2.3. Узлы, обеспечивающие транспортирование колонны гибких труб

Одним из наиболее ответственных узлов агрегата является транспортер. Он должен обеспечивать перемещение колонны гибких труб в заданном диапазоне без проскальзывания рабочих элементов и повреждений наружной поверхности трубы и ее геометрии. Необходимо, чтобы транспортер при перемещении КГТ и вверх, и вниз работал одинаково надежно.

К настоящему времени сложились два направления в конструировании транспортеров – с одной и двумя тяговыми цепями, снабженными плашками, взаимодействующими с колонной гибких труб. Плашки прижимаются к гибкой трубе с помощью гидравлических цилиндров. Кроме того, из патентной (см. Приложение) и технической литературы известны и другие конструкции транспортеров, однако они, по нашему мнению, представляют интерес только как образцы развития технической мысли конструкторов.

Принципиальная схема транспортера с двумя цепями приведена на рис. 2.11, а. На корпусе 1 слева и справа от гибкой трубы 3 расположены две двухрядные цепи 5, состоящие из пластин 14 и втулок 13. Звенья цепей соединены пальцами 15 и снабжены плашками 16. Плашки расположены между звеньями цепей (рис. 2.11, б). Каждая плашка установлена на двух пальцах, которые друг с другом соединены "в замок", в результате чего их тыльные поверхности 18 образуют непрерывную плоскость. Каждая плашка выполнена с возможностью небольшого (порядка 3 – 5) углового перемещения относительно одного из пальцев (верхнего) цепи. Это позволяет плашкам проводить самоустановку рабочей поверхности 17 относительно гибкой трубы.

Рис. 2.11. Принципиальная схе­ма транспортера с двумя цепями (а) и поперечное сечение его узла плашек (б): a, b, c, f – точки подвода жидкости от вторичных регуляторов к цилиндрам прижима

Тыльные поверхности плашек взаимодействуют с роликами 12, которые не более чем по три штуки закреплены в каретках 11. Последние прижимаются к цепи посредством гидравлических цилиндров 10. Жидкость в полости последних поступает от регуляторов давления 6, к которым попарно при­соединены цилиндры, находящиеся слева и справа от гибкой трубы. К регуляторам давления рабочая жидкость гидропривода поступает от насосной станции 7. Для обеспечения постоянного соотношения усилий прижима плашек диаметры d₁ – d₄ гидроцилиндров 10 могут быть различными.

Цепи с плашками перекинуты через звездочки ведущие 2, 4 и направляющие 8, 9. Для обеспечения синхронности перемещения цепей валы ведущих звездочек кинематически связаны синхронизирующими шестернями (на схеме не показаны). Каждая верхняя звездочка через редуктор соединена с гидравлическим мотором (на схеме не показаны), приводящим ее в действие. Питание гидромоторов осуществляется от насосной станции агрегата подземного ремонта, в состав которого входит описываемое устройство. Конструкция осей, на которых установлены нижние звездочки 8 и 9, предусматривает возможность их вертикального перемещения и с помощью натяжных гидроцилиндров (на схеме не показаны).

Характерные размеры каретки, плашки и цепи следующие: расстояния между осями роликов на каретке и между осями роликов соседних кареток равно шагу цепи, а длина рабочей поверхности плашки меньше или равна шагу цепи.

Работа транспортера для перемещения колонны гибких непрерывных труб агрегата подземного ремонта скважин происходит следующим образом.

Рис. 2.12. Принципиальная схема транспортера с одной цепью: 1 – узел раскрывающихся плашек; 2 – ведущий вал со звездочками; 3 – цепная понижающая передача; 4 – гидравлические цилиндры натяжения цепей; 5 – ведомый вал со звездочками; 6 – опора транспортера; 7 – герметизатор устья; 8 – гидромотор; 9 – корпус

При движении трубы 3 гидроцилиндры 10 прижимают каретки 11 с роликами 12 к тыльной поверхности 18 плашек 16, а они, в свою очередь, рабочей поверхностью 17 соприкасаются с поверхностью гибкой трубы 3. Крутящий момент от гидромоторов передается редукторами к ведущим звездочкам 2 и 4, которые обеспечивают перемещение цепей 5 и соединенных с ними плашек в нужном направлении. При движении плашек 16 ролики 12 катятся по их тыльной поверхности 18.

Геометрические соотношения размеров плашек и кареток обеспечивают гарантированное приложение нагрузки, создаваемой гидроцилиндром, к какой-либо плашке в любом ее положении. Заданный размер рабочей части плашки исключает деформирование поверхности трубы в периоды вхождения в контакт с плашкой и выхода из него.

При наличии каких-либо дефектов гибкой трубы (напри­мер, местное смятие, вспучивание, нарушение правильной гео­метрии) отклоняется от своего нормального положения и плашка, контактирующая с поверхностью трубы в этой зоне.

Необходимый закон изменения тягового усилия по длине контакта плашек с трубой устанавливается регуляторами дав­ления 6 и изменениями диаметров цилиндров 10.

Принципиальная схема транспортера с одной цепью приведена на рис. 2.12. В данном случае перемещение трубы осу­ществляется посредством одной цепи, несущей на себе шарнирно соединенные плашки (по существу используются две параллельно установленные однорядные цепи, между которыми располагаются плашки). Устройство состоит из корпуса, в верхней части которого размещен вал ведущей звездочки, а в нижней – ведомой. Вращение ведущего вала обеспечивается с помощью цепного редуктора, приводимого в действие от гидромотора. Как и в ранее рассмотренной схеме, в конструкции нижнего вала предусмотрена возможность перемещения его в вертикальном направлении, что позволяет регулировать натяжение цепи. Гидравлические цилиндры находятся на внешней стороне корпуса.

Плашки, захватывающие трубу (рис. 2.13), выполнены таким образом, что ось пальцев цепей пересекается с осью гибкой трубы и перпендикулярна ей. Это обеспечивает передачу на цепи только вертикально направленных сил без эксцентриситета относительно оси каждой из них. В результате цепь передает только растягивающую нагрузку, изгибающие моменты в любых плоскостях отсутствуют. Внутри корпуса каждой плашки расположены два шарнирно закрепленных захвата, в средней части они снабжены сменными плашками, взаимодействующими с трубой, а на конце, противоположном шарниру, имеют ролики. Именно они взаимодействуют с при­­жимным устройством в той зоне, где должен быть обеспечен контакт плашек и трубы. На рис. 2.13 плашки, находящиеся в верхних положениях в зоне звездочек, показаны раскрытыми. При подходе к рабочему участку плашки закрываются и плот­но охватывают гибкую трубу.

Помимо описанных целесообразно рассмотреть и ряд иных конструкций транспортеров. Не все конструкции были реализованы в металле, однако они представляют интерес с точки зрения диапазона возможных технических решений.

Схема простейшей конструкции транспортера с двумя цепями и механическим регулированием режима работы показана на рис. 2.14 (а.с. № 2041337)^. Каждый из рядов цепей расположен на звездочках, установленных на двух отдельных рамах. Натяжение цепей создается вертикально установленными в нижней части рам винтами. Прижатие плашек к поверхности гибкой трубы обеспечивается винтовыми стяжками. Таким образом, вся металлоконструкция транспортера участвует в передаче усилий, прижимающих плашки к трубе.

Рис. 2.13. Поперечное сечение узла плашек, захватывающих трубу: 1 – ось вращения плашек; 2 – каретка; 3, 4 – соответственно вкладыш и корпус плашки; 5 – цепь привода; 6 – стопор; 7 – ролик

К интересным конструкциям транспортера следует отнести механическую систему обеспечения прижима плашек к трубе (рис. 2.15) (а.с. № 224427). Она также состоит из двух цепей. Чтобы обеспечить прижим плашек к поверхности трубы на рабочем участке, их выполняют подпружиненными и снабжают тол­кателями. На тыльной части каждого толкателя установлен ролик. На рабочем участке плашек внутри корпуса транспортера расположены две направляющие, при взаимодействии с которы- ми ролики толкателей перемещаются по направлению к поверхности трубы и прижимаются к ней с усилием, определяемым в соответствии с настройкой пружин, расположенных в толкателях. Такая конструкция позволяет осуществлять плавный подвод и отвод плашек от поверхности трубы.

Общим недостатком последних двух конструкций является отсутствие оперативного регулирования усилий прижима плашек к трубе. Это требование, как показывает практика, может быть выполнено только при использовании объемного гидропривода.

	Рис. 2.14. Схема транспортера с двумя цепями и механическим регулированием прижима плашек и натяжения цепей: 1 – ось ведомой звездочки с натяжным механизмом; 2 – место расположения КГТ; 3 – цепь; 4 – ведущий вал со звездочками; 5 – левая рама; 6 – механизм прижима; 7 – правая рама; 8 – превентор
Рис. 2.15. Схема транспортера с механическим прижимом плашек: 1 – звено цепи; 2 – плашка; 3 – толкатель; 4 – упругий элемент; 5 – направляющая; 6 – втулка штока; 7 – ролик; 8 – колонна гибких труб

­

Рис. 2.16. Схема транспортера с использованием эластичных рукавов для прижима плашек: 1 – левая рама; 2 – направляющие ролики; 3 – колонна гибких труб; 4 – цепь; 5 – ведомая звездочка; 6 – ролик механизма натяжения цепи; 7 – эластичный рукав; 8 – его внутренняя полость, заполненная жидкостью гидропривода; 9 – штуцер; 10 – ведущая звездочка; 11 – редуктор с приводным двигателем

Вариант с использованием гидропривода в механизме при­жатия плашек и натяжения цепей показан на рис. 2.16 (а.с. № 785458). Для создания усилия применяют два эластичных рукава, в которые под давлением подают рабочий агент. Усилие передается роликами, установленными на шарнирно закрепленных каретках, смонтированных, в свою очередь, на поверхности рукавов. Для натяжения цепей используют две пары роликов, расположенных на коленчатых рычагах и прижимаемых к цепям посредством гидроцилиндров. В рассмотренной конструкции ведущими являются нижние звездочки. Как показывает опыт эксплуатации, применение их в качестве ведущих представляет собой не самое лучшее решение, поскольку в этом случае внешняя часть цепей передает усилие при подъеме колонны гибких труб и регулирование натяжения цепей становится затруднительным. Данный вариант используется при механическом приводе цепей.

К интересным конструкциям транспортеров следует отнести и группу устройств, в которых ведущее звено, передающее усилие к трубе, имеет криволинейную поверхность, а сама труба на этом участке соответственно изогнута. Предлагались конструкции устройств, в которых труба наматывалась непосредственно на барабан, либо дополнительный барабан служил тяговым органом (рис. 2.17) (pat. U.S.P.D.: ¹ 4673035). В подобных конструкциях для обеспечения перемещения тру­-бы к тяговому барабану прикладывают соответствующий крутящий момент. Для исключения проскальзывания барабана относительно колонны гибких труб последняя прижимается к нему рядом роликов. Участок трубы, направляемый в скважину, пропускается через 2 – 3 пары роликов, выпрямляющих ее. Рассмотренная конструкция проста, так как у нее отсутствует сложный механизм прижима плашек и натяжения цепей, несу-

Рис. 2.17. Схема транспортера барабанного типа: 1 – кабина водителя; 2 – барабан для КГТ; 3 – колонна гибких труб; 4 – укладчик КГТ; 5, 6 – соответственно барабан и прижимные ролики транспортера; 7 – направляющие ролики; 8 – пульт управления агрегатом

Рис. 2.18. Схема агрегата с транспортером, находящимся в наклонном положении: 1 – кабина водителя; 2 – барабан с КГТ; 3 – кабина оператора; 4 – колонна гибких труб; 5 – транспортер; 6 – стрела; 7 – привод основания транспортера; 8 – направляющая дуга; 9 – криволинейная направляющая; 10 – герметизатор устья скважины; 11 – рама агрегата

щих плашки. К основному недостатку этой схемы следует отнести невозможность ее использования при работе на скважинах, устьевая арматура которых имеет высоту более 1 – 1,5 м. Указанный недостаток сводит на нет все достоинства общей конструкции агрегата и прежде всего простоту его кинематической схемы и отсутствие механизмов для монтажа-демонтажа.

Во всех рассмотренных агрегатах, независимо от используемых транспортных баз и особенностей конструкций отдельных узлов, транспортер размещен над устьем сква­- жины.

К числу неординарных компоновок агрегатов следует отнести конструкцию, в которой транспортер размещен горизонтально или с небольшим наклоном на раме агрегата (рис. 2.18) (а.с № 1686119). Барабан с колонной гибких труб и кабина оператора занимают традиционное положение на раме агрегата. Транспортер располагается в его кормовой части на стреле, устанавливаемой в соответствии с размерами устьевого оборудования скважины, на которой выполняется подземный ремонт.

Между транспортером и устьем скважины имеется специальная криволинейная направляющая, обеспечивающая подвод трубы к устью скважины и перемещение ее под сжимающей нагрузкой без потери устойчивости. Опасность потери устойчивости усугубляется еще и тем, что на этом участке гибкая труба имеет криволинейную форму.

Схема установки, приведенная на рис. 2.18, должна включать еще и непоказанное оборудование устья – герметизатор, превентор. Их присутствие на устье скважины приводит к необходимости увеличения угла наклона стрелы.