Поворотный стол для колонны труб
Изобретение относится к области вращательного бурения, а именно к средству для подвешивания колонны труб. Поворотный стол снабжен средствами для подвешивания колонны труб и содержит поворотное кольцо, установленное с возможностью поворота вокруг центральной оси поворотного стола, при этом поворотный стол опирается на контактную поверхность, расположенную перпендикулярно центральной оси поворотного стола. Поворотное кольцо образовано двумя или более секциями кольца, каждая из которых соединена с системой, содержащей секцию корпуса подшипника, выполненную с возможностью поворота относительно базовой секции. На базовой контактной поверхности секции корпуса подшипника выполнен паз корпуса подшипника. Соответствующий базовый паз выполнен на противоположной поверхности корпуса подшипника в базовой секции. Указанные пазы образуют криволинейную направляющую для тела качения и имеют центр кривизны, совпадающий с центральной осью поворотного стола, диаметр качения тела качения превышает суммарную глубину указанных пазов. В секции корпуса подшипника выполнен канал, соединяющий концы паза корпуса подшипника, который содержит переходные части, каждая из которых снабжена направляющей частью, входящей в базовый паз. Обеспечивается повышение надежности работы устройства. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Описан поворотный стол, снабженный средствами для подвешивания колонны труб и содержащий поворотное кольцо, установленное с возможностью поворота вокруг центральной оси поворотного стола, которое, более конкретно, выполнено из двух или более секций кольца, каждая из которых соединена с системой, содержащей секцию корпуса подшипника, установленную с возможностью поворота относительно базовой секции, при этом на базовой контактной поверхности секции корпуса подшипника выполнен паз, и соответствующий базовый паз выполнен на противоположной контактной поверхности подшипника в базовой секции, и при этом указанный паз имеет центр кривизны, совпадающий с центральной осью поворотного стола, диаметр качения тела качения превышает суммарную глубину указанного паза, при этом в секции корпуса подшипника выполнен канал, соединяющий концы паза корпуса подшипника.
Уровень техники
При использовании поворотного стола для подвешивания и вращения колонны труб, в частности бурильной колонны, когда поворотный стол обычно представляет собой приводной элемент буровой машины, установленной в буровой вышке или т.п. с возможностью перемещения таким образом, чтобы буровая машина перемещалась вертикально по мере углубления бурильной колонны в скважину, существует потребность размыкать поворотный стол, чтобы иметь возможность отводить буровую машину от колонны труб и вертикально перемещать ее для подготовки к выполнению другой операции. Это особенно относится к процессу непрерывного бурения, когда несколько буровых машин взаимодействуют для сборки и вращения колонны труб. При таком разделении сложно обеспечить достаточно мощную и функциональную опору разборного поворотного стола на разборном основании, если поворотный стол должен выдерживать вес колонны труб, составляющий несколько сотен тонн.
Из № 323330 известен приводной трубный ключ, содержащий две поворачивающиеся относительно друг друга половины корпуса, при этом указанные половины корпуса могут поворачиваться между сомкнутой активной позицией и разомкнутой неактивной позицией, а радиально-разъемное приводное кольцо, снабженное захватами с гидравлическим управлением, направленными к центральной оси приводного трубного ключа, расположено в половинах корпуса, при этом приводное кольцо опирается на приводной двигатель и соединяется с ним для обеспечения вращения приводного кольца вокруг указанной оси и при этом приводное кольцо снабжено по меньшей мере одним стопором, который может соединять детали приводного кольца друг с другом с возможностью блокировки.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения заключается в том, чтобы исключить или уменьшить по меньшей мере один из недостатков известного уровня техники или по меньшей мере обеспечить полезную альтернативу известному уровню техники.
Указанная задача решена при помощи устройства, представленного ниже в данном описании и прилагаемой формуле изобретения.
Согласно изобретению обеспечен поворотный стол, состоящий из двух по существу одинаковых секций поворотного стола, каждая из которых присоединена к раме, шарнирно опирающейся на ось поворота, параллельную центральной оси, которая проходит через центральное отверстие в поворотном столе. Когда поворотный стол сомкнут, секции поворотного стола соединяются, образуя кольцеобразный корпус, а когда поворотный стол разомкнут, образуется отверстие, проходящее от центра поворотного стола до его периферии, при этом указанное отверстие пригодно для радиального перемещения трубы относительно центрального отверстия поворотного стола при входе в поворотный стол и выходе из него.
Каждая секция поворотного стола содержит базовую секцию, кольцевую секцию, а также секцию корпуса подшипника. На торцевой поверхности секции корпуса подшипника, обращенной к базовой секции, предусмотрены один или более горизонтальных, снабженных фаской непрерывных паза, имеющих дугообразную форму и центр кривизны, который совпадает с центральным отверстием поворотного стола, и проходящих через основную часть сектора, образованного кольцевой секцией. Аналогично этому соответствующая одна или более направляющих качения выполнены на противоположной поверхности в базовой секции. Вместе два противоположных паза образуют направляющую качения для тела качения, обычно - для шарика, при этом указанная направляющая качения имеет профиль, соответствующий форме тела качения. Аналогично этому один или более соответствующих возвратных каналов выполнены в секции корпуса подшипника и в каждом конце соединены с указанными пазами при помощи первого и второго вертикального дугообразного переходного канала таким образом, что указанные пазы, переходные каналы и возвратный канал образуют непрерывный контур направляющей качения, предназначенный для прохождения ряда тел качения, когда они при повороте секции корпуса подшипника относительно базовой секции прокатываются по противоположным пазам базовой секции и секции корпуса подшипника до тех пор, пока не достигнут конца паза и перейдут в первый переходный канал, в возвратный канал и обратно в паз через второй переходной канал, при этом тела качения во время возвратного движения подталкиваются вперед по мере необходимости следующими за ними телами качения во время их перемещения из паза в возвратный канал. Количество направляющих качения зависит от размера используемых тел качения и величины нагрузки, которую должен выдерживать поворотный стол.
Более конкретно, изобретение относится к устройству поворотного стола, снабженного средствами для подвешивания колонны труб, при этом указанный поворотный стол содержит поворотное кольцо, установленное с возможностью поворота вокруг центральной оси поворотного стола, и отличается тем, что указанное поворотное кольцо состоит из двух или более секций, каждая из которых соединена с системой, содержащей секцию корпуса подшипника, выполненную с возможностью поворота относительно базовой секции, при этом на базовой контактной поверхности секции корпуса подшипника выполнен паз корпуса подшипника, и соответствующий базовый паз выполнен на противоположной контактной поверхности подшипника в базовой секции, и при этом указанный паз образует дугообразную направляющую для тела качения, указанная направляющая имеет центр кривизны, совпадающий с центральной осью поворотного стола, диаметр тела качения превышает суммарную глубину указанного паза, и в секции корпуса подшипника выполнен канал, соединяющий концы паза корпуса подшипника.
Указанный канал может иметь направляющую часть, выступающую вниз в базовый паз. Благодаря этому, тела качения проще направляются в возвратный канал.
Тело качения может быть выполнено в виде шарика. При этом один и тот же размер тела качения можно использовать независимо от расстояния между пазами и центральной осью поворотного стола.
По меньшей мере одна кольцевая секция и соответствующая ей базовая секция могут образовывать секцию поворотного стола, которая может перемещаться между первой позицией, в которой поворотный стол сомкнут в радиальном направлении, и второй позицией, в которой в поворотном столе образовано радиальное отверстие для колонны труб.
Каждая кольцевая секция может иметь привод, соединенный с ней. При этом секции кольца во время вращения испытывают более равномерную нагрузку.
Поворотный стол может содержать две секции, установленные в раме с возможностью поворота. Благодаря этому, несложно получить радиальное отверстие для колонны труб.
Секции поворотного стола могут опираться на контактную поверхность, установленную в раме перпендикулярно центральной оси поворотного стола. Таким образом, опорная функция обеспечивается, по существу, статическим элементом, поэтому элементы, образующие отверстие в секциях поворотного стола и выполняющие функции замыкания стола, могут быть выполнены с меньшими размерами.
Элемент, контактирующий с контактной поверхностью рамы, и/или рама снабжены рядом упругих скользящих башмаков, которые при отсутствии нагрузки на поворотный стол обеспечивают зазор между контактной поверхностью и противоположной торцевой поверхностью базовой секции, при этом каждый скользящий башмак установлен с подпружиниванием в выемке в указанном элементе, или в раме, и выступает из торцевой поверхности элемента, или, соответственно, из контактной поверхности.
Секция корпуса подшипника может быть установлена над базовой секцией. Альтернативно этому секция корпуса подшипника может быть расположена под базовой секцией. Это обеспечивает большую гибкость, в частности, когда поворотный стол снабжен системами с несколькими подшипниками, например, для того, чтобы сделать возможным переключение на ручное управление перемещением колонны труб во время вращения.
Краткое описание чертежей
Ниже приведено описание примера предпочтительного варианта осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлены:
фиг.1 - вид сверху поворотного стола согласно изобретению в разомкнутой позиции;
фиг.2 - вид сверху поворотного стола в сомкнутой позиции;
фиг.3 - вид сбоку поворотного стола в сомкнутой позиции;
фиг.4 - вертикальный разрез по оси IV-IV с фигуры 1 части секции корпуса подшипника и базовой секции в увеличенном масштабе; и
фиг.5 - вид сбоку поворотного стола в сомкнутой позиции, при этом корпус подшипника установлен под основанием.
Осуществление изобретения
На чертежах ссылочным номером 1 обозначен поворотный стол, который присоединен к раме 2 и опирается на нее. Рама 2 присоединена к вертикальной буровой вышке 3, обычно выступающей над буровой площадкой (не показана) в буровой установке (не показана). Рама 2 соединена с вышкой 3 при помощи множества соединителей 22 и может перемещаться в вертикальном направлении по поверхностям 31 скольжения, предусмотренным на вышке. Поворотный стол 1 снабжен осевым отверстием 18 для колонны труб, которое предназначено для пропускания колонны 4 труб, по существу, известного типа.
Поворотный стол 1 содержит, в первом примере варианта осуществления (см., в частности, фигуры 1 и 2) две секции 1а, 1b поворотного стола, каждая из которых снабжена базовой секцией 11, присоединенной к раме при помощи шарнира 114, при этом секции 1а, 1b поворотного стола можно поворачивать вокруг осей 114а поворота при помощи поворотного пневмо- или гидроцилиндра 115. Базовую секцию можно перемещать в направлении оси 114а поворота.
Базовая секция 11 опирается на контактную поверхность 21, расположенную перпендикулярно оси 114а поворота. Ряд скользящих башмаков 116 установлен в выемках 118 в базовой секции 11, при этом они выталкиваются с торцевой поверхности 112 в направлении контактной поверхности 21 при помощи пружин 117. В ненагруженной позиции секции 1а, 1b поворотного стола опираются на раму 2 только посредством скользящих башмаков 116, при этом торцевая поверхность 112 базовой секции 11 приподнимается над контактной поверхностью 21 за счет скользящих башмаков 116 и их пружин 117. Когда секции 1а, 1b поворотного стола нагружены, торцевая поверхность 112 базовой секции 11 опирается на базовую контактную поверхность 21, поскольку скользящие башмаки 116 утапливаются в соответствующие выемки 118.
Контактная поверхность 21 снабжена выемкой 211 (см. фигуру 1), проходящей от наружной кромки внутрь к центру поворотного стола и образующей вместе с секциями 1а, 1b поворотного стола радиальное отверстие 17 для колонны труб, когда секции 1а, 1b поворотного стола отходят друг от друга.
Контактная поверхность 111 подшипника представляет собой углубление в верхней части базовой секции 11 и ограничена боковой стенкой 119 и центральным отверстием (не показано), которое является частью осевого отверстия 18 для колонны труб. Поверхность 111 подшипника базовых секций 11 обеих секций 1а, 1b поворотного стола и соседняя боковая стенка 119, если они сведены вместе, образуют цилиндрическую выемку, в которой размещаются две полуцилиндрические секции 13 корпуса подшипника, радиально опирающиеся на множество опорных подшипников 136, расположенных у боковых стенок 119.
Секции 13 корпуса подшипника имеют кольцеобразную форму и, будучи сведены вместе, они образуют часть осевого отверстия 18 для колонны труб в поворотном столе 1.
Секции 13 корпуса подшипника присоединены к каждой кольцевой секции 12а и 12b соответственно, которые, будучи сведены вместе, образуют цилиндрическое поворотное кольцо 12, составляющее часть осевого отверстия 18 для колонны труб в поворотном столе 1.
Каждая секция 12а, 12b кольца снабжена выемкой 122, в которую входит клиновая опора 15 и часть 16 клиновидного ремня.
В базовой контактной поверхности 131 на секциях 13 корпуса подшипника предусмотрено множество параллельных дугообразных пазов 132, концентричных с центральной осью секций 13 корпуса подшипника. Концы 132а пазов 132 расположены на расстоянии от радиальных боковых кромок базовых контактных поверхностей 131. Параллельно пазам 132 через секцию 13 корпуса подшипника проходит возвратный канал 133, который имеет поперечное сечение, большее, чем поперечное сечение тела 14 качения, и каждый конец которого соединяется с указанным пазом 132 при помощи дугообразной переходной части 134, входящей в концы соответствующих пазов 132.
На контактных поверхностях 111 подшипника базовых секций 11 предусмотрены пазы 113, дополнительные к пазам 132 на противоположных базовых контактных поверхностях 131 секции 13 корпуса подшипника. Пазы проходят до радиально расположенных боковых кромок контактных поверхностей 111 подшипника.
Направляющая часть 135 выступает вниз в паз 113 базовой секции 11, образуя продолжение периферии переходной части 134.
Пазы 113, 132 образуют направляющую качения для ряда тел 14 качения, при этом суммарная глубина пазов меньше, чем диаметры тел 14 качения. Когда несколько тел 14 качения находятся в соответствующих пазах 113, 132, секция 13 корпуса подшипника имеет зазор с базовой секцией 11 и перекатывает тела 14 качения, которые при достижении конца паза 113 в базовой секции 11 направляются в возвратный канал 133 по переходной части 134. Тела 14 качения описывают непрерывную линию в пазах 113, 132 и возвратном канале 133 при перемещении в пазы 113, 132 во время вращения секции 13 корпуса подшипника относительно базовой секции 11, а затем они попадают в направляющую часть 135 и направляются в переходную часть 134 и возвратный канал 133, при этом они подталкиваются непрерывно поступающими новыми телами 14 качения.
Каждая секция 1а, 1b поворотного стола снабжена приводом 19 вращения, который находится в зацеплении с секцией 121 зубчатого колеса, выполненной на секциях 12а, 12b кольца.
В сомкнутом состоянии (см. фигуру 2) секции 13 корпуса подшипника, образующие цилиндрическое тело, могут непрерывно вращаться, поскольку базовые секции 11 образуют непрерывные кольцеобразные пазы 113, при этом тела 14 качения направляются в возвратный канал 133 через переходную часть 134 после того, как они входят в направляющую часть 135, выступающую в базовый паз 113.
Когда поворотный стол 1 нужно разомкнуть для того, чтобы отвести от колонны 4 труб, секции 12а, 12b кольца поворачиваются в исходную позицию, где они устанавливаются на одном уровне с их соответствующими базовыми секциями 11, таким образом, секции 1а, 1b поворотного стола образуют, по существу, плоскую границу раздела, как показано на фигуре 1. Очевидно, что поворотный стол 1 согласно изобретению должен быть снабжен устройством, которое исключает смещение секций 1а, 1b поворотного стола относительно друг друга до тех пор, пока секции 12а, 12b кольца находятся в их исходных позициях.
Приведенное выше описание относится к телам 14 качения, имеющим шарообразную форму, однако это не исключает возможности применения тел качения других форм, в частности, конических роликов, имеющих угол конуса, соответствующий радиусу направляющей 113, 132 качения.
Скользящие башмаки 116 показаны установленными в базовых секциях 11, однако очевидно, что их установка в раме 2, где скользящие башмаки 116 будут выступать вверх в направлении базовых секций 11, обеспечит такую же упругую опору, как описано выше.
Очевидно, что поверхность 21, 112, по которой перемещаются скользящие башмаки, можно снабдить сменными направляющими скольжения (не показаны).
В описанном выше примере осуществления показано кольцо, образованное двумя цилиндрическими секциями 12а, 12b с соответствующими базовыми секциями 11, которые установлены с возможностью поворота вокруг вертикальных осей 114а поворота, однако радиальное отверстие 17 для колонны труб можно получить и другими способами, например, при смыкании и размыкании С-образной кольцевой секции (не показана) с образованием полной кольцевой секции (не показана) путем ее перемещения в радиальном направлении к отверстию, образуемому С-образной кольцевой секцией, а затем от сектора отверстия за периферию С-образной кольцевой секции.
В примере осуществления, описанном выше со ссылками на фигуры 1-4, секции 13 корпуса подшипника установлены над базовыми секциями 11. Однако это не исключает возможности поменять местами указанные элементы таким образом, чтобы базовые секции 11 опирались на секции 13 корпуса подшипника, как показано на фигуре 5. В таком варианте осуществления указанные скользящие башмаки 116 устанавливаются в выемках 118 на опорной поверхности 137, предусмотренных в секциях 13 корпуса подшипника и обращенных к контактной поверхности 21 рамы 2.
Для специалистов в данной области техники также очевидно, что поворотный стол 1 согласно изобретению можно оснастить второй подшипниковой системой (не показана), которая является зеркальной относительно системы, описанной выше для поворотного стола 1 и связанной с ней, при этом к колонне 4 труб можно будет прикладывать силу, действующую вниз в осевом направлении, когда колонну труб требуется перемещать вглубь скважины при опускании труб под давлением.
1. Поворотный стол (1), снабженный средствами (15, 16, 122) для подвешивания колонны (4) труб и содержащий поворотное кольцо (12), установленное с возможностью поворота вокруг центральной оси поворотного стола (1), причем поворотный стол (1) опирается на контактную поверхность (21), расположенную перпендикулярно центральной оси (114а) поворотного стола, отличающийся тем, что поворотное кольцо (12) образовано двумя или более секциями (12а, 12b) кольца, каждая из которых соединена с системой, содержащей секцию (13) корпуса подшипника, выполненную с возможностью поворота относительно базовой секции (11), при этом на базовой контактной поверхности (131) секции (13) корпуса подшипника выполнен паз (132) корпуса подшипника и соответствующий базовый паз (113) выполнен на противоположной поверхности (111) корпуса подшипника в базовой секции (11), причем указанные пазы (113, 132) образуют криволинейную направляющую для тела (14) качения, указанные пазы (113, 132) имеют центр кривизны, совпадающий с центральной осью поворотного стола (1), диаметр качения тела (14) качения превышает суммарную глубину указанных пазов (113, 132), при этом в секции (13) корпуса подшипника выполнен канал (133), соединяющий концы (132а) паза (132) корпуса подшипника, и каналы (133) содержат переходные части (134), каждая из которых снабжена направляющей частью (135), входящей в базовый паз (113).
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что тело качения имеет шарообразную форму.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна кольцевая секция (12а, 12b) и соответствующая ей базовая секция (11) образуют секцию (1а, 1b) поворотного стола, выполненную с возможностью перемещения между первой позицией, в которой поворотный стол (1) сомкнут в радиальном направлении, и второй позицией, в которой в поворотном столе (1) образовано радиальное отверстие (17) для колонны труб.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что к каждой кольцевой секции (12а, 12b) присоединен привод (19), который находится в зацеплении с секцией зубчатого колеса (121), установленной на секции (12а, 12b) кольца.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что поворотный стол (1) содержит две секции (1а, 1b) поворотного стола, которые установлены в раме (2) с возможностью поворота.
6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что секции (1а, 1b) поворотного стола опираются на контактную поверхность (21), выполненную в раме (2) перпендикулярно центральной оси поворотного стола (1).
7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что базовая секция (11) или секция (13) корпуса подшипника, примыкающая к контактной поверхности (21) рамы (2), и/или рама (2) снабжены рядом упругих скользящих башмаков (116), которые при отсутствии нагрузки на поворотный стол (1) обеспечивают зазор между контактной поверхностью (21) и противоположной торцевой поверхностью (112, 137) базовой секции (11), при этом каждый скользящий башмак (116) установлен с подпружиниванием в выемке (118) в указанном элементе (11, 13) или в раме (2) и выступает из торцевой поверхности (112, 137) элемента (11, 13) или из контактной поверхности (21) соответственно.
8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что секция (13) корпуса подшипника установлена над базовой секцией (11).
9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что секция (13) корпуса подшипника установлена под базовой секцией (11).
