Поворотная изогнутая опора

006617 Предпосылки создания изобретения Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится в целом к изогнутой опоре типа "гусиная шея", предназначенной для использования при операциях со спирально свернутыми трубопроводами. Более точно, изобретение описывает поворотную изогнутую опору, включающую рычажный механизм, который обеспечивает возможность более безопасной, более стабильной работы. Описание известного уровня техники Операции со спирально свернутыми трубопроводами, как правило, предусматривают использование по меньшей мере трех основных компонентов. Сам спирально свернутый трубопровод расположен на барабане и, следовательно, должен подаваться на барабан и с барабана во время работы. Трубопровод проходит от барабана к подающему устройству. Подающее устройство обеспечивает перемещение трубопровода в ствол скважины и из ствола скважины. Между подающим устройством и барабаном имеется направляющий элемент или изогнутая опора для трубопровода. Изогнутая опора, как правило, присоединена или прикреплена к подающему устройству и направляет спирально свернутый трубопровод и служит опорой трубопроводу при его перемещении от барабана к подающему устройству. Как правило,направляющий элемент для трубопровода присоединен к подающему устройству в том месте, где трубопровод поступает в подающее устройство. При наматывании трубопровода на барабан и сматывании его с барабана он перемещается от одной стороны барабана к другой. Изогнутая опора, как правило, имеет расширяющийся конец, который приспособлен для данного перемещения из стороны в сторону. При выполнении работ или операций со спирально свернутыми трубопроводами компоненты, необходимые для работы (то есть, по меньшей мере, барабан для трубопровода, изогнутую опору и подающее устройство), транспортируют по отдельности к месту расположения скважины, в результате чего увеличиваются затраты на дополнительный персонал и оборудование (например, дополнительные грузовые автомобили). Когда изогнутая опора будет доставлена на место, она должна быть присоединена к подающему устройству. Это приводит к увеличению времени монтажа и расходов на монтаж. Одним из недостатков базовой изогнутой опоры является то, что расширяющийся конец ограничивает перемещение из стороны в сторону или движение, которое может быть допущено системой. Имеется существующая модификация базовой изогнутой опоры (известная как "поворотная изогнутая опора"),которая поворачивается или вращается вокруг осевой линии подающего устройства для обеспечения возможности большего перемещения спирально свернутого трубопровода из стороны в сторону. Для простоты описания положение изогнутой опоры, при котором ее стороны параллельны сторонам барабана (то есть при котором спирально свернутый трубопровод, по существу, сцентрирован на барабане),будет названо средним положением или положением при нуле градусов. Тем не менее, основной недостаток поворотной изогнутой опоры заключается в том, что она имеет максимальную потенциальную энергию в среднем положении (то есть точка на конструкции изогнутой опоры описывает траекторию в виде перевернутой буквы U или перевернутой параболы, когда изогнутая опора перемещается из стороны в сторону). Это приводит поворотную опору в состояние неустойчивого равновесия. Результатом этого неустойчивого равновесия является тенденция смещения изогнутой опоры к любой из двух сторон. В определенных ситуациях эта тенденция может заставить изогнутую опору наклоняться (опускаться) на концах или может вызвать неустойчивое или неравномерное движение трубопровода и/или изогнутой опоры. Сущность изобретения Изогнутая опора по настоящему изобретению позволяет преодолеть недостатки известного уровня техники за счет наличия рычажного механизма, который приводит к минимальной потенциальной энергии в среднем положении (то есть точка на конструкции изогнутой опоры "отслеживает", по существу,параболическую траекторию при перемещении изогнутой опоры из стороны в сторону). Это гарантирует то, что изогнутая опора будет находиться в состоянии устойчивого равновесия во время работы при нормальных или стандартных рабочих параметрах. Этот признак также придает изогнутой опоре склонность к возврату в устойчивое сцентрированное положение относительно подающего устройства и барабана для колонны, в отличие от устройств по предшествующему уровню техники, которые стремились "заваливаться" на сторону. Следует понимать, что любая пригодная конструкция может быть использована в сочетании с настоящим изобретением для того, чтобы изогнутая опора могла "отслеживать" или придерживаться траектории в виде, по существу, вертикальной буквы U, когда она направляет спирально свернутый трубопровод, перемещающийся на барабан или с барабана. Соединительный механизм представляет собой механизм четырехзвенного типа, который состоит из двух цилиндров, причем каждый из цилиндров на одном конце соединен с одним концом треугольной плиты. Третий угол плиты соединен с изогнутой опорой. Треугольная плита, как правило, расположена таким образом, что третий угол (то есть точка на конструкции изогнутой опоры) отслеживает траекторию в виде вертикальной буквы U, когда изогнутая опора вращается или поворачивается для обеспечения соответствия перемещению трубопровода, когда он подается на барабан или с барабана. Поворот изогнутой опоры вокруг центра подающего устройства, как правило, облегчается с помощью соответствующей опоры или другого соединителя на подающем устройстве. Треугольная плита может плавно пе-1 006617 ремещаться между двумя монтажными (установочными) плитами, которые также присоединены или прикреплены к самой изогнутой опоре. Другим полезным признаком изогнутой опоры по настоящему изобретению является включение в конструкцию системы или механизма защиты от перегрузки. Система минимизирует вероятность катастрофического отказа в случае перегрузки изогнутой опоры, в результате чего повышается степень безопасности операций со спирально свернутыми трубопроводами. Система, как правило, включает предохранительные клапаны, смонтированные на цилиндрах, которые передают нагрузку от изогнутой опоры подающему устройству (то есть цилиндрах, которые образуют часть соединительного механизма, как было описано выше). Предохранительные клапаны включают датчик давления для определения давления, действующего в каждом цилиндре, и могут быть настроены на выпуск или сброс давления при определенном давлении, в результате чего ограничивается нагрузка, действующая на изогнутую опору, и обеспечивается возможность рассеяния энергии в случае перегрузки. Базовая изогнутая опора, охарактеризованная в предшествующем уровне техники, обычно представляет собой неразъемную конструкцию, которая не может быть опущена для установки инструмента,хранения или транспортировки. Изогнутая опора по настоящему изобретению позволяет преодолеть это ограничение за счет того, что она имеет компактную складную конструкцию, которая создает возможность опускания изогнутой опоры для установки инструмента и для того, чтобы она заняла меньшее пространство в целях хранения и транспортировки. Это достигается путем отвода основных цилиндров, которые поддерживают изогнутую опору на подающем устройстве. При отводе цилиндров изогнутая опора поворачивается вокруг штифтового соединения у подающего устройства, и высота изогнутой опоры уменьшается, в результате чего обеспечивается большая высота для установки инструмента. Изогнутая опора также может быть образована из множества секций, которые могут быть шарнирно соединены или иным образом присоединены друг к другу так, что, когда изогнутая опора не используется, она может быть сложена до уменьшенного, компактного размера. Краткое описание чертежей Фиг. 1 представляет собой схематический вид поворотной изогнутой опоры. Фиг. 2 представляет собой схематический вид соединительного механизма поворотной изогнутой опоры. Фиг. 3 представляет собой схематический вид направляющей в частично сложенной конфигурации. Фиг. 4 представляет собой схематический вид направляющей в частично сложенной конфигурации. Фиг. 5 показывает изогнутую опору в полностью сложенном или компактном ориентированном положении. Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления Фиг. 2 показывает изогнутую в виде гусиной шеи опору 30 в соответствии с настоящим изобретением. Изогнутая опора 30 показана присоединенной или прикрепленной к подающему устройству 32 с помощью монтажной плиты или основания 34. Монтажная плита создает поворотную опору для криволинейной направляющей 36 для колонны. Направляющая может быть присоединена или прикреплена к монтажной плите путем использования любого пригодного механизма. Предпочтительно монтажная плита включает опору в виде поворотного стола, которая выполнена с парой проушин или ушек 38, соответствующих отверстиям, образованным на обращенном к подающему устройству или нижнем конце 40 направляющей 36. Несмотря на то, что любое пригодное крепежное устройство может быть использовано для присоединения направляющей к монтажной плите, болты 39 являются предпочтительными. Две подпирающие стойки или два цилиндра 44, 45 расположены между подающим устройством или корпусом 42 подающего устройства и направляющей 36. Корпус подающего устройства предпочтительно включает два монтажных кронштейна 46, 47, установленных на нем, предназначенных для установки подпирающих стоек и для приема соответствующих нижних концов 48, 49 подпирающих стоек. Нижние концы 48, 49 подпирающих стоек могут быть закреплены или смонтированы путем использования любого пригодного крепежного элемента и предпочтительно включают опору (подшипник) для обеспечения поворота подпирающих стоек при повороте направляющей для колонны для направления колонны во время работы. Как показано на фиг. 1 и 2, каждый из верхних концов 50, 51 подпирающих стоек 44, 45 прикреплен соответственно к первому и второму углу 56, 57 соединительной плиты 52. Соединительная плита может иметь любую пригодную конструкцию или конфигурацию, но предпочтительно имеет, по существу, треугольную форму и предпочтительно выполнена из высокопрочной стали. Каждый из верхних концов цилиндров предпочтительно выполнен с соответствующим соединителем для присоединения или крепления концов 50, 51 к плите 52. В предпочтительном варианте осуществления соединитель представляет собой шаровую опору 54, которая обеспечивает возможность поворота верхнего конца цилиндра в трех плоскостях для приспосабливания к перемещению направляющей во время работы, монтажа и хранения/транспортировки. Плита предпочтительно ориентирована таким образом,что верхние концы подпирающих стоек будут, по существу, параллельны друг другу, когда изогнутая опора расположена перпендикулярно барабану для спирально свернутого трубопровода. Как показано на фиг. 1, цилиндры могут расходиться до определенной степени, когда они проходят от плиты до корпуса подающего устройства. Наиболее предпочтительно, если плита сориентирована вниз, так что третий угол-2 006617 58, то есть угол, который не присоединен к концу подпирающей стойки, в общем, направлен к подающему устройству, когда изогнутая опора и соединительный механизм полностью раздвинуты (удлинены). Устройство 60 для крепления соединительного механизма обеспечивает присоединение или крепление соединительной плиты 52 к направляющей 36 для колонны. Устройство для крепления включает первую верхнюю часть 62 и вторую нижнюю часть 64. Первая часть 62 прикреплена к верхней стороне 66 соединительной плиты и простирается для присоединения к направляющей. Вторая часть 64 присоединена к нижней стороне 68 соединительной плиты. Вторая часть устройства для крепления простирается от соединительной плиты 52 для крепления или присоединения к направляющей проксимально (то есть ближе к подающему устройству) по отношению к месту присоединения первой части. И первая, и вторая части устройства для крепления предпочтительно приварены к направляющей, но могут быть прикреплены путем использования любого пригодного механизма или крепежного средства. В третьем углу 58 монтажной плиты расположено сквозное отверстие 70. Отверстие 70 соответствует отверстиям 71, выполненным в первой и второй частях 62, 64 устройства для крепления. Соответствующее крепежное средство предусмотрено для закрепления плиты между первой и второй частями устройства для крепления. Предпочтительно втулка или подшипник расположены в отверстии 70 для обеспечения возможности поворота треугольной плиты. В процессе работы треугольный соединительный механизм обеспечивает возможность движения направляющей для колонны из стороны в сторону или поворота направляющей для колонны без изменения длины подпирающих стоек. Это, в свою очередь, обеспечивает лучшее направление колонны с помощью направляющей, когда колонна подается на барабан или с барабана. Кроме того, подпирающие стойки или цилиндры могут быть раздвижными, в результате чего обеспечивается возможность регулирования высоты изогнутой опоры или обеспечивается возможность большей амплитуды движений по сравнению с цилиндрами с фиксированной длиной. Для регулирования длины цилиндров может быть использован любой пригодный механизм (средство), такой как гидравлическое давление, давление воздуха или механический привод. Цилиндры могут дополнительно включать систему защиты от перегрузки. Система служит для уменьшения вероятности поломки изогнутой опоры и/или цилиндров посредством обеспечения механизма сброса или уменьшения давления в цилиндрах, если давление превысит определенный предел. Предпочтительно система включает предохранительный клапан на каждом цилиндре. Клапан может быть настроен для сброса или выпуска до того, как может произойти катастрофическая поломка из-за перегрузки. В одном варианте осуществления предохранительные клапаны могут быть настроены механически для сброса давления при определенном давлении. В другом варианте осуществления система может дополнительно включать систему текущего контроля для мониторинга давления в цилиндрах и открытия и закрытия предохранительных клапанов так, как требуется для поддержания оптимального давления в цилиндрах так, чтобы они не могли "достичь" перегрузки. Система текущего контроля также может быть использована персоналом, управляющим оборудованием, для определения давления в цилиндрах и изменения или регулирования параметров работы с целью учета опасного или чрезмерного увеличения нагрузки на изогнутую опору. Несмотря на то, что в некоторых случаях может оказаться необходимым полный сброс давления в цилиндрах, в других случаях может потребоваться снятие или сброс только сравнительно небольшой величины давления. Система текущего контроля может быть использована или для частичного открытия предохранительного клапана для медленного снижения давления, и/или для открытия клапана в течение периода времени ограниченной продолжительности, достаточной для снижения давления в цилиндре до более безопасного уровня. Тем не менее, в случае возникновения ситуации с опасной перегрузкой клапаны могут быть полностью открыты для сброса всего давления в цилиндрах. Другой вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой складную конструкцию, которая обеспечивает возможность хранения и транспортировки изогнутой опоры в собранном состоянии. В сложенной или компактной конфигурации изогнутая опора может быть присоединена к подающему устройству так, что комбинацию изогнутой опоры и подающего устройства можно будет транспортировать как единый узел без типовых ограничений размеров, связанных с транспортировкой. Фиг. 1 показывает изогнутую опору в полностью раздвинутом, готовом к работе виде. Фиг. 4 показывает изогнутую опору в частично сложенном или убранном состоянии. Направляющая 36 для колонны предпочтительно включает в себя множество криволинейных секций или элементов 72, 74, 76, 78, которые прикреплены или соединены для обеспечения возможности складывания или "отвода" изогнутой опоры из полностью раздвинутого состояния. Предпочтительно секции соединены шарнирами 80, 82, 84. В одном варианте осуществления, и как показано на фиг. 3-5, шарниры создают возможность складывания или поворота секции 72 назад до тех пор, пока она не окажется рядом с секцией 74 и в положении,при котором она будет параллельна секции 74. Цилиндр или поршень 86 может быть использован для обеспечения складывания секции 72; тем не менее, любой пригодный способ или механизм может быть использован для приведения секции в движение. Фиг. 3 показывает изогнутую опору, имеющую секцию 72, находящуюся в сложенном или компактном положении.-3 006617 Аналогичным образом, и как показано на фиг. 4, секция 74 шарнирно присоединена или прикреплена с помощью шарнира 82 к секции 76. Исполнительный механизм предусмотрен для перемещения или складывания секции 74 до тех пор, пока она не окажется, по существу, рядом с секцией 76 и параллельной секции 76. Предпочтительно исполнительный механизм представляет собой цилиндр или поршень, такой как используется для приведения в движение секции 72. Как правило, секцию 72 складывают с перемещением ее к секции 74 до того, как секцию 74 будут складывать с перемещением ее к секции 76. В предпочтительном варианте осуществления треугольная соединительная плита 52 прикреплена или присоединена к секции 76. Как показано, шарниры 80, 82 обеспечивают возможность складывания секций 72 и 74, по существу, горизонтально. Фиг. 5 показывает изогнутую опору в конечном сложенном положении или конфигурации такой, что ее можно просто и эффективно хранить или транспортировать. Секция 76 шарнирно присоединена к секции 78 посредством шарнира 84. Шарнир 84 предпочтительно расположен так, что секция 76 будет сложена, по существу, в направлении вниз, поверх секции 78. Для облегчения операции складывания секции 76 секция 78 может быть повернута у монтажной плиты 34. В зависимости от специфической конфигурации изогнутой опоры и требований к транспортировке или хранению, которые должны быть удовлетворены, секция 76 может быть не полностью сложена со смещением ее на секцию 78. Аналогичным образом, секция 78 может быть не полностью сложена со смещением ее на корпус 42 подающего устройства. В предпочтительном варианте осуществления опорный механизм 86 для изогнутой опоры расположен на корпусе 42 подающего устройства. Опорный механизм предпочтительно "принимает" или служит опорой для элемента 88 для удерживания колонны, когда секцию 78 перемещают в сложенное или компактное положение. Механизм обеспечивает опору для изогнутой опоры и предотвращает ее непосредственный контакт с корпусом подающего устройства. В процессе эксплуатации изогнутую опору предпочтительно складывают или раскладывают/развертывают путем использования множества гидравлических цилиндров или исполнительных механизмов. Несмотря на то, что любая пригодная комбинация операций по складыванию может быть использована для придания изогнутой опоре компактной конфигурации, в предпочтительном варианте осуществления используется конфигурация со складыванием в боковом направлении для секций 72 и 74 и складывание секции 76 в поперечном направлении. То есть секции 72 и 74 складывают так, что они перемещаются вдоль оси, в общем, параллельной изогнутой опоре, и секцию 76 складывают вдоль оси, в общем, перпендикулярной изогнутой опоре. Компактная конструкция складной изогнутой опоры по настоящему изобретению создает возможность ее транспортировки или хранения в существенно меньшем пространстве по сравнению с предшествующими конструкциями изогнутых опор. В предпочтительном варианте осуществления изогнутую опору можно хранить или транспортировать прикрепленной или присоединенной к подающему устройству. Это позволяет уменьшить количество транспортных средств, необходимых для оборудования, а также уменьшить время, необходимое для монтажа или разборки оборудования в месте расположения скважины. Несмотря на то, что определенные признаки и варианты осуществления изобретения были здесь показаны подробно, следует признать, что изобретение включает все модификации и улучшения в пределах объема сопровождающей формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для направления спирально свернутого трубопровода между барабаном и подающим устройством, содержащее направляющую и соединительный механизм, содержащий по меньшей мере два цилиндра, проходящих между подающим устройством и соединительной плитой, прикрепленной к направляющей. 2. Устройство по п.1, в котором направляющая способна перемещаться, по существу, по параболической траектории при направлении ею спирально свернутого трубопровода при его перемещении между барабаном и подающим устройством. 3. Устройство по п.1, в котором соединительный механизм содержит два цилиндра. 4. Устройство по п.1, в котором соединительная плита имеет, по существу, треугольную форму. 5. Устройство по п.1, в котором соединительная плита ориентирована, по существу, вниз. 6. Устройство по п.1, в котором цилиндры являются раздвижными. 7. Устройство по п.1, в котором соединительная плита прикреплена к направляющей посредством механизма крепления, так что точка присоединения механизма крепления к соединительной плите находится ниже точек присоединения для цилиндров и соединительной плиты. 8. Устройство по п.1, дополнительно содержащее механизм предотвращения перегрузки. 9. Устройство по п.8, в котором механизм предотвращения перегрузки включает датчики давления для текущего контроля давления в цилиндрах.-4 006617 10. Устройство по п.8, в котором механизм предотвращения перегрузки включает систему для определения и снижения давления в цилиндрах.