RU2499122C2

RU2499122C2 - Collapsible modular mast with inbuilt system of upper drive

Info

Publication number: RU2499122C2
Application number: RU2011147683/03A
Authority: RU
Inventors: Евгений Васильевич Кавылин; Сергей Владимирович Пудов; Владимир Закиевич Шаяхметов; Евгений Константинович Эмрих
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Металлург"
Priority date: 2011-11-23
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2013-11-20
Also published as: RU2011147683A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: collapsible mast with an inbuilt system of an upper drive comprises upper and lower modules. Each module comprises a bearing frame made of sections. The upper module of the mast is connected with a crown block. The lower module is equipped with supports of fixation to the base. Upper and lower modules comprise lock devices, making it possible to separate modules from each other. The mast comprises platforms and supports fixed to the base of a drilling rig, a device of mast lifting, a pulley block system and an upper drive equipped with carriages for its displacement along guides. The upper and lower blocks are equipped with two parallel columns. Parallel columns arranged in the lower module are connected to each other by rows of transverse beams, a beam with an eye and Z-shaped eccentrics with sections of the bearing frame. The lower module is equipped with a mechanism of mast folding. Carriages of the upper drive are installed as capable of interaction with the outer surface of parallel columns and are equipped with eyes. Eyes provide for fixation of the upper drive in the upper module of the mast in the transport position of the mast with preservation of the pulley block system rigging.

EFFECT: invention provides for the possibility to transport a mast by general-purpose transport, storage and extension of a mast without installation and removal of its components.

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к производству мачт буровых установок для строительства нефтяных и газовых скважин.The invention relates to mechanical engineering, in particular to the production of masts of drilling rigs for the construction of oil and gas wells.

Мачта, являясь одним из наиболее ответственных компонентов грузоподъемной системы буровой установки, требует постоянного совершенствования показателей назначения как в плане обеспечения несущей способности, так и снижения временных и материальных затрат на монтаж, демонтаж и транспортировку на новую точку бурения. Одним из наиболее эффективных способов повышения потребительских свойств мачты является создание конструктивных компонентов в виде транспортно-монтажных модулей с встроенной инфраструктурой навесного оборудования и коммуникаций. Монтажные и демонтажные работы должны состоять только в стыковке и разборке быстроразъемных соединений модулей, удовлетворяющих конкретным ограничениям трассы для перевозки и требованиям в отношении габаритов и грузоподъемности транспортных средств.The mast, being one of the most critical components of the drilling rig’s lifting system, requires constant improvement of the destination indicators both in terms of providing load-bearing capacity and reducing time and material costs for installation, dismantling and transportation to a new drilling point. One of the most effective ways to improve the consumer properties of the mast is to create structural components in the form of transport and installation modules with a built-in infrastructure of attachments and communications. Installation and dismantling work should consist only in docking and disassembling quick-disconnect connections of modules that meet the specific restrictions of the route for transportation and the requirements for the dimensions and carrying capacity of vehicles.

Известна конструкция мачты с интегрированной системой верхнего привода (далее СВП), а.с. США 6860337 В1 "Integrated mast and top drive for drilling rig", состоящая из прямостоящей мачты с открытой передней гранью и встроенной СВП, у которой направляющие закреплены к колоннам открытой грани.A known mast design with an integrated top drive system (hereinafter referred to as SVP), as USA 6860337 B1 "Integrated mast and top drive for drilling rig", consisting of a upright mast with an open front face and an integrated SVP, in which the guides are fixed to the columns of the open face.

Известная мачта, принятая в качестве прототипа, имеет следующие недостатки:Known mast, adopted as a prototype, has the following disadvantages:

- мачта состоит из двух модулей повышенной длины и массы, требующих применения специальных тележек или длинномерных платформ большой грузоподъемности для перевозки по автодорогам;- the mast consists of two modules of increased length and weight, requiring the use of special trolleys or long-length heavy-duty platforms for transportation on roads;

- колонны открытой передней грани под нагрузкой подвержены значительным перемещениям в горизонтальной плоскости (сужению, преимущественно в зоне установки подкосов), что обуславливает необходимость установки компенсаторов в конструкцию кареток СВП или увеличения жесткости компонентов мачты и, соответственно, массы мачты в целом;- columns of the open front face under load are subject to significant displacements in the horizontal plane (narrowing, mainly in the installation area of struts), which necessitates the installation of expansion joints in the design of SVP carriages or to increase the rigidity of the mast components and, accordingly, the mast weight as a whole;

- опоры мачты, включая опоры раздвижных подкосов, расположены на относительно небольшом удалении от оси скважины и, с учетом размещения устройств и механизмов в зоне стола ротора, создают неудобства для работы буровой бригады;- mast supports, including supports of sliding struts, are located at a relatively small distance from the axis of the well and, taking into account the placement of devices and mechanisms in the area of the rotor table, create inconvenience for the work of the drilling crew;

- опорная база мачты значительно меньше, чем у мачт с открытой передней гранью традиционного исполнения, что усиливает влияние ветрового воздействия, расположения лебедки и места закрепления неподвижного конца каната талевой системы на снижение несущей способности мачты;- the support base of the mast is much smaller than that of masts with an open front face of the traditional design, which enhances the influence of wind exposure, the location of the winch and the place of fastening of the fixed end of the rope of the hoist system to reduce the bearing capacity of the mast;

- конструктивное исполнение мачты ориентировано на механизм подъема с применением гидроцилиндров, модификация мачты на применение других систем подъема, например с помощью канатной системы, не предусмотрена;- the design of the mast is focused on the lifting mechanism using hydraulic cylinders, the modification of the mast for the use of other lifting systems, for example using a cable system, is not provided;

- размещение направляющих на колоннах открытой грани мачты требует специального исполнения корпуса СВП, что исключает возможность адаптации к мачте других исполнений СВП с подвесными направляющими.- placement of guides on the columns of the open face of the mast requires a special design of the SVP body, which excludes the possibility of adaptation to the mast of other versions of the SVP with suspended guides.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в том, чтобы исключить перечисленные выше недостатки.The problem to which the invention is directed, is to eliminate the above disadvantages.

Поставленная задача решается за счет изменения конструкции мачты, обеспечивающей:The problem is solved by changing the design of the mast, providing:

- двухуровневую систему транспортно-монтажных модулей, т.е. крупные модули состоят из мелких модулей, которые по габаритам и массе адаптированы для перевозки автотранспортом общего назначения;- a two-level system of transport and installation modules, i.e. large modules consist of small modules, which, in terms of size and weight, are adapted for transportation by general purpose motor vehicles;

- увеличение опорной базы мачты до уровня соизмеримого с базой мачт традиционного исполнения;- an increase in the support base of the mast to the level commensurate with the base of the mast of the traditional design;

- складирование (в транспортный габарит) и раздвижение (в рабочий габарит) нижнего модуля без демонтажа и монтажа входящих в него компонентов за счет встроенного эксцентрикового механизма, приводимого в действие гидроцилиндром;- storage (in the transport dimension) and extension (in the working dimension) of the lower module without dismantling and installation of its components due to the built-in eccentric mechanism, driven by a hydraulic cylinder;

- применение в качестве направляющих СВП двутавровых балок со стандартным профилем;- the use of I-beams with a standard profile as guides of the SVP;

- повышение жесткости направляющей СВП за счет закрепления к задней грани мачты и создание условий для передачи через направляющую части силового потока от рамы кронблока к опорам мачты;- increasing the rigidity of the guide SVP by securing to the rear edge of the mast and creating conditions for transmission through the guide part of the power flow from the crown block frame to the mast supports;

- модификацию мачты базового исполнения для подъема гидроцилиндрами за счет трансформации устройства подъема мачты, ориентированную на канатную систему подъема, в составную часть нижнего модуля в качестве подкосов без изменения остальных компонентов, включая и механизм складирования мачты;- modification of the basic mast for lifting by hydraulic cylinders due to the transformation of the mast lifting device, oriented to the rope hoist system, into the component of the lower module as struts without changing the other components, including the mast storage mechanism;

- возможность привязки к мачте всех известных модификаций СВП за счет подгонки соединительных элементов между корпусом СВП и кареткой, встроенной в направляющую мачты;- the ability to bind to the mast of all known modifications of the SVP due to the fitting of the connecting elements between the SVP body and the carriage integrated in the mast guide;

- возможность использования мачты без СВП, при условии подвески крюко-блока на траверсу талевого блока вместо СВП с кареткой.- the possibility of using the mast without SVP, provided that the hook block is suspended on the crosshead of the traveling block instead of the SVP with the carriage.

Новая мачта состоит из двух модулей первого уровня: верхний модуль (ВМ), нижний модуль (НМ), блока устройства подъема мачты (УПМ) и блока платформы верхового рабочего (БПВР). УПМ и БПВР являются съемными компонентами мачты, в которых предусмотрена разборка на узлы, удовлетворяющих требованиям перевозки по автодорогам. Каждый из модулей первого уровня ВМ и НМ состоит из модулей второго уровня (блоков) с встроенной инфраструктурой навесного оборудования.The new mast consists of two modules of the first level: the upper module (VM), the lower module (NM), the mast lifting device block (UPM) and the platform block of the upper working platform (BPVR). UPM and BVVR are removable components of the mast, which provides for disassembly into nodes that meet the requirements of transportation on roads. Each of the modules of the first level of VM and NM consists of modules of the second level (blocks) with built-in infrastructure of attachments.

Все перечисленные модули, включая УПМ и БПВР, стыкуются с помощью пальцевых соединений и быстроразъемных соединений навесного оборудования и коммуникаций. Модули второго уровня включают встроенные секции направляющей для СВП и талевого блока. Секции направляющей представляют собой колонны из двутавровых балок. В двух верхних блоках направляющие жестко закреплены к поясам задней грани. В двух нижних блоках направляющие снабжены шарнирными элементами подвески к несущему каркасу мачты. Принятая система закрепления направляющей обеспечивает многофункциональное использование ее несущей способности, т.е. наряду с восприятием реактивного крутящего момента при работе СВП и изгиба от смещения центра масс подвижных частей талевой системы относительно направляющей, секции направляющей передают также часть силового потока от нагрузки на кронблок к опорам мачты.All of these modules, including UPM and BPVR, are joined using finger joints and quick couplers of attachments and communications. The second level modules include integrated guide sections for the SVP and the tackle block. The guide sections are columns of I-beams. In the upper two blocks, the guides are rigidly fixed to the belts of the rear face. In the lower two blocks, the guides are equipped with hinged suspension elements to the mast supporting frame. The adopted guide rail fixing system provides multifunctional use of its bearing capacity, i.e. along with the perception of reactive torque during operation of the SVP and bending from the displacement of the center of mass of the moving parts of the tackle system relative to the guide, sections of the guide also transmit part of the power flow from the load on the crown block to the mast supports.

ВМ состоит из двух блоков и имеет габариты удовлетворяющего требованиям транспортировки по автодорогам без специального разрешения и сопровождения. Секции несущего каркаса каждого из блоков имеют пальцевое соединение и, при необходимости, модуль первого уровня может демонтироваться на два транспортных блока второго уровня, длина которых составляет, примерно, половину длины модуля первого уровня. Первый (верхний) блок включает кронблок с установленными шкивами талевой системы, второй (нижний блок) служит контейнером для СВП и талевого блока в сборе с каретками. Фиксация этих узлов на период транспортировки достигается за счет проушин на направляющих и каретках, в которые вставляются пальцы. ВМ одновременно служит контейнером для размещения шлейфа с электрическим кабелем и гидравлическими рукавами без отсоединения от СВП. При транспортировке мелкими блоками закрепление СВП и талевого блока остается без изменения, т.е. функцию контейнера будет выполнять только второй блок.The VM consists of two blocks and has dimensions that satisfy the requirements of transportation on roads without special permission and maintenance. The sections of the supporting frame of each of the blocks are finger-connected and, if necessary, the first-level module can be dismantled into two transport blocks of the second level, the length of which is approximately half the length of the first-level module. The first (upper) block includes a crown block with mounted pulleys of the tackle system, the second (lower block) serves as a container for the SVP and the tackle block assembled with carriages. The fixation of these nodes for the period of transportation is achieved due to the eyes on the guides and carriages into which the fingers are inserted. VM simultaneously serves as a container for placing a loop with an electric cable and hydraulic hoses without disconnecting from the SVP. When transporting in small blocks, the fastening of the SVP and the tackle block remains unchanged, i.e. Only the second block will perform the container function.

НМ состоит из двух блоков, сборка которых произведена с помощью быстроразъемного пальцевого соединения. В рабочем положении модуль имеет пирамидальную форму с расширенной базой опор на раме буровой площадки. Для перевозки по автодорогам модуль снабжен механизмом складирования в транспортное положение. Механизм складирования и раздвижения (в рабочее положение) состоит из системы пассивных эксцентриков с ползунами (три уровня) и одного активного эксцентрика с ползуном, который перемещается гидроцилиндром вдоль направляющей СВП. Компоненты механизма складирования размещены как в первом, так и втором блоков НМ.NM consists of two blocks, the assembly of which was carried out using a quick-release finger connection. In the working position, the module has a pyramidal shape with an expanded base of supports on the frame of the drilling site. For transportation by road, the module is equipped with a storage mechanism in the transport position. The storage and sliding mechanism (in working position) consists of a system of passive eccentrics with sliders (three levels) and one active eccentric with a slider that moves with the hydraulic cylinder along the SVP guide. The components of the storage mechanism are located in both the first and second NM blocks.

Первый (верхний) блок НМ содержит «П»-образную ферму с проушинами для шарнирного закрепления симметрично расположенных компонентов несущего каркаса и секцию направляющей СВП, которая состоит из параллельно расположенных двутавровых балок, связанных между собой поперечными балками. Верхний край первой секции направляющей жестко закреплен к ферме, а нижний край подвешен к боковым поясам несущего каркаса через верхние пассивные эксцентрики.The first (upper) NM block contains a “P” -shaped truss with eyelets for hinging the symmetrically located components of the supporting frame and a section of the SVP guide, which consists of parallel I-beams connected by transverse beams. The upper edge of the first section of the guide is rigidly fixed to the truss, and the lower edge is suspended from the side belts of the supporting frame through the upper passive eccentrics.

Второй блок НМ содержит симметрично расположенный несущий каркас с проушинами для закрепления к опорам на буровой площадке. Секция направляющей СВП второго блока НМ с поперечными балками подвешена к несущему каркасу на пассивных эксцентриках (два средних уровня) и активных эксцентриках (одного нижнего уровня), выполняющего также функцию балки гашения реактивного момента при работе СВП.The second NM block contains a symmetrically located supporting frame with eyes for fastening to supports on the drilling site. The SVP guide section of the second NM block with transverse beams is suspended from the supporting frame on passive eccentrics (two middle levels) and active eccentrics (one lower level), which also functions as a quenching beam for reactive moment during SVP operation.

Переход НМ из рабочего в транспортное положение и обратно обеспечивается за счет геометрических параметров эксцентриков «Z»-образной формы и исходного угла наклона относительно оси направляющей линии, соединяющей центр шарнира эксцентрика с центром вращения зеркально расположенных компонентов каркаса. В рабочем положении эксцентрики расположены горизонтально и зафиксированы от перемещения установкой двух осей с каждой из сторон эксцентрика. В этом положении совместно с ползунами и поперечными балками на направляющей СВП они выполняют функцию жестко закрепленных поясов НМ. При извлечении нижних пальцев с каждой из сторон эксцентриков и боковых пальцев на ферме сборка несущих каркасов становится свободной для вращения относительно цилиндрических шарниров, расположенных на «П»-образной ферме. Разворот сборки несущих каркас в сторону сужения и их раздвижение осуществляются за счет перемещения гидроцилиндром ползуна активного эксцентрика. Усилие гидроцилиндра должно обеспечивать преодоление сил трения в шарнирах, ползунах и иных узлах, участвующих в складировании и раздвижении НМ при горизонтальном расположении мачты.The transition of the NM from the working to the transport position and vice versa is ensured by the geometric parameters of the "Z" -shaped eccentrics and the initial angle of inclination relative to the axis of the guide line connecting the center of the eccentric hinge to the center of rotation of the mirror-mounted frame components. In the working position, the eccentrics are horizontal and fixed against movement by installing two axes on each side of the eccentric. In this position, together with the sliders and transverse beams on the guide of the SVP, they perform the function of rigidly fixed NM belts. When removing the lower fingers from each side of the eccentrics and lateral fingers on the truss, the assembly of the supporting frames becomes free to rotate relative to the cylindrical hinges located on the “P” -shaped truss. Turning the assembly of the supporting frame towards the narrowing and their separation is carried out due to the movement of the active eccentric slider by the hydraulic cylinder. The force of the hydraulic cylinder should provide the overcoming of the friction forces in the hinges, sliders and other nodes involved in the storage and extension of the NM with the horizontal position of the mast.

Для разборки НМ на два транспортных блока второго уровня достаточно демонтировать пальцы на стыке секций несущих каркасов (4 пальца) и два пальца на стыке направляющей СВП. Для фиксации компонентов механизма складирования от перемещения при транспортировке на ползунах и на направляющей СВП имеются проушины, в которые (при совпадении в сложенном состоянии) вставляются пальцы. Установка пальцев должна производиться до разборки НМ на блоки второго уровня.To disassemble the NM into two transport blocks of the second level, it is enough to dismantle the fingers at the junction of the sections of the supporting frames (4 fingers) and two fingers at the junction of the guide of the SVP. To fix the components of the storage mechanism from moving during transportation, there are eyelets on the sliders and on the SVP guide, in which fingers are inserted (if they are in the folded state). Installation of the fingers should be done before disassembling the NM on the blocks of the second level.

УПМ состоит из пространственной фермы, двух подкосов с шарнирным закреплением к ферме, двух колонн с фланцевым закреплением к ферме и двух шарнирно закрепленных стяжек между подкосами и колоннами. Все перечисленные компоненты являются транспортно-монтажными единицами. Конструкция фермы обладает повышенной жесткостью в двух плоскостях за счет двух поперечных труб в горизонтальной плоскости и боковой фермы, образованной поперечной двутавровой балкой с трубной решеткой. Применительно к варианту подъема мачты гидроцилиндрами УПМ может трансформироваться в складной подкос мачты. Из компонентов УПМ сохраняются только подкосы, которые встраиваются в НМ. Шарнирное соединение модифицированных подкосов к каркасу НМ позволяет производить их укладку без нарушения требований к габаритам для перевозки по автодорогам.UPM consists of a spatial truss, two struts with articulation to the truss, two columns with flange fastening to the truss and two articulated screeds between the struts and columns. All of these components are transport and assembly units. The truss structure has increased rigidity in two planes due to two transverse pipes in the horizontal plane and a side truss formed by a transverse I-beam with a tube sheet. With regard to the version of lifting the mast with hydraulic cylinders, the UPM can be transformed into a folding strut of the mast. Of the components of the UPM, only struts that are embedded in the NM are stored. The swivel connection of the modified struts to the NM frame allows them to be laid without violating the requirements for dimensions for transportation on roads.

Достаточным условием для проведения операции складирования (раздвижения) является размещение нижней части НМ на грани металлической балки соответствующей длины и отсутствии предметов, препятствующих скольжению каркаса мачты по грани балки.A sufficient condition for the operation of storage (expansion) is the placement of the lower part of the NM on the verge of a metal beam of the appropriate length and the absence of objects that prevent the mast frame from sliding along the edge of the beam.

Для проведения операций монтажа и транспортировки мачты модулями первого уровня предусмотрен вариант применения специальных тележек, оснащенных раздвижной (телескопической) балкой с механизмов подъема с помощью гидроцилиндра для позиционирования мачты в процессе установки на основание буровой установки. При работе механизма складирования раздвижная балка обеспечивает свободный разворот каркаса НМ относительно шарниров на «П»-образной ферме, монтажного кранаTo carry out installation and transportation operations of the mast by first-level modules, an option is provided for using special trolleys equipped with a telescopic beam from the lifting mechanisms using a hydraulic cylinder to position the mast during installation on the base of the drilling rig. When the storage mechanism is operating, the sliding beam provides a free turn of the NM frame relative to the hinges on the "P" -shaped truss, mounting crane

На фиг.1 представлен в двух проекциях общий вид мачты с основными сборочными компонентами.Figure 1 presents in two projections a General view of the mast with the main assembly components.

На фиг.2 представлен в двух проекциях верхний модуль мачты (ВМ) с встроенной системой верхнего привода (СВП).Figure 2 presents in two projections the upper module of the mast (VM) with integrated top drive system (SVP).

На фиг.3 представлен в двух проекциях нижний модуль мачты (НМ) в рабочем положении с встроенной системой складирования в транспортное положение.Figure 3 presents in two projections the lower mast module (HM) in the working position with an integrated storage system in the transport position.

На фиг.4 представлен в двух проекциях нижний модуль мачты (НМ) в сложенном (транспортном) положении.Figure 4 presents in two projections the lower module of the mast (HM) in the folded (transport) position.

На фиг.5 представлен в двух проекциях верхний блок ВМ (первый блок мачты).Figure 5 presents in two projections the top block of the VM (the first block of the mast).

На рис.6 представлен в двух проекциях нижний блок ВМ (второй блок мачты).Fig. 6 shows in two projections the lower unit of the VM (the second mast unit).

На фиг.7 представлен в двух проекциях верхний блок НМ в сложенном (транспортном) положении (третий блок мачты).Figure 7 presents in two projections the upper block NM in the folded (transport) position (third mast block).

На фиг.8 представлена в двух проекциях промежуточная секция верхнего блока НМ (третьего блока мачты).On Fig presents in two projections an intermediate section of the upper block NM (third block of the mast).

На фиг.9 представлен в двух проекциях ползун верхнего блока НМ (третьего блока мачты).Figure 9 presents in two projections the slider of the upper block NM (the third mast block).

На фиг.10 представлен в двух проекциях «Z»-образный эксцентрик верхнего блока НМ (третьего блока мачты).Figure 10 presents in two projections a "Z" -shaped eccentric of the upper block NM (third mast block).

На фиг.11 представлен в двух проекциях нижний блок НМ в сложенном (транспортном) положении (четвертый блок мачты).Figure 11 presents in two projections the lower block NM in the folded (transport) position (fourth mast block).

На фиг.12 представлены узлы механизма складирования верхнего блока НМ в рабочем положении.On Fig presents the nodes of the storage mechanism of the upper unit NM in the working position.

На фиг.13 представлены узлы механизма складирования верхнего блока НМ в сложенном (транспортном) положении.On Fig presents the nodes of the storage mechanism of the upper unit NM in the folded (transport) position.

На фиг.14 представлено в двух проекциях устройство подъема мачты (УПМ).On Fig presents in two projections a mast lifting device (UPM).

На фиг.15 представлен в двух проекциях верхний блок ВМ в транспортном положении на платформе грузового автомобиля.On Fig presented in two projections of the upper unit of the VM in the transport position on the platform of the truck.

На фиг.16 представлен в двух проекциях нижний блок ВМ в транспортном положении на платформе грузового автомобиля.On Fig presents in two projections the lower unit of the VM in the transport position on the platform of the truck.

На фиг.17 представлен в двух проекциях верхний блок НМ в транспортном положении на платформе грузового автомобиля.On Fig presents in two projections the upper block NM in the transport position on the platform of the truck.

На фиг.18 представлен в двух проекциях нижний блок НМ в транспортном положении на платформе грузового автомобиля.On Fig presents in two projections the lower block NM in the transport position on the platform of the truck.

На фиг.19 представлен в двух проекциях ВМ при транспортировке тягачом на специальной транспортной тележке.On Fig presented in two projections of the VM when transported by a tractor on a special transport trolley.

На фиг.20 представлен в двух проекциях НМ при транспортировке тягачом на специальной транспортной тележке.On Fig presented in two projections of NM when transported by a tractor on a special transport trolley.

На фиг.21 представлен этап установки ВМ и НМ (модулей первого уровня) мачты на основание буровой установки с использованием специальных транспортных тележек.On Fig presents the stage of installation of VM and NM (first level modules) of the mast on the base of the rig using special transport trolleys.

На фиг.22 представлен этап оснащения мачты канатами системы подъема, установки монтажной стойки и подвески платформы верхового рабочего.On Fig presents the stage of equipping the mast with ropes of the lifting system, installation of the mounting rack and suspension platform of the riding worker.

Представленное описание конструкции мачты не следует рассматривать как ограничение в использовании потенциальных возможностей изобретения. Возможны другие варианты комплектации и модификации компонентов сборки, в которых могут быть использованы изложенные принципы построения кинематики складирования мачты. Ниже представлен один из возможных вариантов реализации изобретения.The presented description of the mast design should not be construed as limiting the use of the potential of the invention. Other assembly options and modifications of assembly components are possible, in which the stated principles of constructing the mast storage kinematics can be used. Below is one of the possible embodiments of the invention.

Общий вид мачты на фиг.1 включает ВМ 1, НМ 2, УПМ 4, платформу верхового рабочего 6, пальцы 3 для соединения ВМ и НМ, пальцы 5 для соединения мачты с УПМ, опоры мачты и УПМ 7,8. Перечисленные базовые компоненты обеспечивают выполнение рабочих функций мачты в составе подъемной системы буровой установки. УПМ 4, наряду с выполнением операций по подъему мачты, выполняет функцию подкоса после подъема мачты в вертикальное положение.General view of the mast in figure 1 includes a VM 1, NM 2, UPM 4, the platform of the riding worker 6, fingers 3 for connecting the VM and NM, fingers 5 for connecting the mast with UPM, mast support and UPM 7.8. The listed basic components ensure that the mast functions as part of the lifting system of the rig. UPM 4, along with the operation of lifting the mast, performs the function of the strut after lifting the mast in a vertical position.

ВМ 1 мачты на фиг.2 включает два модуля второго уровня (транспортно-монтажных блока) 9 и 10. Верхний и нижний блоки соединены между собой пальцами 11.VM 1 mast in figure 2 includes two modules of the second level (transport and mounting blocks) 9 and 10. The upper and lower blocks are interconnected by fingers 11.

Верхний блок ВМ 9 состоит из несущего каркаса 16 и сборки кронблока на раме 17, которая соединена с несущим каркасом с помощью пальцев 18. К задней грани каркаса 16 жестко закреплена секция направляющей СВП 19. В общем случае секция направляющей представляет собой две параллельные колонны двутаврового сечения, закрепляемых определенным способом к несущему каркасу мачты.The upper block VM 9 consists of a supporting frame 16 and an assembly of a crown block on a frame 17, which is connected to the supporting frame by means of the fingers 18. A guide section of the SVP 19 is rigidly fixed to the rear edge of the frame 16. In general, the guide section is two parallel columns of I-section fixed in a certain way to the supporting frame of the mast.

Нижний блок ВМ 10 состоит из несущего каркаса 20 с встроенной секцией направляющей СВП 21, талевого блока 22, подвижной части СВП 24, каретки талевого блока 23 и каретки СВП 25. Каретки 23 и 25 снабжены роликами на подшипниках качения, которые перемещаются по внутренним поверхностям полок и стенок двутаврового профиля направляющей СВП. Рамы кареток 23 и 25 снабжены узлами для закрепления талевого блока и корпуса СВП. Эти узлы могут иметь различное исполнение применительно к особенностям конструкции СВП 24 и талевого блока 22. Подвижная часть СВП 24 подвешена к траверсе талевого блока 22, что делает эту сборку моноблочной подвижной частью талевой системы. На стропах СВП 24 подвешен элеватор 26 для работы с бурильным инструментом или специальной подвеской, используемой, в частности, в канатной оснастке для подъема мачты. На направляющей СВП 21 размещены проушины для закрепления кареток 23 и 25 при транспортировке ВМ без разборки или модулями (блоками) второго уровня.The lower block VM 10 consists of a supporting frame 20 with an integrated guide section SVP 21, a traveling block 22, a moving part SVP 24, a traveling block carriage 23 and a SVP 25 carriage. The carriage 23 and 25 are equipped with rollers on rolling bearings that move along the inner surfaces of the shelves and walls of the I-beam profile of the SVP guide. The frames of the carriages 23 and 25 are equipped with nodes for fixing the traveling block and the SVP body. These nodes can have different designs in relation to the design features of the SVP 24 and the tackle block 22. The movable part of the SVP 24 is suspended from the traverse of the tackle block 22, which makes this assembly a one-piece movable part of the tackle system. An elevator 26 is suspended on slings of SVP 24 for working with a drilling tool or a special suspension used, in particular, in rope equipment for lifting the mast. On the guide rail of the SVP 21 there are eyes for securing the carriages 23 and 25 during transportation of the VM without disassembly or second-level modules (blocks).

НМ 2 мачты на фиг.3 включает два модуля второго уровня (транспортно-монтажных блока) 12 и 13. Верхний и нижний блоки соединены между собой пальцами 14 и пальцами 15 на стыке направляющих СВП. На фиг.4 представлен НМ 2 в сложенном (транспортном) положении.NM 2 mast in figure 3 includes two modules of the second level (transport and mounting blocks) 12 and 13. The upper and lower blocks are interconnected by fingers 14 and fingers 15 at the junction of the guides of the SVP. Figure 4 presents NM 2 in the folded (transport) position.

Верхний блок НМ 12 на фиг.7 состоит из промежуточной секции 27, несущего каркаса 28, ползуна 30, эксцентриков 31 и пальцев 29, которые соединяют промежуточную секцию 27 с несущим каркасом 28. Промежуточная секция 27 на фиг.8 состоит из «П»-образной фермы 32, к которой жестко закреплена секция направляющей СВП 33. Колонны направляющей соединены между собой поперечными балками 36 и балкой с проушинами 34. На нижней полке колонн размещены направляющая ползуна с проушиной 35 и проушины 37 в месте стыковки секций направляющих в верхнем и нижнем блоке НМ.The upper block HM 12 in Fig.7 consists of an intermediate section 27, the supporting frame 28, the slider 30, the eccentrics 31 and the fingers 29, which connect the intermediate section 27 with the supporting frame 28. The intermediate section 27 in Fig.8 consists of "P" - shaped farm 32 to which the guide section of the SVP 33 is rigidly fixed. The guide columns are interconnected by transverse beams 36 and a beam with eyes 34. On the lower shelf of the columns there is a guide slide with an eye 35 and eye 37 at the junction of the guide sections in the upper and lower block NM

Ползун 30 верхнего блока НМ на фиг.9 состоит и из симметрично расположенных башмаков 38, соединенных балкой 39. Башмаки имеют длину «l» для обеспечения перемещения по направляющей без перекоса. С каждой из сторон башмака расположены проушины 40 с двумя отверстиями. На торцевой поверхности каждого башмака расположены проушины 41 для фиксации каретки в транспортном положении блока.The slider 30 of the upper block NM in figure 9 also consists of symmetrically arranged shoes 38 connected by a beam 39. The shoes have a length of "l" to ensure movement along the guide without distortion. On each side of the shoe are eyelets 40 with two holes. On the end surface of each shoe there are eyes 41 for fixing the carriage in the transport position of the block.

Эксцентрик 31 на фиг 10 состоит из полок «Z»-образной формы 42, втулок 43, которые соединены меду собой стенками 44. В составе верхнего блока НМ 12 эксцентрики 31 соединяют несущий каркас 28 с проушинами ползуна 30 и создают кинематическую пару по управлению положением несущего каркаса.The eccentric 31 in FIG. 10 consists of “Z” -shaped shelves 42, bushings 43, which are connected by honey walls 44. As part of the upper block NM 12, the eccentrics 31 connect the support frame 28 to the eyes of the slider 30 and create a kinematic pair for controlling the position of the carrier frame.

Нижний блок НМ 13 на фиг.11 состоит из двух симметрично расположенных секций несущего каркаса 45 и трех уровней сборки ползунов и эксцентриков, соответственно, 47 и 48, 49 и 50, 51 и 52. На стыке направляющих СВП расположены проушины 55, которые соединяются с ответными проушинами смежной секции направляющей 37 и фиксируются пальцами. На колоннах задней грани расположены четыре проушины 56 для соединения с проушинами на УПМ установкой пальцев 5 в совмещенные отверстия.The lower block NM 13 in Fig. 11 consists of two symmetrically located sections of the supporting frame 45 and three levels of assembly of the sliders and eccentrics, respectively, 47 and 48, 49 and 50, 51 and 52. At the junction of the guides of the SVP are eyes 55 that connect to mating eyes of an adjacent section of the guide 37 and are fixed with fingers. On the columns of the rear face there are four eyes 56 for connecting with the eyes on the UPM by installing the fingers 5 in the combined holes.

По своему конструктивному исполнению ползуны и эксцентрики аналогичны верхнему блоку НМ 12 и обеспечивают подвеску секции направляющей СВП 46 к симметрично расположенным секциям несущего каркаса 45.In their design, the sliders and eccentrics are similar to the upper block NM 12 and provide suspension sections of the guide rail SVP 46 to symmetrically located sections of the supporting frame 45.

Нижний ползун 51 перемещается по направляющим с помощью гидроцилиндра 53. Передача усилия от штока гидроцилиндра 53 к ползуну 51 осуществляется штангой 54. Корпус гидроцилиндра шарнирно закреплен к поперечной балке секции направляющей СВП 34. Для прохождения штока гидроцилиндра 53 и штанги 54 поперечная балка ползуна 49 и поперечная балка направляющей СВП снабжены отверстиями. Зеркально расположенные эксцентрики 52 являются одновременно балками гашения реактивного момента при работе СВП и имеют сечения, удовлетворяющие условиям прочности при действии максимального крутящего момента, развиваемого СВП при сборке и разборке замковых соединений бурильных труб.The lower slider 51 is moved along the guides with the help of the hydraulic cylinder 53. The force is transmitted from the hydraulic cylinder rod 53 to the slider 51 by the rod 54. The hydraulic cylinder body is pivotally attached to the transverse beam of the guide section of the SVP 34. To pass the hydraulic cylinder rod 53 and the rod 54, the transverse beam of the slider 49 and the transverse SVP guide beam provided with holes. Mirror-mounted eccentrics 52 are simultaneously beams of quenching of the reactive moment during SVP operation and have sections meeting the strength conditions under the action of the maximum torque developed by the SVP during assembly and disassembly of drill pipe tool joints.

На фиг.12 и 13 представлены выносные элементы «А» сборки ползуна 30 и эксцентрика 31, взаимодействие которых с несущим каркасом 28 и секцией направляющих СВП 33 отображают принцип кинематического и силового взаимодействия элементов механизма складирования мачты. В рабочем положении на НМ 2, фиг.3, установлены все пальцы в совмещенные отверстия проушин ползунов и эксцентриков, как и выносном элементе «А» на фиг.12, которые обеспечивают неподвижность всех компонентов НМ 2. Для перехода в режим складирования удаляются внешние съемные пальцы в сборке «П»-образной фермы, фиг.7, и нижние пальцы эксцентриков 58, как показано на фиг.12. На фиг.12 эти пальцы снабжены цепочками для закрепления к узлам, на которых расположены неподвижные проушины. В новом состоянии несущий каркас НМ 2 становится подвижным и две зеркально расположенные секции несущего каркаса могут вращаться относительно двух внутренних осей 29 на «П»-образной ферме 27, фиг.7. Поворот секций несущего каркаса осуществляется перемещением ползуна 51 с помощью гидроцилиндра 53. При повороте несущего каркаса «Z»-образные эксцентрики разворачиваться относительно осей 57 при одновременном перемещении ползуна 30 вдоль направляющей 33. Достаточным условием для выхода эксцентрика из горизонтального положения является смещение «d» оси вращения эксцентрика относительно горизонтальной оси эксцентрика в зафиксированном состоянии, которые образуют угол «е» между горизонтальной осью эксцентрика и осью, соединяющей центры отверстий боковых проушин. Величина расстояния «d» и, соответственно, угла «е» для каждого пассивного эксцентрика выбрана из условия создания усилия вдоль направляющей, превышающего усилие сухого трения при перемещении ползуна вдоль направляющей и возможных внешних воздействий препятствующих повороту секций несущего каркаса.On Fig and 13 presents the remote elements "A" of the Assembly of the slider 30 and the eccentric 31, the interaction of which with the supporting frame 28 and the guide section of the SVP 33 reflect the principle of kinematic and force interaction of the elements of the mast storage mechanism. In the operating position on HM 2, FIG. 3, all fingers are installed in the combined holes of the eyes of the sliders and eccentrics, as well as the remote element “A” in FIG. 12, which ensure the immobility of all components of HM 2. To switch to the storage mode, external removable the fingers in the assembly of the "P" -shaped truss, Fig.7, and the lower fingers of the eccentrics 58, as shown in Fig.12. 12, these fingers are provided with chains for fastening to the nodes on which the fixed eyes are located. In the new state, the supporting frame NM 2 becomes movable and two mirror-located sections of the supporting frame can rotate relative to the two internal axes 29 on the "P" -shaped truss 27, Fig.7. The rotation of the sections of the supporting frame is carried out by moving the slider 51 with the help of the hydraulic cylinder 53. When the supporting frame is rotated, “Z” -shaped eccentrics unfold relative to the axes 57 while moving the slider 30 along the guide 33. A sufficient condition for the eccentric to exit from the horizontal position is to shift the axis “d” rotation of the eccentric relative to the horizontal axis of the eccentric in a fixed state, which form an angle “e” between the horizontal axis of the eccentric and the axis connecting the centers of the holes of the side eyes. The distance “d” and, accordingly, the angle “e” for each passive eccentric are selected from the condition of creating a force along the guide that exceeds the dry friction force when moving the slide along the guide and possible external influences that prevent the rotation of the sections of the supporting frame.

В плане функционального назначения эксцентрики 52 являются активными (приводными) эксцентриками, тогда как остальные эксцентрики перемещаются только за счет разворота несущего каркаса НМ 2 и являются пассивными (ведомыми) эксцентриками. НМ 2 в сложенном положении представлен на фиг.4 где отображено новое положение компонентов складирования мачты, приведенных на фиг.3.In terms of functionality, the eccentrics 52 are active (drive) eccentrics, while the rest of the eccentrics are moved only due to the rotation of the supporting frame NM 2 and are passive (driven) eccentrics. HM 2 in the folded position is shown in FIG. 4, where the new position of the mast storage components shown in FIG. 3 is displayed.

Подъем вышки и ее удержание в рабочем положение обеспечивает УПМ, общий вид которой приведен на фиг.14. УПМ состоит из следующих транспортно-монтажных узлов: поперечной балки 59, двух колонн 60, двух подкосов 61. На колоннах 60 размещены два шкива канатной системы подъема мачты и обводной шкив для талевого каната лебедки. Поперечная балка 59 соединена с колоннами 60 с помощью четырех пальцев. Сборка подкосов 61 с балкой 59 обеспечивается четырьмя пальцами 63. Между колоннами 60 и поперечной балкой установлены две регулируемые растяжки 64 для повышения жесткости УПМ в фронтальной плоскости колонн. Между колоннами 60 и подкосами 61 установлены две регулируемые стяжки 62, обеспечивающие выборку зазоров в шарнирных соединениях в плоскости колонн и подкосов.Raising the tower and its retention in the working position provides UPM, a General view of which is shown in Fig. UPM consists of the following transport and assembly units: a transverse beam 59, two columns 60, two struts 61. On the columns 60 there are two pulleys of a rope mast lifting system and a bypass pulley for a hoist hoist rope. The crossbeam 59 is connected to the columns 60 with four fingers. The strut assembly 61 with the beam 59 is provided with four fingers 63. Between the columns 60 and the transverse beam two adjustable extensions 64 are installed to increase the stiffness of the UPM in the frontal plane of the columns. Between the columns 60 and the struts 61, two adjustable couplers 62 are installed, providing a selection of gaps in the hinges in the plane of the columns and struts.

На фиг.15 и 16 представлен вариант транспортировки верхнего и нижнего блоков ВМ 1, соответственно, 9 и 10 на платформах грузовых автомобилей общего назначения 65. Каркас нижнего блока 10 является одновременно контейнером для перевозки сборки талевого блока и СВП. Закрепление талевого блока и СВП к каркасу блока 10 на фиг.10 осуществляется установкой пальцев в совмещенные отверстия проушин на каретках 23, 25 и колоннах секций направляющей СВП 21.On Fig and 16 presents the option of transporting the upper and lower blocks of BM 1, respectively, 9 and 10 on the platforms of general-purpose trucks 65. The frame of the lower block 10 is simultaneously a container for transporting the assembly of the tackle block and the SVP. Fastening the tackle block and the SVP to the frame of the block 10 in Fig. 10 is carried out by installing the fingers in the combined holes of the eyes on the carriages 23, 25 and the columns of the sections of the guide of the SVP 21.

На фиг.17 и 18 представлен вариант транспортировки верхнего и нижнего блоков НМ 2, соответственно, 12 и 13 на платформах грузовых автомобилей общего назначения 65. Разборка НМ 2 на блоки 12 и 13 производится после складирования мачты в транспортное положение, как показано на фиг.4, и закрепления ползунов к направляющим установкой пальцев в совмещенные проушины верхнего и нижнего ползунов с проушинами на направляющей.FIGS. 17 and 18 show a variant of transportation of the upper and lower blocks of НМ 2, respectively, 12 and 13 on platforms of general-purpose trucks 65. Dismantling of НМ 2 into blocks 12 and 13 is carried out after the mast is stored in the transport position, as shown in FIG. 4, and securing the sliders to the guide installation of the fingers in the combined eyes of the upper and lower sliders with the eyes on the guide.

Монтаж мачты при транспортировке мелкими модулями может производиться с использованием традиционных транспортных и грузоподъемных средств. Сборка мачты и ее установка на буровую площадку производится обычными грузоподъемными средствами.Installation of the mast during transportation by small modules can be carried out using traditional transport and lifting equipment. Assembly of the mast and its installation on the drilling site is carried out by conventional lifting means.

Монтаж мачты с использованием специальных транспортных средств, представленных на фиг.19 и 20, производится в последовательности, которые отражены на фиг.21 и 22:Mounting the mast using special vehicles, presented in Fig.19 and 20, is performed in the sequence, which are reflected in Fig.21 and 22:

- на основание буровой установки 68 устанавливается УПМ 4 и закрепляется пальцами к опорам 7 и 8;- UPM 4 is installed on the base of the drilling rig 68 and fixed with fingers to the supports 7 and 8;

- НM 2 (в горизонтальном положении) приподнимается с помощью домкрата на тележке 66 и опускается на рабочую площадку основания 68. В этом положении производится раздвижение колонн НМ 2 с помощью гидроцилиндра 53 и выполняются все необходимые операции по установке пальцев для фиксации компонентов НМ 2 в рабочем положении;- НМ 2 (in horizontal position) is lifted by means of a jack on the trolley 66 and lowered to the working platform of the base 68. In this position, the НМ 2 columns are extended using the hydraulic cylinder 53 and all necessary operations are performed to install the fingers to fix the НМ 2 components in the working position;

- с помощью тягача 67 и домкрата на тележке 66 НМ 2 подводится к опорам 7 и фиксируется пальцами;- using a tractor 67 and a jack on a trolley 66 NM 2 is brought to the supports 7 and fixed with fingers;

- тележка 66, на которой транспортировался НМ 2, перемещается в положение, как показано на фиг.21, тягач 67 освобождается от удержания НМ 2;- the trolley 66, on which the HM 2 was transported, moves to the position, as shown in Fig. 21, the tractor 67 is released from holding the HM 2;

- к свободному торцу НМ 2 с помощью тягача 67 и домкрата на тележке 66 подводится и стыкуется ВМ 1;- to the free end of NM 2 with the help of the tractor 67 and the jack on the trolley 66 is fed and docked VM 1;

- СВП перемещается в НМ 2, к элеватору подвешивается уравнительная балка, мачта оснащается грузовыми канатами 71, а талевая система буровым канатом 72;- SVP moves to HM 2, a leveling beam is suspended to the elevator, the mast is equipped with freight ropes 71, and the hoist system is drilled with a rope 72;

- мачта приподнимается с помощью лебедки 69, устанавливается монтажная стойка 70, тягач 67 отъезжает, устанавливается платформа 6;- the mast is lifted with the help of a winch 69, the mounting rack 70 is installed, the tractor 67 drives off, the platform 6 is installed;

- мачта поднимается с помощью лебедки 69 в вертикальное положение и закрепляется пальцами 5 на фиг.1 к УПМ 4.- the mast rises with the help of a winch 69 in a vertical position and is secured with the fingers 5 in figure 1 to UPM 4.

Claims

1. Складная мачта с встроенной системой верхнего привода, состоящая из верхнего и нижнего блоков, каждый из которых включает состоящий из секций несущий каркас, образующий внутреннее пространство мачты, верхний модуль соединен в верхней части с кронблоком, нижний модуль снабжен опорами крепления к основанию, при этом верхний и нижний модули содержат замковые устройства, позволяющие отделять модули друг от друга в транспортном положении, платформы и опоры, закрепляемые к основанию буровой установки, устройство подъема мачты, талевую систему и верхний привод вращения колонны бурильных труб снабженный каретками для его перемещения по направляющим, отличающаяся тем, что верхний и нижний блок снабжены двумя параллельными колоннами, расположенными во внутреннем пространстве мачты, с возможностью восприятия нагрузки от кронблока, параллельные колонны, расположенные в нижнем модуле соединены между собой рядами поперечных балок, балкой с проушиной и Z-образными эксцентриками с секциями несущего каркаса нижнего модуля, при этом последний снабжен механизмом складирования для перевода мачты в транспортное положение и включает приводной гидроцилиндр, шток которого взаимодействует с ползуном нижней поперечной балки для обеспечения поворота секций несущего каркаса нижнего модуля симметрично относительно параллельных колонн, а каретки верхнего привода установлены с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью параллельных колонн и снабжены проушинами, обеспечивающими крепление верхнего привода в верхнем модуле мачты в транспортном положении мачты при сохранении оснастки талевой системы.1. Foldable mast with integrated top drive system, consisting of upper and lower blocks, each of which includes a supporting frame consisting of sections, forming the interior of the mast, the upper module is connected in the upper part to the crown block, the lower module is equipped with mounting supports to the base, the upper and lower modules contain locking devices that allow you to separate the modules from each other in the transport position, platforms and supports fixed to the base of the rig, mast lifting device, tackle system mu and the upper drive of rotation of the drill pipe string equipped with carriages for its movement along the guides, characterized in that the upper and lower blocks are equipped with two parallel columns located in the inner space of the mast, with the possibility of the load from the crown block, parallel columns located in the lower module are connected between each other by rows of transverse beams, a beam with an eye and Z-shaped eccentrics with sections of the supporting frame of the lower module, the latter being equipped with a storage mechanism for the mast is in transport position and includes a driving hydraulic cylinder, the rod of which interacts with the slider of the lower transverse beam to ensure rotation of the sections of the supporting frame of the lower module symmetrically with respect to the parallel columns, and the carriages of the upper drive are mounted with the possibility of interaction with the outer surface of the parallel columns and are equipped with eyes that provide fastening top drive in the upper mast module in the transport position of the mast while maintaining the rig system.

2. Складная мачта по п.1, отличающаяся тем, что нижний модуль снабжен П-образной фермой, к которой шарнирно присоединены два зеркально расположенных каркаса с возможностью вращения относительно осей на задней грани фермы при удалении двух осей с каждой боковой грани фермы.2. The folding mast according to claim 1, characterized in that the lower module is equipped with a U-shaped truss, to which two mirror-mounted frames are pivotally rotatable relative to the axes on the rear face of the truss while removing two axes from each side face of the truss.

3. Складная мачта по п.1, отличающаяся тем, что ползуны механизма складирования мачты с каждой из боковых сторон снабжены проушинами, имеющими два отверстия для управления степенью свободы - неподвижное при установке двух пальцев с каждой стороны и подвижное при удалении двух нижних пальцев с каждой стороны, а балки параллельных колонн снабжены симметрично расположенными дополнительными проушинами, позволяющими в рабочем положении мачты посредством пальцев зафиксировать ползуны и эксцентрики.3. The folding mast according to claim 1, characterized in that the sliders of the mast storage mechanism on each of the sides are provided with eyes having two holes for controlling the degree of freedom - fixed when two fingers are installed on each side and movable when two lower fingers are removed from each sides, and the beams of parallel columns are equipped with symmetrically arranged additional eyes, allowing in the working position of the mast by means of fingers to fix the sliders and eccentrics.

4. Складная мачта по п.3, отличающаяся тем, что эксцентрики имеют Z-образную форму, между проушинами которых размещаются ползуны при нахождении мачты в транспортном положении. 4. The folding mast according to claim 3, characterized in that the eccentrics are Z-shaped, between the eyes of which the sliders are placed when the mast is in the transport position.