Станок для бурения скважин

 

Изобретение относится к устройствам для бурения скважин, преимущественно монтируемым на передвижных основаниях или морских платформах. Технический результат заключается в уменьшении вибраций станка, повышении его эксплуатационной надежности, снижении металлоемкости и габаритов при одновременном уменьшении времени спускоподъемных операций и обсадки скважин за счет применения длинномерных бурильных и обсадных труб. Станок для бурения скважин включает основание, стойки с направляющими, каретки, устройства перемещения кареток, вращатель, двигатели вращателя с выходными валами, шарниры поворота вращателя и цилиндры поворота вращателя, закрепленное на вращателе устройство зажима труб и размещенный на основании трубодержатель. Устройство для зажима бурильных или обсадных труб может быть выполнено, например, в виде патрона. Продольные оси соответственно стоек, вращателя, устройств перемещения кареток и оси шарниров размещены в одной плоскости, а вращатель выполнен с проходным отверстием для размещения в нем бурильной или обсадной колонны труб. Продольные оси устройств перемещения кареток и валы двигателей вращателя размещены симметрично относительно оси вращателя в плоскости осей стоек. Верхние концы стоек жестко соединены между собой балкой с боковым вырезом под бурильные или обсадные трубы для обеспечения возможности размещения их по оси бурения при применении длинномерных труб. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Предложение относится к устройствам для бурения скважин, преимущественно монтируемым на передвижных основаниях или морских платформах.

Известен станок для бурения скважин, включающий основание, стойку с направляющей, каретку, устройство перемещения каретки, вращатель, двигатель вращателя с выходным валом, шарнирно скрепленный с кареткой цилиндр поворота вращателя, закрепленное на вращателе устройство зажима труб и размещенный на основании трубодержатель [1].

Однако указанное техническое решение имеет следующие недостатки.

Известный станок имеет консольное расположение вращателя и устройства перемещения каретки относительно стойки, поэтому на его конструкцию воздействуют дополнительные крутящие моменты и вибрации, в том числе и от вращателя, что ведет к необходимости увеличения габаритов и металлоемкости станка.

Указанный станок не позволяет производить бурение и обсадку длинномерными трубами (их длина ограничена высотой мачты). Это увеличивает затраты труда и времени на обсадку скважины, спуск, наращивание и подъем бурового снаряда. Стремление компенсировать этот недостаток увеличением высоты мачты увеличивает габариты и металлоемкость установки, уменьшает ее устойчивость.

Известен станок для бурения скважин, включающий основание, стойку с направляющей, каретку, устройство перемещения каретки, вращатель, двигатели вращателя с выходными валами, шарнирно скрепленный с кареткой цилиндр поворота вращателя, закрепленное на вращателе устройство зажима труб и размещенный на основании трубодержатель [2].

Известное техническое решение также имеет недостатки.

Известный станок имеет консольное расположение вращателя и устройства перемещения каретки относительно стойки, поэтому на его конструкцию воздействуют дополнительные крутящие моменты и вибрации, что ведет к необходимости увеличения габаритов и металлоемкости станка.

Указанный станок не позволяет производить бурение и обсадку длинномерными трубами (их длина ограничена высотой мачты). Это увеличивает затраты труда и времени на обсадку скважины, спуск, наращивание и подъем бурового снаряда. Стремление компенсировать этот недостаток увеличением высоты мачты увеличивает габариты и металлоемкость установки, уменьшает ее устойчивость и увеличивает вибрацию, воздействующую на элементы конструкции станка и на буровой снаряд, что, в свою очередь, ведет к уменьшению выхода керна при керновом бурении.

Технический результат, для достижения которого направлено данное техническое решение, заключается в уменьшении вибраций станка, повышении его эксплуатационной надежности, снижении металлоемкости и габаритов при одновременном уменьшении времени спускоподъемных операций и обсадки скважин за счет применения длинномерных бурильных и обсадных труб.

Указанный результат достигается тем, что станок для бурения скважин, включающий основание, стойку с направляющей, каретку, устройство перемещения каретки, шарнирно скрепленный с кареткой вращатель, двигатели вращателя с выходными валами, шарнирно скрепленный с кареткой цилиндр поворота вращателя, закрепленное на вращателе устройство зажима бурильных или обсадных труб и размещенный на основании трубодержатель, снабжен дополнительными стойкой с направляющей, размещенной на направляющей и шарнирно соединенной с вращателем кареткой, устройством перемещения каретки и скрепленной с верхними концами стоек балкой с боковым вырезом под бурильные или обсадные трубы, причем продольные оси стоек, вращателя, устройств перемещения кареток и оси шарниров размещены в одной плоскости, а вращатель выполнен с возможностью размещения в нем бурильной или обсадной колонны труб.

Указанный результат достигается также тем, что продольные оси устройств перемещения кареток и валы двигателей вращателя размещены симметрично относительно оси вращателя в плоскости осей стоек.

На фиг.1 представлена кинематическая схема предлагаемого станка для бурения скважин, на фиг.2 - вид спереди (вращатель поднят), на фиг.3 - вид спереди (вращатель опущен), на фиг.4 - вид сбоку (вращатель повернут), на фиг.5 - вид в плане.

Станок для бурения скважин включает основание 1, стойки 2, 3 с направляющими, каретки 4, 5, устройства 6, 7 перемещения кареток, вращатель 8, двигатели 9, 10 вращателя с выходными валами 11, 12, шарниры 13, 14 поворота вращателя 8 и цилиндры 15, 16 поворота вращателя, закрепленное на вращателе 8 устройство зажима 17 труб и размещенный на основании 1 трубодержатель 18. Устройство для зажима труб может быть выполнено, например, в виде зажимного патрона, как это представлено на фиг.1 и 2. Продольные оси соответственно 19, 20 стоек, 21 вращателя и оси 22, 23 шарниров размещены в одной плоскости, а вращатель выполнен с проходным отверстием 24 для размещения в нем бурильной или обсадной колонны труб. Продольные оси 25, 26 устройств перемещения кареток и валы 11, 12 двигателей вращателя размещены симметрично относительно оси 21 вращателя 8 в плоскости осей 19, 20 стоек. Верхние концы стоек 2 и 3 жестко соединены между собой балкой 27 с боковым вырезом 28 под бурильные и обсадные трубы (для обеспечения возможности размещения их по оси бурения при применении длинномерных труб).

Спуск бурового снаряда в скважину осуществляют следующим образом. Вращатель 8 поворачивают при помощи цилиндров 15 и 16 в наклонное положение (примерно под углом 50-70 градусов к горизонтали) и опускают его при помощи устройства перемещения кареток в крайнее нижнее положение. В зажимной патрон 17 вставляют верхний конец подготовленного для спуска в скважину колонкового снаряда (или снаряда с долотом для бурения сплошным забоем), зажимают его в зажимном патроне 17. Вращатель 8 вместе со снарядом поднимают при помощи устройств 6 и 7 перемещения кареток в крайнее верхнее положение. Затем вращатель 8 вместе со снарядом поворачивают и при помощи устройств 6 и 7 перемещения кареток опускают снаряд в скважину до крайнего нижнего положения вращателя 8. Далее снаряд фиксируют (зажимают) в трубодержателе 18, раскрепляют устройство зажима труб 17, вращатель 8 поворачивают при помощи цилиндров 15 и 16 в наклонное положение и в зажимной патрон 17 вставляют подготовленную для спуска в скважину бурильную трубу.

Если длина подготовленной для спуска бурильной трубы (или бурильной колонны) больше высоты стоек 2 и 3, то ее верхний конец пропускают сквозь устройство зажима труб 17 и вращатель 8 настолько, чтобы длина части трубы ниже зажимного патрона 17 не превышала величины хода вращателя 8 по вертикали. Затем бурильную трубу зажимают в зажимном патроне 17, вращатель вместе с трубой поднимают при помощи устройств перемещения кареток в крайнее верхнее положение и поворачивают в вертикальное положение. При этом часть бурильной трубы, возвышающаяся над вращателем, входит в боковой вырез 28 балки 27. При этом ее продольная ось совпадает с осью 21 вращателя 8.

Далее при помощи устройств 6 и 7 перемещения кареток 4 и 5 опускают вращатель 8 с бурильной трубой до контакта ее нижнего резьбового соединения с резьбовым соединением находящегося в трубодержателе 18 снаряда, вращением вращателя 8 вправо соединяют бурильную трубу со снарядом, раскрепляют трубодержатель 18, опускают бурильную трубу с вращателем 8 при помощи устройств б и 7 перемещения кареток в крайнее нижнее положение вращателя 8, фиксируют трубу в трубодержателе 18, раскрепляют зажимной патрон 17, вращатель 8 поднимают вверх по опускаемой трубе до ее верхнего конца, закрепляют верхний конец трубы в патроне 17, разжимают трубодержатель 18, вращатель 8 с зажатой в патроне трубой опускают в крайнее нижнее положение. Фиксируют трубу в трубодержателе 18, раскрепляют зажимной патрон 17, вращатель 8 переводят в наклонное положение и процесс наращивания и спуска бурильных труб продолжают по описанной схеме до упора колонкового снаряда или долота в забой скважины. После этого со стороны верхней плоскости вращателя 8 сквозь его проходное отверстие 24 пропускают конец ведущей бурильной трубы с вертлюг-сальником, зажимают ее в патроне 17, вращением вращателя вправо нижний конец ведущей бурильной трубы соединяют с трубой в трубодержателе 18, включают промывочный буровой насос и осуществляют бурение скважины по известным технологическим схемам вращательного способа. При этом буровой снаряд не испытывает колебаний, так как механизм подачи вращателя и его силовой привод из двух двигателей расположены в одной плоскости с осью бурового снаряда и симметрично его оси. Каждый из двигателей создает крутящий момент и силу, стремящуюся изогнуть буровой снаряд. Крутящие моменты каждого двигателя суммируются, а изгибающие силы взаимно уничтожают друг друга, так как направлены в противоположные стороны.

Подъем бурового снаряда из скважины выполняют в обратной последовательности. Опускают вращатель 8 по ведущей трубе в его крайнее нижнее положение, зажимают ведущую трубу в патроне 17, поднимают при помощи устройств 6 и 7 перемещения кареток вращатель 8 вместе с буровым снарядом из скважины до появления над трубодержателем 18 резьбового соединения ведущей трубы с первой бурильной трубой, закрепляют бурильную трубу в трубодержателе 18, вращением вращателя 8 влево свинчивают ведущую трубу с трубой в трубодержателе 18, вынимают ведущую трубу из вращателя 8.

Затем вращатель 8 опускают в крайнее нижнее положение, в патроне 17 зажимают верхний конец трубы снаряда в скважине, раскрывают трубодержатель 18, поднимают вращатель 8 с буровым снарядом из скважины до крайнего верхнего положения вращателя 8, буровой снаряд зажимают в трубодержателе 18.

Далее раскрепляют зажимной патрон 17, вращатель 8 опускают по поднятой трубе в его крайнее положение, буровой снаряд закрепляют в патроне 17, раскрывают трубодержатель 18, вращатель 8 вместе с буровым снарядом поднимают из скважины до появления над трубодержателем 18 резьбового соединения, предназначенного для разъединения, закрепляют буровой снаряд в трубодержателе 18, вращением снаряда 8 влево отвинчивают поднятую трубу или свечу от трубы, закрепленной в трубодержателе 18. При этом отвинченная труба или колонна закреплена в патроне 17 вращателя 8, ее верхняя часть находится в боковом вырезе 28 балки 27 и возвышается над ней.

Теперь вращатель 8 поворачивают в наклонное положение, и верхняя часть трубы выходит из бокового выреза 28 балки 27, раскрепляют патрон 17 и из проходного отверстия 24 вращателя вынимают поднятую бурильную трубу. Следовательно, предлагаемый станок для бурения позволяет опускать в скважину и поднимать из нее бурильные трубы, длины которых превышают высоту стоек 2 и 3 мачты.

Далее вращатель 8 поворачивают в вертикальное положение, опускают вниз и продолжают подъем бурового снаряда из скважины по описанной схеме. Аналогично выполняют спуск, наращивание и подъем обсадных труб.

Таким образом, данное техническое решение позволит:

- уменьшить габариты и металлоемкость и повысить устойчивость станка для бурения скважин (ось вращателя размещена в одной плоскости со стойками и ось вращателя лежит в плоскости, проходящей через продольную ось станка, что позволяет избежать создания дополнительных крутящих моментов, которые возникают при консольном расположении вращателя относительно стойки и воздействующих на конструкцию станка);

- производить бурение длинномерными трубами, что позволит снизить затраты труда и времени на выполнение спускоподъемных операций;

- вести обсадку скважин длинномерными трубами и снизить затраты труда и времени на нарезку труб, их спуск в скважину и извлечение из нее.

Источники информации

1. Патент США №3961673, МКИ Е 21 В 19/14 от 08.06.76.

2. Проспект фирмы Wirth "Vollhydraulische Drehbohrmaschinen fur Sprenglochbohrungen", 1973 (прототип).

Формула изобретения

1. Станок для бурения скважин, включающий основание, стойку с направляющей, каретку, устройство перемещения каретки, шарнирно скрепленный с кареткой вращатель, двигатели вращателя с выходными валами, шарнирно скрепленный с кареткой цилиндр поворота вращателя, закрепленное на вращателе устройство зажима бурильных или обсадных труб и размещенный на основании трубодержатель, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными стойкой с направляющей, размещенной на направляющей и шарнирно соединенной с вращателем кареткой, устройством перемещения каретки, и скрепленной с верхними концами стоек балкой с боковым вырезом под бурильные или обсадные трубы, причем продольные оси стоек, вращателя, устройств перемещения кареток и оси шарниров размещены в одной плоскости, а вращатель выполнен с возможностью размещения в нем бурильной или обсадной колонны труб.

2. Станок для бурения скважин по п.1, отличающийся тем, что продольные оси устройств перемещения кареток и валы двигателей вращателя размещены симметрично относительно оси вращателя в плоскости осей стоек.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5