44 и пружин 45 прижимы 38 отводятся от нижней трубы;- pressure relief in the hydraulic cylinders 42 of the clamping mechanism of the lower pipe 43. Under the action of the spring ties 44 and springs 45, the clamps 38 are diverted from the lower pipe;

- подача давления в гидроцилиндры 56 (фиг.1) горизонтального перемещения робота. Робот из позиции №2 переходит в позицию №1. На этом операция свинчивания с докреплением завершается.- applying pressure to the hydraulic cylinders 56 (figure 1) horizontal movement of the robot. The robot moves from position No. 2 to position No. 1. At this, the screwing operation with attachment is completed.

Операция разборки колонны (развинчивание) производится следующим образом. Аналогично, как и при осуществлении операции сборки колонны (свинчивание), робот подводят к скважине, производится зажим нижней и верхней труб. Далее подается давление в гидромоторы 19 приводных блоков 5, 6 и в гидроцилиндры 34 (предназначенные для раскрепления) узлов 16 докрепления (раскрепления) резьбовых соединений. При повышении давления в гидросети создается максимальный крутящий момент, что влечет за собой срыв резьбы в резьбовом соединении, при этом верхняя труба 24 получает поворот на угол, соответствующий ходу двуплечего рычага 30 в узле 16. После чего верхняя труба получает ускоренное вращение и производится операция развинчивания резьбового соединения. По окончании операции подается команда на сброс давления в гидросети и на включение режима «Реверс». С окончанием выполнения команд режима «Реверс» операция раскрепления резьбового соединения и развинчивания труб завершается.The operation of disassembling the column (unscrewing) is as follows. Similarly, as with the implementation of the assembly operation of the column (make-up), the robot is brought to the well, the lower and upper pipes are clamped. Next, pressure is supplied to the hydraulic motors 19 of the drive units 5, 6 and to the hydraulic cylinders 34 (intended for unfastening) of the attachment (unfastening) nodes 16 of the threaded joints. With increasing pressure in the hydraulic network, maximum torque is created, which entails a breakdown of the thread in the threaded connection, while the upper pipe 24 receives an angle rotation corresponding to the course of the two shoulders lever 30 in the assembly 16. After that, the upper pipe receives accelerated rotation and the unscrewing operation is performed threaded connection. At the end of the operation, a command is issued to relieve pressure in the hydraulic network and to activate the "Reverse" mode. With the completion of the execution of the “Reverse” mode commands, the operation of unfastening the threaded joint and unscrewing the pipes is completed.

Выполнение операции бурения скважин.Performing a drilling operation.

Нижний модуль 2 с расположенным в нем механизмом зажима нижней трубы в операции бурения участие не принимает.The lower module 2 with the lower pipe clamping mechanism located in it does not participate in the drilling operation.

Для выполнения операции бурения скважин очередную свечу подвешивают на лебедке буровой установки, верхний конец свечи соединяют со стволом вертлюга буровой установки (на фиг. не показано), а нижний конец соединяют с колонной, находящейся в скважине.To perform a well drilling operation, the next candle is hung on the winch of the drilling rig, the upper end of the candle is connected to the stem of the swivel of the drilling rig (not shown in Fig.), And the lower end is connected to the column located in the well.

При выполнении операции бурения скважин в каждом приводном блоке 5, 6 используют все гидромоторы 19.When performing a drilling operation in each drive unit 5, 6, all hydraulic motors 19 are used.

Передача крутящего момента трубе осуществляется через шестерни 15, 10, 9.The transmission of torque to the pipe is carried out through gears 15, 10, 9.

Операция бурения скважины выполняется следующим образом.The operation of drilling a well is as follows.

При включении гидроцилиндра 55 вертикального перемещения (фиг.3) опорная плита 53 вместе с установленной на ней внутренней подвижной колонной 50 начинает движение вверх, поднимая рабочие модули на высоту хода гидроцилиндра 55.When you turn on the cylinder 55 vertical movement (figure 3), the base plate 53, together with the internal movable column 50 mounted on it, begins to move upward, raising the working modules to the stroke height of the hydraulic cylinder 55.

Подается давление в гидроцилиндры 23, осуществляется прижим рабочих роликов 12 к трубе 24 с усилием и труба 24 получает вращение с крутящим моментом. Под действием лебедки буровой установки труба 24 опускается вниз совместно с роботом, производя бурение скважины. При достижении роботом нижнего положения подача давления в гидроцилиндры 23, осуществляющие прижатие рабочих роликов 12 к трубе 24, приостанавливается, приводные блоки 5, 6 под действием пружин 57 (фиг.4) отводятся от трубы и подается давление в гидроцилиндр 55 вертикального перемещения робота. При достижении роботом крайнего верхнего положения снова производится подача давления в гидроцилиндры 23, рабочие ролики 12 снова зажимают трубу и процесс повторяется.Pressure is applied to the hydraulic cylinders 23, the working rollers 12 are pressed against the pipe 24 with force, and the pipe 24 receives rotation with a torque. Under the influence of the winch of the drilling rig, the pipe 24 lowers down together with the robot, while drilling the well. When the robot reaches its lowest position, the pressure supply to the hydraulic cylinders 23, which press the working rollers 12 against the pipe 24, is suspended, the drive units 5, 6 are discharged from the pipe by the action of the springs 57 (Fig. 4) and the pressure is applied to the hydraulic cylinder 55 for the vertical movement of the robot. When the robot reaches its extreme upper position, pressure is again applied to the hydraulic cylinders 23, the working rollers 12 clamp the pipe again and the process repeats.

Claims (2)

1. Робот буровой универсальный, содержащий верхний модуль, включающий два встречно расположенных приводных блока с гидромоторами, редукторами и парами рабочих роликов для свинчивания верхней трубы с нижней, механизм зажима верхней трубы с гидроцилиндром, а также механизм докрепления (раскрепления) резьбового соединения, приводимый в движение гидроцилиндром, нижний модуль, включающий два встречно расположенных блока зажима нижней трубы с гидроцилиндрами, кроме того, позиционер с гидроцилиндрами, отличающийся тем, что приводные блоки, механизм зажима верхней трубы и механизм докрепления (раскрепления) резьбового соединения установлены на общей плите, выполненной с разъемом для трубы, каждый приводной блок содержит коробку зубчатых передач, включающую центральную шестерню, которая находится в зацеплении с двумя шестернями рабочих роликов, с шестерней редуктора и с шестерней узла докрепления (раскрепления) резьбового соединения, при этом на редукторе установлено не менее двух гидромоторов малой мощности с высокой частой вращения приводного вала, объединенных гидропроводом, а приводной блок снабжен роликовой опорой с обеспечением контакта с механизмом зажима верхней трубы, состоящим из двух узлов со встречным движением друг к другу, при этом каждый узел зажима верхней трубы включает клин и гидроцилиндр, в свою очередь, механизм докрепления (раскрепления) резьбового соединения состоит из двух узлов, каждый из которых включает вертикальный вал, содержащий редуктор и шестерню для обеспечения контакта с шестерней узла докрепления (раскрепления) резьбового соединения, а также гидроцилиндры для докрепления, раскрепления резьбовых соединений и перемещения вертикального вала вниз; кроме этого, блоки зажима нижней трубы заключены в корпус с разъемом для трубы, установленный под общей плитой, при этом каждый блок зажима содержит клин, гидроцилиндр, прижим, соответствующий диаметру нижней трубы, и роликовую опору для обеспечения контакта клина и прижима.1. A universal drilling robot containing an upper module, including two counter-drive units with hydraulic motors, gearboxes and pairs of working rollers for screwing the upper pipe from the lower, the clamping mechanism of the upper pipe with a hydraulic cylinder, and also the mechanism for attaching (unfastening) the threaded connection, driven in movement by a hydraulic cylinder, the lower module, including two counterclockwise clamping blocks of the lower pipe with hydraulic cylinders, in addition, a positioner with hydraulic cylinders, characterized in that the drive blocks the clamping mechanism of the upper pipe and the mechanism of attachment (detachment) of the threaded connection are mounted on a common plate made with a pipe connector, each drive unit contains a gear box including a central gear, which is meshed with two gears of the working rollers, with a gear gear and the gear of the attachment (unfastening) unit of the threaded connection, while at least two low-power hydraulic motors with a high frequency of rotation of the drive shaft are installed on the gearbox, combined hydraulic ode, and the drive unit is equipped with a roller support providing contact with the clamping mechanism of the upper pipe, consisting of two nodes with the oncoming movement to each other, while each clamping unit of the upper pipe includes a wedge and a hydraulic cylinder, in turn, a threaded attachment mechanism The connection consists of two nodes, each of which includes a vertical shaft containing a gearbox and gear to ensure contact with the gear of the attachment (unfastening) unit of the threaded connection, as well as hydraulic cylinders for attachment , unfastening threaded joints and moving the vertical shaft down; in addition, the clamping blocks of the lower pipe are enclosed in a housing with a pipe connector mounted under a common plate, with each clamping block containing a wedge, a hydraulic cylinder, a clamp corresponding to the diameter of the lower pipe, and a roller support to ensure contact between the wedge and the clamp. 2. Робот по п. 1, отличающийся тем, что позиционер включает закрепленную на внешней опорной плите наружную неподвижную колонну, в которой установлена подвижная по вертикали внутренняя колонна, содержащая в верхней части горизонтальную направляющую, включающую, по меньшей мере, один гидроцилиндр горизонтального перемещения, шарнирно соединенный с корпусом нижнего модуля, который установлен на горизонтальную направляющую с возможностью его перемещения за счет вертикальных роликов, содержащихся на боковых сторонах горизонтальной направляющей.2. The robot according to claim 1, characterized in that the positioner includes an external fixed column fixed to an external base plate, in which a vertically movable internal column is installed, comprising a horizontal guide in the upper part including at least one horizontal displacement hydraulic cylinder, pivotally connected to the housing of the lower module, which is mounted on a horizontal rail with the possibility of its movement due to the vertical rollers contained on the sides of the horizontal rail Yayoya.
RU2016109145A 2016-03-14 2016-03-14 Universal drilling robot RU2608136C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016109145A RU2608136C1 (en) 2016-03-14 2016-03-14 Universal drilling robot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016109145A RU2608136C1 (en) 2016-03-14 2016-03-14 Universal drilling robot

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2608136C1 true RU2608136C1 (en) 2017-01-16

Family

ID=58455926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016109145A RU2608136C1 (en) 2016-03-14 2016-03-14 Universal drilling robot

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2608136C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110513057A (en) * 2019-08-07 2019-11-29 中煤科工集团西安研究院有限公司 A kind of suspension type underground drill rig shackle device and method
CN113236233A (en) * 2021-03-25 2021-08-10 西南石油大学 Displacement measuring device for drilling traction robot

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU140007A1 (en) * 1961-01-27 1961-11-30 О.В. Пилюцкий Universal program machine for drill pipes
RU2143051C1 (en) * 1998-07-10 1999-12-20 Закрытое акционерное общество НПАК "РАНКО" Stationary automatic drilling tongs
RU2268983C2 (en) * 2003-11-11 2006-01-27 Анатолий Иванович Литвинов Device for well tube interlock screwing together and unscrewing
US20070023183A1 (en) * 2005-07-26 2007-02-01 Gerald Lesko Guide track system for a drilling rig floor robot
US20150167409A1 (en) * 2012-04-16 2015-06-18 Mccoy Corporation Spin wrench assembly
RU155113U1 (en) * 2015-03-11 2015-09-20 Общество с ограниченной ответственностью "Генерация инжиниринг" DRILL KEY

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU140007A1 (en) * 1961-01-27 1961-11-30 О.В. Пилюцкий Universal program machine for drill pipes
RU2143051C1 (en) * 1998-07-10 1999-12-20 Закрытое акционерное общество НПАК "РАНКО" Stationary automatic drilling tongs
RU2268983C2 (en) * 2003-11-11 2006-01-27 Анатолий Иванович Литвинов Device for well tube interlock screwing together and unscrewing
US20070023183A1 (en) * 2005-07-26 2007-02-01 Gerald Lesko Guide track system for a drilling rig floor robot
US20150167409A1 (en) * 2012-04-16 2015-06-18 Mccoy Corporation Spin wrench assembly
RU155113U1 (en) * 2015-03-11 2015-09-20 Общество с ограниченной ответственностью "Генерация инжиниринг" DRILL KEY

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110513057A (en) * 2019-08-07 2019-11-29 中煤科工集团西安研究院有限公司 A kind of suspension type underground drill rig shackle device and method
CN110513057B (en) * 2019-08-07 2020-10-16 中煤科工集团西安研究院有限公司 Suspension type underground drill rig shackle device and method
CN113236233A (en) * 2021-03-25 2021-08-10 西南石油大学 Displacement measuring device for drilling traction robot
CN113236233B (en) * 2021-03-25 2022-10-14 西南石油大学 Displacement measuring device for drilling traction robot

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3722603A (en) Well drilling apparatus
EP1687507B1 (en) A power tong
US3708020A (en) Continuous feed head drill assembly
CN101737016B (en) Torque-withstanding drill pipe elevating device
US20090272235A1 (en) Tubular handling system
CN207485358U (en) Drive casing pipe running device in wild card coupling type top
CN201087717Y (en) Integral high-pressure oil water well operation device under pressure
NO316620B1 (en) Apparatus and method for interconnecting pipes using a top driven rotary system
RU2608136C1 (en) Universal drilling robot
CN112338505B (en) Pipe column connecting and disassembling device
RU2382165C2 (en) Method and arrangement of improved horizontal-inclined drilling assembly
CN101187303B (en) Novel pumping machine
DE3535200C2 (en) Drilling rig
JP2012520953A (en) Multi-ram drill rig and operating method
CN113073950A (en) Under-pressure overhaul operation machine and process method for oil well, water well and gas well
CN206352488U (en) Oil-well rig reversible hydraulic elevator
CN204532057U (en) A kind of Miniature portable spindle-type drill
US4315552A (en) Raise drill apparatus
CN113550703B (en) Continuous rotating multifunctional iron roughneck
CN206382832U (en) Expansion bolt fitting machine on expansion bolt erecting device and ceiling on ceiling
CN111906544A (en) Tapping machining device for hardware products and using method of tapping machining device
CN116876992B (en) Drilling squeezing and expanding device applied to modularized building
CN216553793U (en) Perforating device for low net height lower bridge bearing anchoring hole
CN214836187U (en) Mining rig manipulator that trades
CN211230222U (en) Carousel suitable for take pressure operation machine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190315