Клиновое устройство

011191 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к клиновому устройству. Более конкретно, оно относится к клиновому устройству для зажима труб и инструментов в процессе добычи нефти. Клиновое устройство содержит кольцевой монтажный элемент, выполненный с возможностью присоединения к буровой площадке или столу бурового ротора, и главные клинья со связанными с ними зажимами, смещаемые относительно кольцевого монтажного элемента и окружающие вертикальную центральную ось клинового устройства. Каждый зажим расположен на вспомогательном клине, который связан с возможностью смещения с главным клином. Предшествующий уровень техники Традиционно в буровых установках, используемых для добычи нефти, для подвешивания труб применяется клиновое устройство, в типичном случае устанавливаемое на буровой площадке установки. Из уровня техники известно использование так называемых клиновых захватов, которые размещают на конусовидном кольце и которые предназначены для захвата трубы, когда труба и захваты смещаются вниз в конусовидном кольце. Также известно использование зажимов с гидравлическим приводом для подвешивания труб. Общей чертой этих известных решений является обуславливаемая переменным режимом работы частая необходимость захвата трубы предохранительным хомутом, в том случае, если клиновые захваты или гидравлически предварительно напряженные захваты начнут скользить по трубе. Устройства, известные из уровня техники, зачастую адаптированы для относительно узкого диапазона размеров трубы. Поэтому необходимым становится использование ряда отличающихся друг от друга комплектующих,чтобы работать, например, с трубами разного диаметра. Клиновые захваты также с трудом воспринимают крутящий момент до тех пор, пока они не будут подвергнуты значительной вертикальной нагрузке. Сущность изобретения Задача настоящего изобретения заключается в исправлении или уменьшении по меньшей мере одного из недостатков уровня техники. Данная задача решается согласно настоящему изобретению за счет признаков, приведенных в описании и формуле изобретения. Изобретение предлагает клиновое устройство для зажима труб и инструментов в процессе добычи нефти, содержащее кольцевой монтажный элемент, выполненный с возможностью присоединения к площадке или к столу бурового ротора, и главные клинья со связанными с ними зажимами, смещаемые относительно кольцевого монтажного элемента и окружающие вертикальную центральную ось клинового устройства. Устройство отличается тем, что зажимы расположены на вспомогательных клиньях, которые установлены с возможностью смещения или поворота относительно главного клина. Главные клинья предпочтительно имеют индивидуальные гидравлические приводы, а угол между центральной осью и направлением смещения главного клина выбирается таким образом, чтобы была приемлемой разница расстояний между зажимами во втянутом, открытом положении и в выдвинутом,закрытом положении, и в то же время предотвращалось случайное смещение вовне главных клиньев в случае потери гидравлического давления на гидравлических приводах. Угол между центральной осью и направлением смещения вспомогательного клина выбирается так,чтобы вес трубы, расположенной в зажимах, тянул вниз вспомогательные клинья в главных клиньях. Таким образом, угол между центральной осью и направлением смещения вспомогательного клина в типичном случае меньше, чем угол между центральной осью и направлением смещения главного клина. Угол между центральной осью и направлением смещения главного клина должен находиться в интервале от 0 до 60, причем хорошие результаты демонстрируются при угле между 5 и 30 между центральной осью и направлением смещения главного клина, в зависимости от применения. Угол между центральной осью и направлением смещения вспомогательного клина должен находиться в интервале от 0 до 30, причем хорошие результаты демонстрируются при угле между 1 и 10 между центральной осью и направлением смещения вспомогательного клина, в зависимости от применения. Может быть предусмотрена пружина, установленная между вспомогательным клином и главным клином. Пружина предназначена для передачи вертикальных усилий от вспомогательного клина на главный клин. Сжатие пружины смещает вспомогательный клин относительно главного клина в случае, например,потери гидравлического давления. После отведения зажимов пружина сместит вспомогательный клин в его первоначальное положение по отношению к главному клину. Конструкция клинового устройства такова, что оно может работать с относительно большим диапазоном размеров труб без необходимости замены комплектующих в клиновом устройстве. Конструкция,содержащая парные клинья, состоящие из главных клиньев и взаимодействующих с ними вспомогательных клиньев, гарантирует отсутствие проскальзывания трубы в клиновом устройстве в случае потери гидравлического давления. Управление сблокированными клиньями в группах предохраняет от случайного высвобождения-1 011191 трубы, например, когда труба имеет относительно малый вес, таким образом устраняется необходимость в дополнительном предохранительном хомуте на трубе. Перечень фигур чертежей Далее описан не исчерпывающий пример предпочтительного варианта изобретения, показанный на чертежах, где фиг. 1 - общий вид клинового устройства согласно настоящему изобретению; фиг. 2 - сечение в вертикальной плоскости III-III клинового устройства, показанного на фиг. 3, с клиньями во втянутом положении; фиг. 3 - вид сверху клинового устройства, показанного на фиг. 2; фиг. 4 - сечение в вертикальной плоскости V-V клинового устройства, показанного на фиг. 5, с тремя клиньями в полностью выдвинутом положении; фиг. 5 - вид сверху клинового устройства, показанного на фиг. 4; фиг. 6 - сечение в вертикальной плоскости сборного клина; фиг. 7 - сечение фиг. 6 в плоскости VI-VI; фиг. 8 - вид сверху клинового устройства, причем три клина предварительно напряжены относительно трех других клиньев; фиг. 9 - альтернативный вариант, в котором вспомогательные клинья представляют собой поддерживаемые эксцентричным образом шарнирные клинья. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения На чертежах цифрой 1 обозначено клиновое устройство, установленное на площадке 2, содержащее кольцевой монтажный элемент 4 и главные клинья 6, расположенные вокруг вертикальной оси 8 клинового устройства 1. Кольцевой монтажный элемент 4, присоединенный к буровой площадке 2 или столу бурового ротора, состоит из двух частей и имеет соединительные болты 10. Таким образом конструкция позволяет открывать кольцевой монтажный элемент 4, когда это необходимо. Каждый главный клин 6 подвижно присоединен к крепежному блоку 12, в типичном случае при помощи главной направляющей 14. Главная направляющая 14 образует угол а с центральной осью 8,см. фиг. 6. В данном предпочтительном варианте, приводимом в качестве примера, угол а равен 20. Гидравлический цилиндр 16 шарнирным образом соединен с верхней частью крепежного блока 12 и с главным клином 6. Гидравлический цилиндр 16 присоединен к гидравлической управляющей системе (не показана) с помощью шлангового и трубного соединения (не показано) и выполнен с возможностью перемещения управляемым и синхронным образом главного клина 6 по главной направляющей 14 из втянутого, открытого положения (см. фиг. 3) в выдвинутое, закрытое положение (см. фиг. 5). Вспомогательный клин 18 подвижным образом присоединен к главному клину 6 при помощи вспомогательной направляющей 20, причем вспомогательная направляющая образует с центральной осью 8 угол в,см. фиг. 6. В данном предпочтительном варианте, приводимом в качестве примера, угол в равен 5. Со стороны, обращенной к центральной оси 8, вспомогательный клин 18 снабжен зажимом 22. Зажим 22 имеет такую форму, чтобы обеспечивать плотный контакт с трубой 24, установленной в клиновом устройстве 1, см. фиг. 5. Зажим 22 может изготавливаться из отдельного материала или быть нераздельной частью вспомогательного клина 18. Как главная направляющая 14, так и вспомогательная направляющая 20 должны воспринимать крутящий момент. Главный клин 6 имеет пружину 26 сжатия, расположенную, по существу, параллельно главной оси 8 и упирающуюся в плечо 28 вспомогательного клина 18. Таким образом пружина 26 передает усилия от вспомогательного клина 18 на главный клин 6. Когда вспомогательный клин 18 смещается в направлении усилия пружины 26, плечо 28 упирается в клиновой фиксатор 30 другой стороной по отношению к пружине 26. Таким образом, клиновый фиксатор 30 не позволяет вспомогательному клину 18 выйти наружу из его вспомогательной направляющей 20. Вспомогательный клин 18 также не может выйти наружу из вспомогательной направляющей 20 по направлению вниз. Крепежный блок 12 имеет соединение 32 типа ласточкин хвост (см. фиг. 7), совпадающее с прорезью 34 в форме ласточкиного хвоста в кольцевом монтажном элементе 4. Крепежный блок 12, главный клин 6, вспомогательный клин 18 и гидравлический цилиндр 16 являются частями сборного клина 36, который легко заменяется благодаря соединению 32, 34 типа ласточкин хвост. Это особенно важно при заканчивании или ремонте нефтяной скважины. В предпочтительном варианте клиновое устройство 1 предназначено для захвата труб в размерном диапазоне от диаметра, составляющего 60 мм (2 3/8"), до просвета, составляющего 330 мм (13"), без необходимости замены сборных клиньев 36. Другой набор сборных клиньев 36 покрывает размерный диапазон от диаметра, составляющего 241 мм (9,5"), до просвета, составляющего 483 мм (19"). Чтобы захватить трубу 24, три или шесть главных клиньев 6 (в зависимости от диаметра трубы) синхронно смещаются в направлении трубы 24 соответствующими гидравлическими цилиндрами 16, при-2 011191 этом зажимы 22 охватывают трубу 24. Синхронное выдвижение главных клиньев 6 заставляет зажимы 22 захватить трубу 24 в центральном положении в клиновом устройстве 1. Если труба 24 имеет относительно малый диаметр, возле нее есть место только для трех зажимов 22. Остальные главные клинья 6 все равно перемещаются до упора с захватывающими главными клиньями. Управляющий механизм (не показан) подключен таким образом, что ошибка оператора приведет к тому, что только три зажима будут отпущены, это предохраняет от самопроизвольного высвобождения трубы 24, которая могла бы упасть, например, в скважину (не показана). В случае потери гидравлического давления на цилиндрах 16, вспомогательные цилиндры 18 все равно будут подвергаться действию тянущей вниз силы в главных клиньях 6, за счет веса трубы 24, подвешенной в зажимах 22, таким образом труба 24 будет зажиматься еще более сильно. В альтернативном варианте вспомогательный клин представляет собой поддерживаемый эксцентричным образом шарнирный клин 38, который может поворачиваться вокруг оси 40. Способ работы шарнирного клина относительно главного клина 6 такой же, как описано выше, причем ход шарнирного клина 38 обозначен буквой с на фиг. 9. Шарнирный клин имеет захватную поверхность 42, обеспечивающую захват трубы 24. На фиг. 9 труба 24 не показана. Направленная вниз сила, создаваемая трубой 24, будет воздействовать на шарнирный клин 38, поворачивая его в положение еще более плотного контакта с трубой 24. Шарнирный клин 38 может быть изготовлен из нескольких соответствующих друг другу пластин. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Клиновое устройство (1) для зажима труб (24) и инструментов в процессе добычи нефти, содержащее кольцевой монтажный элемент (4), выполненный с возможностью присоединения к площадке (2) или к столу бурового ротора, и главные клинья (6) со связанными с ними зажимами (22), смещаемые относительно кольцевого монтажного элемента (4) и окружающие вертикальную центральную ось (8) клинового устройства (1), отличающееся тем, что зажим (22) расположен на вспомогательном клине (18),который установлен с возможностью смещения или поворота относительно главного клина (6). 2. Клиновое устройство по п.1, отличающееся тем, что угол (b, с) между центральной осью (8) и направлением смещения вспомогательного клина (18, 38) меньше, чем угол (а) между центральной осью (8) и направлением смещения главного клина (6). 3. Клиновое устройство по п.1, отличающееся тем, что угол (а) между центральной осью (8) и направлением смещения главного клина (6) находится в интервале от 0 до 60. 4. Клиновое устройство по п.1, отличающееся тем, что угол (а) между центральной осью (8) и направлением смещения главного клина (6) находится в интервале от 5 до 30. 5. Клиновое устройство по п.1, отличающееся тем, что угол (b, с) между центральной осью (8) и направлением смещения или поворота вспомогательного клина (18, 38) находится в интервале от 0 до 30. 6. Клиновое устройство по п.1, отличающееся тем, что угол (b, с) между центральной осью (8) и направлением смещения вспомогательного клина (18, 38) находится в интервале от 1 до 10. 7. Клиновое устройство по п.1, отличающееся тем, что главный клин (6) снабжен гидравлическим приводом. 8. Клиновое устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрена пружина (26), установленная между вспомогательным клином (18) и главным клином (6) с возможностью передачи усилий от вспомогательного клина (18) на главный клин (6). 9. Клиновое устройство по п.1, отличающееся тем, что главные клинья (6) снабжены индивидуальными приводами. 10. Клиновое устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрен клиновый фиксатор (30), выполненный с возможностью предотвращения выхода вспомогательного клина (18) из его направляющей (20). 11. Клиновое устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере три из главных клиньев(6) выполнены с возможностью синхронного захвата трубы (24). 12. Клиновое устройство по п.11, отличающееся тем, что остальные главные клинья (6), не служащие для захвата трубы (24), выполнены с возможностью упорного контакта с по меньшей мере тремя главными клиньями, захватывающими трубу (24). 13. Клиновое устройство по п.1, отличающееся тем, что главный клин (6) перемещается по главной направляющей (14) в крепежном блоке (12), причем крепежный блок (12) снабжен соединением (32) типа ласточкин хвост, совпадающим с прорезью (34) в форме ласточкина хвоста, выполненной в кольцевом монтажном элементе (4). 14. Клиновое устройство по п.13, отличающееся тем, что снабжено по меньшей мере двумя сменяемыми наборами сборных клиньев (36), при этом первый набор сборных клиньев выполнен с возможностью захвата труб (24) с диаметром, лежащим в первом размерном диапазоне, а второй набор сборных клиньев выполнен с возможностью захвата труб (24) с диаметром, лежащим во втором размерном диапазоне.