Верхнеприводное бурильное устройство

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5009995/03 (22) 02.12.91 (46) 15.12.93 Бюл. N() 45-46 (71) Свердловская организация творческого Союза изобретателей (72) Литвинов АИ.; Сухов ВА; Сурков АВ.; Захаров

С.В. (73) Творческий союз изобретателей Свердловской области (54) ВЕРХНЕПРИВОДНОЕ БУРИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение может быть использовано на буровых установках, работающих как на суше, так ))Т на море. Целью изобетения является упроц! ение (10) Щ (И) 2004769 С1 (51)5 Е21В2102 Е21С! 02! конструкции, улучшение эксплуатационных качеств, обеспечение возможности применения этого устройства на всех существующих буровых установках а также при производстве скважин труб большого сортамента, уменьшение метаппоемкости, сокращение габаритов по высоте, Установка содержит транспортную тележку (Т) с П-образной рамой, подвешенную на тапевом блоке 3 на вертикальных путях 4. На горизонтальных направляющих Т 1 установлена приводная каретка (К) 5 с размещенным на ней вертлюгом (В) 6. На Т 1 смонтирован трубодержатель (TP) 8, на корпусе которого установлено подьемно †поворотн устройство 9 элеватора 10.

2 уф-лы, 6 и)т

2004769

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано на существующих буровых установках, работающих как на море, так и на суше, Существует конструкция злектроприводного вертлюга с системой устройств для вращательного бурения скважин, в которой узел вертлюга, снабженный приводом вращения ствола, поддерживается талевым блоком буровой установки с.помощью гидроамортизирующей подвески и смонтирован в направляющей тележке, скользящей по вертикальным путям буровой вышки.

Между талевым блоком и корпусом вертлюга в системе установлен силовой цилиндр, обеспечивающий отклонение вертлюга от вертикали при приемке или выдаче бурильных труб, подаваемых в вышку или выносимыми из нее в процессе бурения, Система также снабжена соединителем труб с кулачковыми колодками, обеспечивающими соединение вертлюга со свечами бурильных труб.

Недостатками данной конструкции являются: — отсутствие воэможности выполнять работы по приему и установ1.е бурильных труб (компоновок) при наличии на буровой установке шурфов; — ограниченный диапазон сортамента труб, применяемого при производстве скважин; — сложность и громоздкость конструкции, вызванные наличием множества механизмов и элементов, сочлененных со стволом вертлюга.

Известны конструкции устройств для вращения бурильной колонны, в которыхустановка для бурения скважины имеет привод, соединенный с кареткой, имеющей возможность перемещаться вдоль вертикальных направляющих в рабочем положении и отводиться в сторону от оси скважины при нерабочем положении.

Недостатками этих конструкций являются: отсутствие возможности применения этих устройств на буровых установках, оснащенных комплексом меха:Зизмов боковой подачи {отвода) трубных элементов на ось (ат оси) скважины, а также повышенные габариты по высоте и clio>KHocTb конструкции размещения привода вращения, Известна конструкция активной уравног3ев>ив:.Зющейся системы для силового механического вертлюга, в которой для гн.рег1ещеl(1151 вертлюга llo вертикали в Огран генно ", пс.3ожении используется двига;ель:..3ргэнями для регулирования

t!3÷ ãi" :..:. 3нг3гти всей системы (г33;лю гая l1

40 вертлюг), размещенные в ее крайних положениях вертикального перемещения, Недостатками этой конструкции, включая указанные выше. являются сложность и громоздкость конструкции из-за наличия в ней узлов регулирования грузоподъемности, Регулирование грузоподъемности систем, включая и вертлюг, на большинствах существующих буровых установках решается более простым способом и устройствами, размещенными, как правило, на полу буро-. вых установок в узлах крепления мертвого конца талевого каната.

В настоящее время в ряде стран {CLUA, Норвергия, ФРГ) появились конструкции верхнеприводных буровых систем, в которых буровое устройство содержит бурильный блок, в состав которого входит роторный элемент с индивидуальным приводом вращения, встроенного в каретке, посредством которой бурильный блок перемещается в вертикальном положении параллельно оси вращения ротора.

К бурильному блоку, в его нижней части подвешен буровой ключ с двумя независимыми друг от друга секциями зажима труб и поворотный механизм с ручным элеватором. Конструктивное решение (5) выбрано за прототип.

Недостатками прототипа являются: — сложность и громоздкость конструкции, вызванные наличием множества механизмов и элементов, сочлененных со стволом вертл юга (ротора); — ограниченная возможность применения этих устройств в существующих буровых установках советского производства, оснащенных комплексом.механизмов спуска-подъема труб.(КМ СП), — ограниченный диапазон сортамента труб, применяемых при производстве скважин; — повышенная масса и габариты по высоте.

Целью изобретения является упрощение конструкции; улучшение эксплуатационных качеств; обеспечение вазйожнасти применения этого устройства на всех существующих буровых установках, как оснащенных КМСП, так и без них; обеспечение применения при производстве скважин труб большого сортамента; уменьшение металлаемкасти; сокращение габаритов по высоте и как следствие уменьшение высоты вышки; снижение себестоимости изготовления, Укаэанная цель дос3иг loTc 3ем. чта

Вертлюг с приводам 9pR ill,"ill. .. : TBOла 33стро ен в корпус перелвг3>кнсй к-р.-,TEL c:нлб:кенНОЙ Гиддаталкател г3. "1 .3 >,, . l" "i г".o I lliol ÿ и

7004769 соединенной гидроцилиндрами с транспор- фиг.4- то же, вид в плане; на фиг,5 — сечение тной тележкой П-образной формы, имею- по А-А на фиг.4 по гидрозажиму труб; на щей горизонтальные пути для ; ее фиг.6 — сечение Б-Б на фиг.4 по подъемно-. перемещения. Транспортная тележка в поворотному устройству. свою очередь соединена штропами с тале- 5 На фиг.1 представлено веркнеприводвым блоком и снабжена катками, посредст- ное буровое устройство, состоящее из вом которых она перемещается по транспортной тележки 1; четырех штропов вертикальным путям буровой установки, 2; талевого блока 3; вертикальных путей 4;

Другая важная цель предлагаемого уст- передвижной каретки 5 с установленным на ройства достигается путем рационального 10 ней вертлюгом6иприводомвращениястворазмещения в корпусе трубодержателя, ла 7 вертлюга; трубодержателя 8 с подъемподвешенного в свою очередь через гасите- но-поворотным устройством 9 для ручного ли кручения к раме транспортной тележки; элеватора 10; гидропривода 11 перемеще четырех вставных симметрично располо- ния кйретки 5 по горизонтальным направляженных гидравлических зажимов, шарнир- 15 ющим 12 транспортной тележки 1 и системы ного подъемно-поворотного устройства охлаждения 13 электродвигателей 14 привоповоротного рычага со штропами для ручно- да вращения ствола 7 вертлюга. го элеватора и двух траверс для подвески на Транспортная тележка 1 (см. фиг.1) имених штропов с автоматическим элеватором. ет форму П-образной рамы сварной констПредлагаемая конструкция верхнепри- 20 рукции, внутренняя полость которой водного бурильного устройства обеспечива- является одновременно и емкостью для воет: ды, предназначенной для охлаждения элек— проведение спуско-подъемных опера-. тродвигателей 14 привода вращения ствола ций и бурение скважины с вращением или вертлюга 7. По боковым поверхностям П-о6без вращения колонн с подачей промывоч- 25 разная рама теле>кки 1 имеет с каждой стоной жидкости в скважину под давлением; роны выступы с расточками: две — работус использованием существую- горизонтальные под оси 15 штроп 2; две щих талевых блоков, ручных и автоматиче- вертикальные под подвесные скалки 16труских элеваторов, комплекса механизмов бодержателя 8 и одну вертикальную — под спуско-подъемных труб. 30 гидрацилиндр 17 подъема трубодержателя

Сопоставимый анализ с прототипами 8. Скалки 16 объединены между собой трапоказываю, что заявляемое верхнепривод- версами 18. К боковым поверхностям рамы ное бурильное устройство отличается нали- тележки 1 с каждой стороны приварены бочием новых элементов, а именно: ковые стойки 19 с блоками катков 20, повведением вобщуосиловуюсвязиталевый 35 средством которых верхнеприводное блок — трубодержатель, самостоятельной, бурильное устройство перемещается по передвижной каретки с установленными на вертикальным путям 4 буровой установки. ней вертлюгом и приводом вращения ство- . Передвижная тележка 5 (см. фиг,2) катла, позволяет, не нарушая этой связи, вы- ками 21 устанавливается на горизонтальполнять операции по наращиванию и 40 ные направляющие 12 тележки 1 и спуско-подъему колонн как с использовани- посредством пружинных роликовых блоков ем вертлюга, так и без него, а также совме- 22 прижата к внутренним боковым поверхщение в одном корпусе трубодержателя ностям рамы тележки 1. В нижней части одновременно гидрозажимов бурового клю- каретка 5 имеет проушины 23, через коточа и подъемно-поворотного устройства руч- 45 рые она соединена со штоками гидропривоного элеватора, да 11. Во внутренней части каретка 5 имеет

Таким образом, заявляемое верхнепри- .. прямоугольную расточку24: в верхней части водное бурильноеустройствосоответствует, и две цилиндрические расточки в средней критерию "новизна", части, В прямоугольную расточку 24 вставСравнение заявляемого решения не 50 ляется корпус вертлюга 6, также имеющий только с прототипами, но и сдругими техни- прямоугольную расточку, а в цилиндричеческими решениями в данной области тех-. ские расточки — гидроцилиндры 25 подъема ники не позволило выявить в них признаки, вертлюга. отличающие заявляемое решение от прото- На фиг.3 и 4 показан трубодержатель 8, типов, что позволяет сделать вывод о соот- 55 который состоит из корпуса 26, имеющего ветствии критерию "существенные форму восьмигранника; четырех гидравлиотличия ческих зажимов 27, вставленных в горизонНа фиг.1 — представлен общйй видуст- тальные расточки корпуса 26, одного ройства; на фиг.2 — то же, вид спереди; на подъемно-поворотного устройства 28: двух фиг.З вЂ” трубодержатель, вид спереди; на траверс 29 для подвески на них штропов с

2004769

10 крепится болтами 43 к корпусу 26 трубодер-Ф

20 жателя 8

На фиг.6 показано сечение Б — Б по подьемно-поворотному устройству 28, состоя- .

25 автоматическим элеватором и масляного бочка 30 для смазки резьбовой части ствола вертлюга 6, Траверса 29 жестко закреплена с корпусом 26, имеет прилив с выемкой для укладки в нее головки штропа и две верти„кальные расточки для установки в них подвесных скалок 16 трубодержателя 8, которые гайками 31 прикреплены к траверсе 29, масляный бачок 30 имеет самозакрывающуюся крышку 32. Иа фиг.5 показано сечение A-А по гидравлическому зажиму 27, состоящий из корпуса цилиндра 33, поршня 34, крышки 35, траверсы 36, плашки 37, роликового центратора 38 с пружинами 39, скалок 40 с пружинами 41. Шток поршня 34 крепится гайкой

42 к крышке 35, которая в свою очбЩдь, щему из корпуса 44, имеющего пять вертикальных расточек, из которых одна центральная предназначена для поворотной оси 45, две для установки в них гидроцилиндров подъема 46 и две для установки направляющих 47 (см, фиг.3), воспринимающих реактивный момент от поворота поворотного рычага 48 со штропами 49 для ручного элеватора 10 (см. фиг.1).

В верхней части корпус 44 имеет проушины, посредством которых и оси 50 он крепится к корпусу 26 трубодержателя 8, На верхний конец поворотной оси 45 установлена плита 51, опорный подшипник 52, зубчатое колесо 53 и гидромотор 54 с шестерней 55. К корпусу 26 трубодержателя

8 приварены косынки со встроенными в них фиксаторами 56 (см, фиг.3).

Верхнеприводное буровое устройство (ВПБУ) работает в следующих режимах: спуска в скважину компановок из УБТ; спуска (наращивание) бурильной колонны бурильными трубами; спуска (подьема) бурильной колонны с использованием автоматического элеватора; спуска обсадной колонны.

Режим спуска компоновок из YBT.

Процесс начинается с поворота поворотного рычага 48 гидромотором 54 до оси шурфа с находящейся в ней компоновкой, при этом вертлюг 6 гидроцилиндрами 25 поднят в верхнее положение. Вручную накидыва|отся штропа 49 на элеватор 40 и подается команда на подьем верхнеприводного бурового устройства (ВПБУ), При выходе нижнего торца компоновки из шурфа гидромотором 54 рычаг 48 поворачивается

55 до совмещения оси компоновки с осью скважины, Гидроцилиндрами 46 верхняя часть компоновки вводится в трубодержатель 8 и гидрозажимами 27 зажимается. Включается привод вращения ствола 7 в сторону завинчивания и осуществляется плавный спуск вертлюга 6 путем стравливания жидкости в гидроцилиндрах 25.,При опускании вертлюга 6 резьбовая часть переводника ствола вводится в резьбовую часть компоновки— происходит процесс ввинчивания в нее и при достижении соответствующего момента (гарантирующее навинчивание) гидрозажимы 27 разжимаются, поворотный рычаг

48 с элеватором 40 опускается в нижнее положение, соответствующее ходу гидроцилиндра 46. Приводом лебедки буровой установки вертлюг с компоновкой, вращаясь, опускается и вводит нижний конец компоновки в муфту (резьбовую часть) компоновки, закрепленной клиньями ПКР буровой установки или.буровым ключом — происходит навинчивание верхней компоновки (трубы) в нижнюю и при достижении соответствующего момента привод вращения ствола 7 отключается. Производится приподъем всей системы ВПБУ вверх, поднимаются клинья ПКР (разжимаются зажимы бурового ключа), освобождая зажатую нижнюю компоновку, после чего уже собранная колонна приводом лебедки буровой вводится в скважину, Опускание колонны производится до касания элевагора тумбы пола буровой, после чего привод лебедки переключается на замедленный ход, обеспечивая плавное втягивание поворотного рычага 48 с элеватором 10 к днищу трубодержателя 8, и при касании последнего привод лебедки отключается. Подается рабочая жидкость в гидроцилиндры 27 трубодержателя 8 производится зажим верхней муфты компоновки. Включается привод вращения ствола 7 в сторону отвинчивания с одновременным подъемом вертлюга 6 гидроцилиндрами 25. По окончании отвинчива-, ния вручную снимается элеватор 10 с поворотного рычага 48, вертлюг 6 гидроцилиндрами 25 поднимается в верхнее положение, после чего ВПБУ готово к приему следующей компоновки.

Процесс захвата, извлечение из муфты последующей компоновки и ее наращивание в колонну аналогичен описанному. По завершении спуска компоновок производится наращивание колонны бурильными трубами.

Режим спуска (наращивание)бурильной колонны бурильными трубами.

2004769

5

Это основной режим работы буровой установки и характерен он тем, что процесс наращивания бурильной колонны бурильными трубами может производиться с разными диаметрами бурильных труб, для чего в процессе наращивания колонны проводятся операции по замене переводника 57.

Процесс наращивания бурильной. колонны бурильными трубами может производиться как при наличии на буровой установке комплекса механизмов спуска-подъема труб (КМСП), т.е. когда свечи (трубы) подак тся на ось скважины сбоку независимо где находится талевый блок сверху или внизу. Производится подготовка ВПБУ к работе, для чего рабочий вручную вынимает ось 50, соединяющуто поворотное устройство 28 с корпусом 26 трубодержателя 8 и, используя вспомогательную лебедку, снимает и отводит в сторону поворотное устройство 28, после чего производят замену переводника

57.

Замена переводника 57 производится в следующей последовательности: — производится подъем трубодержателя

8 на величину хода гидроцилиндров 17, встроенных в раме транспортной тележки 1; — производится зажим переводнйка 57 гидроэажимами 27; — включается привод вращения 7 ствола вертлюга 6 в сторону отвинчивания, одновременно осуществляется подъем вертлюга

6 гидроцилиндрами 25 — происходит процесс отвинчивания ствола вертлюга 6 от переводника 57; — производится замена переводника 57, установка которого производится в обратной последовательности.

Процесс наращивания бурильной колонны бурильными трубами выполняется в последовательности; — производится подъем и отвод каретки

5 с вертлюгом 6 гидроцилиндрами 11 и 25 в сторону путей 4 с последующим опусканием вертлюга 6 вниз, В этом положении производится смазка нижней резьбовой части переводника 57.

Смазка резьбовой части переводника

57 выполняется либо опусканием в масляный бочок 30, встроенный в трубодержатель

8, либо вручную рабочим; — механизмами КМСП свеча из подсвечника выводится на ось скважины и садится на муфту колонны, при этом гидрозажимы

27 трубодержателя 8 должны быть разжаты; — производится подъем ВПБУ в верхнее положение до момента совмещения зажимов 27 с верхней муфтой свечи; — производится зажим муфты свечи гидрозажимами 27;

f i

45 — гидроцилиндрами 25 вертлюг 6 поднимается в верхнее положение и гидроцилиндрами 11 вместе с кареткой 5 перемещается по рельсовым направляющим 12 до совмещения оси вертлюга с осью скважины; — включается привод вращения 7 ствола вертлюга в сторону завинчивания и одновременно с опусканием вертлк га 6 производится навинчивание ствола вертлюга в муфту свечи; — гидрозажимы 27 трубодержателя 8 разжимаются и свеча вращаясь продолжая опускаться вниз ввинчивается в верхнюю муфт колонны и при достижении соответствующего момента спуск ВПБУ прекращается; — производится приподьем колонны, клинья ПКР поднимаются; — одновременно с подачей бурового раствора в колонну приводом лебедки буровой установки вращающаяся колонна вводится в скважину, производя бурение или просто спуск; .— при достижении определенного расстояния верхнего торца муфты колонны от пола буровой спуск и подача раствора в колонну прекращается, клинья ПКР зажимают колонну; — производить зажим муфты колонны гидрозажимами 27 включается привод вращения ствола вертлюга в сторону отвинчивания и одновременный подъем вертлюга 6 гидроцилиндрами 25, происходит процесс отвинчивания ствола вертлюга от колонны; — при достижении вертлюга 6 верхнего положения гидроцилиндрами 11 вертлюг отводится в сторону путей 4 и опускается вниз. ВПБУ готово для приема очередной свечи.

При переходе на другой диаметр бурильных труб производится замена переводника 57.

Подъем бурильной колонны из скважины и ее последующая разборка на свечи с использованием вертлюга производится в обратной последовательности, описанной выше, Режим спуска (подьема) бурильной колонны с использовани ем автоматического элеватора.

Этот режим работы буровой установки характерен тем, что процесс наращивания колонны (или) его.разбор::а выполняется с использованием бурового ключа по технологии и операциям, применяемым в настоящее время на существующих буровых установках, т.е. когда спуск и подьем колонны производится без вращения ее и без подачи в нее раствора. Для выполнения опе12

2004769 раций по спуску-подъему бурильной колонны необходимо: — подвести штропы, соединенные с автоматическим элеватором; — снять с трубодержателями 8 поворотное устройство 28, если оно не было ранее снято, отвести каретку 5 с поднятым вертлюгом 6 в сторону путей 4 и опустить вертлюг в нижнее положение, Сам процесс по выполнению спуска-подъемных операций (СПО) не описывается, так как он известен и широко используется на всех буровых установках, оснащенных. КМСП.

Режим спуска обсадной колонны.

Это один из ответственных режимов работы буровой установки характерен тем, что спуск обсадной колонны может производиться с ее вращением, что на существующих буровых установках это ранее не делалось из-за отсутствия техническиХ возможностей. Сам процесс спуска обсадной колонны в скважину аналогичен процессу спуска компоновок из УБТ и в данном разделе не описывается. Для выполнения операций по спуску обсадной колонны необходимо;

Формула изобретения

1, ВЕРХНЕПРИВОДНОЕ БУРИЛЬНОЕ

УСТРОЙСТВО, содержащее талевый блок, вертикальные рельсовые пути, бурильный .блок, включающий в себя вертлюг с переводником и приводом вращения стволЫ вертлюга, трубодержатель, штропы, элеватор и установленную с возможностью перемещения вдоль вертикальных рельсовых путей транспортную тележку, отличающее ся тем, что оно снабжено кареткой, установленной с возможностью перемещения вдоль горизонтальных направляющих транспортной тележки посредством силовых гидроцилиндров, и гидроцилиндрами подъема вертл юга, при этом бурильный блок установлен в корпусе каретки с возможностью вертикального перемещения относительно последней посредством гидроцилиндра подъема вертлюга, а транспортная тележка связана с талевым блоком посредством штропов.

2, Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус трубодержателя связан с — произвести замену переводника по вышеописанным операциям; — соединить осью 50 поворотное устройство 28 с трубодержателем 8, Предлагаемое изобретение позволяет значительно упростить конструкцию, улучшить эксплуатационные качества, повысить надежность и ремонтнопригодность, сни10 зить энергоемкость, металлоемкость и себестоимость изготовления, уменьшить габариты по высоте и как следствие уменьшить высоту вышки, 15 (56) Патент CLLIA N. 3766991, 23.10.1973.

Патент США М 85630054, 04.04.85. (ЕПВ M 0162001) Е 21 В 19/16 "Устройство для вращения бурильной колонны".

Патент ФРГ М 3125013, 20,09.84. "Уст20 ройство для глубокого бурения".

Патент США ЬЬ 4813498, 03,11.89. "Активная уравновешивающаяся система для силового механического вертлюга".

Патент США М 4489794, 17.05.85.

25 (Е 21 В 19/06) "Устройство для вращения бурильной колонны". транспортной тележкой посредством вертикальных направляющих и установлен с возможностью перемещения вдоль, последних посредством соответствующих гидроцилиндров вертикального перемещения трубодержателя, при этом корпус тру35 бодержателя выполнен в виде многогранной обечайки со. смонтированными на ее гранях независимыми друг от друга механизмами зажима труб, подьема и поворота элеватора и узла смазки резь40 бового конца переводника вертлюга.

3, Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что транспортная тележка выполнена в виде П-образной рамы, открытая передняя грань которой расположена со

45 стороны ввода бурильных труб на ось скважины, а закрытая задняя грань - со стороны вертикальных рельсовых путей, при этом каждая продольная грань имеет боко,вые выступы с .продольными расточками

50 для вертикальных направляющих трубодержателя и гидроцилиндров вертикального перемещения последнего.

- 2004769

11 э

Ф

4 е

Ф

И " М и

И1ИП1ИИф

2004769

Составитель Л.Быков ре актор E.Полионова Техред М.Моргентал КоРРектор Н.MMnNKQBa едактор

Тираж Подписное ПО Поиск Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3388

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина. 101