Устройство и способ для усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки
Группа изобретений относится к области наклонно-направленного бурения. Устройство и способ для усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки для бурения скважины через подземные пласты горных пород с помощью бурильной трубы, предусматривающее опускание бурильной трубы или бурильной колонны в скважину и подъем их из нее. Буровая компоновка включает силовой агрегат для подачи электроэнергии на буровую компоновку, упорную раму, способную перемещаться между положением, в основном параллельным подземным пластам горных пород, и положением, в основном перпендикулярным подземным пластам горных пород, и устройство для перемещения упорной рамы. Блок ротора и каретки предназначен для передачи бурильной трубе вращательного, осевого и обратного тягового (подъемного) усилий. Буровая компоновка предназначена для бурения скважины с использованием бурильной трубы через подземные пласты горных пород под любым углом относительно подземных пластов горных пород между положением, в основном параллельным подземным пластам горных пород, и положением, в основном перпендикулярным подземным пластам горных пород. Способ включает шаги размещения бурильной трубы на буровой компоновке, перемещение упорной рамы для установки под требуемым углом бурения, перемещение блока ротора и каретки до прямого контакта с бурильной трубой, передачу бурильной трубе вращательного, осевого и обратного тягового усилий и бурение подземных пластов горных пород с помощью бурильной трубы. Обеспечивает повышение мощности для передачи вращения и более легкую транспортировку. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 16 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение в основном относится к буровым компоновкам (снарядам) и способам для бурения подземных пластов горных пород и, в частности, к буровым компоновкам и способам для горизонтально-наклонного бурения подземных пластов горных пород.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ОПИСАНИЕ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
Известно, что буровые установки вертикального бурения используются для бурения нефтяных, газовых и метановых скважин угольных пластов. В известных буровых установках вертикального бурения используются тяжелые бурильные трубы или утяжеленные бурильные трубы с целью оказания направленной вниз нагрузки на буровое долото при его внедрении в земную поверхность и начальной проходке скважины. По мере того как буровое долото известной буровой установки вертикального бурения углубляется в толщу земли, в некоторых случаях требуется прикладывать усилие в направлении противоположном направлению бурения (обратное тяговое усилие) с целью предотвращения оказания исключительно большой нагрузки на буровое долото и возникновения повреждения бурового долота либо выхода его из строя.
Известно, что нефтяные, газовые и метановые скважины первоначально бурят в вертикальном направлении, а затем происходит постепенное отклонение или поворот ствола скважины в горизонтальном направлении по мере того, как буровое долото достигает разрабатываемого пласта. Затем бурение ствола скважины продолжается в горизонтальном направлении на определенное расстояние. Благодаря этому способу скважина вскрывает больший объем разрабатываемого нефтеносного, газоносного и метанового пласта, в результате чего обеспечивается формирование эксплуатационной скважины с более высоким объемом добычи и на более длительный период. Для переоборудования буровой установки вертикального бурения для выполнения вертикального и горизонтального бурения необходимо оснастить буровую установку вертикального бурения наземным приводом, предназначенным для монтажа в конструкции буровой вышки и создания вращательного усилия на буровой трубе, а не только роторным столом и ведущей бурильной трубой. В устройствах известного типа роторный стол неподвижно прикреплен к полу или основанию таким образом, чтобы предотвращалось его перемещение вверх и вниз вместе с бурильной трубой. Утяжеленный круглый элемент с наружными продольными желобками бурильной трубы, называемый ведущей бурильной трубой, скользит через отверстие роторного стола и соединяется с бурильной трубой или обсадной трубой. Шпонки, входящие в зацепление с ведущей бурильной трубой, передают крутящий момент бурильной колонне и позволяют ведущей бурильной трубе подниматься и опускаться через отверстие роторного стола. Наземный привод также создает осевое и обратное тяговое усилия, необходимые в процессе бурения в горизонтальном направлении. Тем не менее, расстояния, проходимые в горизонтальном направлении с использованием известных устройств и способов, ограничены возможностями наземного привода, передающего осевое и обратное тяговое усилия бурильной трубе. Диаметры горизонтальных проходок также ограничены возможностями передачи осевого и обратного тягового усилия бурильной трубе.
Известно применение варианта вышеописанного способа вертикально-горизонтального бурения, называемого наклонным бурением. При выполнении наклонного бурения буровая установка для вертикального бурения нефтяных, газовых и метановых скважин модифицируют таким образом, чтобы буровая вышка располагалась под углом приблизительно в диапазоне от 45° до 60° к горизонтали. Наземный привод передает осевое и обратное тяговое усилия бурильной трубе. Кроме того, буровые установки, известные как буровые установки с однотрубной сверхдлинной свечой бурильных труб, используются для бурения подземных нефтеносных, газоносных и метановых формаций. На буровых установках с однотрубной сверхдлинной свечой бурильных труб используются более длинные свечи бурильных труб сортамента III, длина которых составляет 45 футов. Таким образом, буровые установки с однотрубной сверхдлинной свечой бурильных труб позволяют сократить количество операций по соединению бурильных замков, которые необходимо выполнить при проведении подземного бурения. Следовательно, процесс бурения может быть завершен в более короткие сроки. На буровых установках с однотрубной сверхдлинной свечой бурильных труб используется наземный привод для вращения бурильной трубы, создания осевой нагрузки на буровое долото для резания породы и регулирования отклонения буровой компоновки (бурового снаряда). Известные буровые установки с однотрубной сверхдлинной свечой бурильных труб включают блоки наземного привода, имеющие ограниченную мощность создания осевой нагрузки и вращающего момента на роторном столе. Следовательно, использование буровых установок с однотрубной сверхдлинной свечой бурильных труб также ограничивает расстояние горизонтальной проходки и диаметр ствола скважины.
Кроме того, известные буровые установки включают силовые агрегаты, расположенные отдельно от буровой установки и, следовательно, для транспортировки буровой установки требуется несколько рейсов. Известные буровые компоновки для бурения нефтяных, газовых и метановых скважин не закрепляют (якорями, анкерами) в грунте с целью повышения эксплуатационных характеристик. Вместо этого известные буровые установки используют свой собственный вес для регулирования эксплуатационных характеристик машины. В результате этого известные буровые установки являются исключительно тяжелыми и для их транспортировки требуется несколько рейсов. На известных буровых установках для бурения нефтяных, газовых и метановых скважин используются сверхутяжеленные бурильные трубы в бурильной колонне с целью создания осевой нагрузки на бурильную трубу, а также мощная лебедочно-тросовая система для создания обратного тягового усилия. Тем не менее, сверхутяжеленные бурильные трубы являются неэффективными при бурении в горизонтальном направлении. На ряде известных буровых установок для бурения нефтяных, газовых и метановых скважин используются гидроцилиндры для создания осевого и обратного тягового усилий. Кроме того, на известных буровых установках для бурения нефтяных, газовых и метановых скважин часто имеет место повреждение резьбового конца секции бурильной колонны при контакте наземного привода или роторного стола с резьбовым концом секции бурильной колонны.
Кроме того, известные буровые компоновки не включают роликовый ориентирующий (направляющий) вкладыш для бурильной колонны, предназначенный для снижения износа и повреждения бурильной колонны. Известные буровые компоновки не включают плашки для автоматизированного захвата бурильных труб, предназначенные для сокращения времени, необходимого для выполнения операций свинчивания и развинчивания муфт бурильных труб и (или) обсадных труб. Известные буровые компоновки не включают стрелу для работы с трубами, шарнирно прикрепленную к подвышечному основанию для быстрого демонтажа при транспортировке. Известные буровые компоновки не включают систему реечно-шестеренчатой каретки с принудительным зацеплением (наземный привод), предназначенную для создания осевого и обратного тягового усилий на бурильную колонну и позволяющую исключить использование тросов, лебедок, гидравлических цилиндров, цепных систем и аналогичных механизмов для создания таких усилий. Известные буровые компоновки также не включают узел вала (шпинделя) со скользящими плашками, который вмонтирован в наземный привод и предназначен для снижения повреждений и износа резьбы бурильных и обсадных труб.
Таким образом, целью изобретения является создание буровой компоновки, которая обладала бы повышенной мощностью для передачи вращательного, осевого и обратного тягового усилий на бурильные трубы. Также целью изобретения является создание буровой компоновки, которая обеспечивала бы бурение более глубоких скважин и скважин, имеющих больший диаметр по сравнению со скважинами, бурение которых осуществляется с использованием известных буровых компоновок. При этом целью изобретения является создание буровой компоновки, способной пробурить породу и сформировать скважину с большим углом наклона по сравнению с известными буровыми компоновками горизонтально-наклонного бурения. Также целью изобретения является создание буровой компоновки, способной пробурить породу и сформировать скважину под углом, близким к горизонтали, по сравнению с известными буровыми компоновками вертикального бурения. Кроме того, целью изобретения является создание буровой компоновки, которая позволила бы исключить использование тяжелых бурильных труб или утяжеленных бурильных труб с целью оказания направленной вниз нагрузки на буровое долото. Еще одной целью изобретения является создание буровой компоновки, обеспечивающей более легкую транспортировку. Другой целью изобретения является создание буровой компоновки, обеспечивающей анкерное крепление к грунту с целью повышения эксплуатационных характеристик. Еще одной целью изобретения является создание буровой компоновки, исключающей использование тросов, лебедок, гидравлических цилиндров, цепных систем и аналогичного оборудования с целью создания вращательного, осевого и обратного тягового усилий. Целью изобретения является создание буровой компоновки, позволяющей снизить повреждение и износ резьбовых концов секций бурильной колонны при контакте наземного привода или роторного стола с резьбовым концом секции бурильной колонны. Целью изобретения является создание буровой компоновки, которая позволила бы сократить время, необходимое для выполнения операций свинчивания и развинчивания муфт бурильных труб и (или) обсадных труб. Целью изобретения является создание буровой компоновки, которая позволила бы включить стрелу для работы с трубами, шарнирно прикрепленную к подвышечному основанию для быстрого демонтажа при транспортировке. Целью изобретения является создание буровой компоновки, предназначенной для выполнения работ вертикального и горизонтального бурения с двухтрубной бурильной колонной. Целью изобретения является создание буровой компоновки, предназначенной для бесперебойного выполнения буровых работ при выходе из строя силового агрегата.
ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Преимуществами изобретения является создание буровой компоновки, которая обладала бы повышенной мощностью для передачи вращательного, осевого и обратного тягового усилий на бурильные трубы. Также преимуществом изобретения является создание буровой компоновки, которая обеспечивала бы бурение более глубоких скважин и скважин, имеющих больший диаметр по сравнению со скважинами, бурение которых осуществляется с использованием известных буровых компоновок. При этом еще одним преимуществом изобретения является создание буровой компоновки, способной пробурить породу и сформировать скважину с большим углом наклона по сравнению с известными буровыми компоновками горизонтально-наклонного бурения. Дополнительным преимуществом изобретения является создание буровой компоновки, способной пробурить породу и сформировать скважину под углом, близким к горизонтали, по сравнению с известными буровыми компоновками вертикального бурения. Кроме того, еще одним преимуществом изобретения является создание буровой компоновки, которая позволила бы исключить использование тяжелых бурильных труб или утяжеленных бурильных труб с целью оказания направленной вниз нагрузки на буровое долото. Еще одним преимуществом изобретения является создание буровой компоновки, обеспечивающей более легкую транспортировку. Другим преимуществом изобретения является создание буровой компоновки, обеспечивающей анкерное крепление к грунту с целью повышения эксплуатационных характеристик. Еще одним преимуществом изобретения является создание буровой компоновки, исключающей использование тросов, лебедок, гидравлических цилиндров, цепных систем и аналогичного оборудования с целью создания вращательного, осевого и обратного тягового усилий. Преимуществом изобретения также является создание буровой компоновки, позволяющей снизить повреждение и износ резьбовых концов секций бурильной колонны при контакте наземного привода или роторного стола с резьбовым концом секции бурильной колонны. Дополнительным преимуществом изобретения является создание буровой компоновки, которая позволила бы сократить время, необходимое для выполнения операций свинчивания и развинчивания муфт бурильных труб и (или) обсадных труб. Преимуществом изобретения также является создание буровой компоновки, которая позволила бы включить стрелу для работы с трубами, шарнирно прикрепленную к подвышечному основанию для быстрого демонтажа при транспортировке. Преимуществом изобретения также является создание буровой компоновки, предназначенной для выполнения работ вертикального и горизонтального бурения с двухтрубной бурильной трубой или двухтрубной бурильной колонной. Еще одним преимуществом изобретения является создание буровой компоновки, предназначенной для бесперебойного выполнения буровых работ при выходе из строя силового агрегата.
Дополнительные преимущества настоящего изобретения очевидны из прилагаемых рисунков и следующего ниже описания.
ПОЯСНЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ТЕРМИНОВ
Значение термина «бурение буровой трубой в бурильной поверхности", используемое в настоящем описании, включает бурение скважины, в которую производится опускание бурильной трубы или бурильной колонны. Термин «drilling a drill pipe into a drilling surface" также включает опускание бурильной трубы или бурильной колонны в скважину и подъем их из нее.
Значение термина «бурильная поверхность", используемое в настоящем описании, включает подземные пласты горных пород или иные среды, через которые могут быть пробурены скважины.
Значение термина "гидравлический привод", используемое в настоящем описании, включает гидравлические цилиндры, гидравлические вращательные приводы, пневматические цилиндры и любые иные устройства или системы, в которых жидкость под давлением используется для передачи механического усилия.
Используемый в настоящем описании термин "труба-в-трубе" относится к типу бурильных труб или бурильных колонн, характеризующихся тем, что имеется стенка внешней бурильной трубы и в основном аксиально расположенная стенка внутренней бурильной трубы, в основном окруженная стенкой внешней бурильной трубы.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство, заявляемое в настоящей заявке на изобретение, включает усовершенствованную горизонтально-наклонную буровую компоновку для бурения скважины через подземные пласты горных пород с помощью бурильной трубы, предусматривающее опускание бурильной трубы или бурильной колонны в скважину и подъем их из нее. Буровая компоновка включает силовой агрегат для подачи электроэнергии на буровую компоновку, упорную раму, предназначенную для перемещения между положением, в основном параллельным подземным пластам горных пород, и положением, в основном перпендикулярным подземным пластам горных пород, и устройство для перемещения упорной рамы. Далее буровая компоновка включает блок ротора и каретки, установленный на упорной раме. Блок ротора и каретки предназначен для передачи бурильной трубе вращательного, осевого и обратного тягового (подъемного) усилий. Буровая компоновка предназначена для бурения скважины с использованием бурильной трубы через подземные пласты горных пород под любым углом относительно подземных пластов горных пород между положением, в основном параллельным подземным пластам горных пород, и положением, в основном перпендикулярным подземным пластам горных пород.
Способ бурения скважины через подземные пласты горных пород с помощью бурильной трубы, предусматривающий опускание бурильной трубы или бурильной колонны в скважину и подъем их из нее, включает создание усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки. Буровая компоновка включает силовой агрегат для подачи электроэнергии на буровую компоновку, упорную раму, предназначенную для перемещения между положением, в основном параллельным подземным пластам горных пород, и положением, в основном перпендикулярным подземным пластам горных пород, устройство для перемещения упорной рамы и блок ротора и каретки, установленный на упорной раме. Блок ротора и каретки предназначен для передачи бурильной трубе вращательного, осевого и обратного тягового (подъемного) усилий. Буровая компоновка предназначена для бурения скважины с использованием бурильной трубы через подземные пласты горных пород под любым углом относительно подземных пластов горных пород между положением, в основном параллельным подземным пластам горных пород, и положением, в основном перпендикулярным подземным пластам горных пород. Способ далее включает размещение бурильной трубы на буровой компоновке, перемещение упорной рамы для установки под требуемым углом бурения, перемещение блока ротора и каретки до прямого контакта с бурильной трубой, передачу бурильной трубе вращательного, осевого и обратного тягового усилий и бурение подземных пластов горных пород с помощью бурильной трубы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Предпочтительные примеры осуществления изобретения проиллюстрированы на прилагаемых фигурах, на которых одинаковые детали обозначены одними и теми же позициями и на которых:
Фиг.1 - вид сбоку предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрирующий буровую компоновку в сложенном транспортном положении при подъезде к буровой площадке.
Фиг.2 - вид сбоку предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.1, иллюстрирующий буровую компоновку в сложенном транспортном положении на подвышечном основании.
Фиг.3 - вид сбоку предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.1-2, иллюстрирующий буровую компоновку в положении для вертикального бурения подземных пластов горных пород, при этом бурильная труба находится в горизонтальном положении хранения.
Фиг.4 - вид сверху предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.3.
Фиг.5 - вид сбоку предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.1-4, иллюстрирующий буровую компоновку в положении для вертикального бурения подземных пластов горных пород с бурильной трубой в вертикальном положении бурения и иллюстрирующий предпочтительную систему крепления анкерами (якорями).
Фиг.6 - вид сбоку предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.1-5, иллюстрирующий буровую компоновку в положении под углом 45° для наклонного бурения подземных пластов горных пород с бурильной трубой в горизонтальном положении хранения.
Фиг.7 - вид сбоку предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.1-6, иллюстрирующий буровую компоновку и бурильную трубу в положении под углом 45° для наклонного бурения подземных пластов горных пород.
Фиг.8 - вид сбоку блока ротора и каретки предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.1-7.
Фиг.9 - вид сверху блока ротора и каретки, показанного на Фиг.1-8.
Фиг.10 - вид сбоку частично в разрезе телескопического узла вала со скользящими плашками предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.1-9, иллюстрирующий выходной вал (шпиндель) узла вала со скользящими плашками во втянутом положении.
Фиг.11 - вид сбоку частично в разрезе телескопического узла вала со скользящими плашками предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.1-10, иллюстрирующий выходной вал (шпиндель) узла вала со скользящими плашками в выдвинутом положении.
Фиг.12 - вид с торца телескопического узла вала со скользящими плашками предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.1-11.
Фиг.13 - вид сбоку первого варианта предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрирующий закрепленную ось поворота и систему с широко расставленными распорками.
Фиг.14 - вид сверху первого варианта предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, проиллюстрированной на Фиг.13.
Фиг.15 - вид сверху варианта предпочтительного примера осуществления блока ротора и каретки предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.15А - увеличенный вид предпочтительного примера осуществления блока ротора и каретки, проиллюстрированного на Фиг.15.
Фиг.16 - вид сбоку варианта предпочтительного примера осуществления блока ротора и каретки, проиллюстрированного на Фиг.15 и 15А.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фигурах 1-12 проиллюстрированы предпочтительные примеры осуществления устройства и способа для усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки в соответствии с настоящим изобретением. В частности, как показано на фигурах 1-12, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка обозначена в целом позицией 30. Предпочтительный пример усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30 предназначен для использования как для проведения буровых работ горизонтально-наклонного бурения, так и вертикального бурения подземных пластов горных пород для формирования, например, нефтяных, газовых и метановых скважин.
Как показано на Фиг.1, предпочтительный пример осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30 включает пару силовых агрегатов 32 и 34 (не показан). Предпочтительные силовые агрегаты представляют собой дизельные двигатели, но в пределах объема настоящего изобретения предусматривается, что может быть использован любой приемлемый источник энергии, например электродвигатели, дизельные двигатели, дизель-генераторы и т.д. Компоновка снабжена несколькими силовыми агрегатами для бесперебойного ведения буровых работ в случае выхода из строя всех, за исключением одного силового агрегата. В частности, предпочтительный пример усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30 включает два независимых силовых агрегата, и в случае необходимости проведения ремонта или технического обслуживания одного из силовых агрегатов, либо в случае необходимости проведения ремонта или технического обслуживания гидравлической системы, подсоединенной к одному из силовых агрегатов, обеспечивается работа компоновки при полной мощности (при вдвое меньшей скорости) с использованием второго силового агрегата, и буровые работы могут проводиться бесперебойно (run-on-one-technology - техника работы на одном агрегате ("ROOT"). Вследствие этого снижается до минимума риск обрушения стенок ствола скважины. Силовые агрегаты предпочтительно присоединены к усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновке таким образом, чтобы обеспечивалась их транспортировка вместе с компоновкой в виде одного блока. Тем не менее, в пределах объема настоящего изобретения предусматривается, что силовые агрегаты могут отсоединяться от других компонентов буровой компоновки с возможностью их демонтажа и транспортировки отдельно от других компонентов буровой компоновки.
Далее на Фиг.1 усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 также включает блок ротора и каретки 40. Блок ротора и каретки 40 предназначен для перемещения вдоль упорной рамы 42 и передачи осевого усилия, обратного тягового усилия и крутящего момента на бурильную или обсадную трубу. Блок ротора и каретки является системой речно-шестеренчатой каретки с принудительным зацеплением, исключающей использование тросов, лебедок, гидравлических цилиндров, цепных систем и аналогичных механизмов. Далее усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка включает развинчивающий ключ 50 и роликовый антифрикционный ориентирующий вкладыш 60 для бурильной колонны. Развинчивающий ключ 50 предназначен для свинчивания и развинчивания соединительных муфт бурильных труб. Вкладыш 60 предназначен для снижения износа колонны бурильных труб.
Кроме того, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 включает пару шарниров 70 (см. также Фиг.4), обеспечивающих поворотное перемещение упорной рамы 42 между положением приблизительно параллельным подземным пластам горных пород (как показано на Фиг.1) и положением приблизительно перпендикулярным подземным пластам горных пород (см. Фиг.3). Шарнир 70 является двухшарнирным устройством, снабженным двумя осями поворота. Тем не менее, в пределах объема настоящего изобретения предусматривается, что шарнир может иметь менее или более двух осей поворота. Далее, в пределах объема настоящего изобретения предусматривается, что менее одного или более двух шарниров могут использоваться для перемещения упорной рамы между положением приблизительно параллельным подземным пластам горных пород и положением приблизительно перпендикулярным подземным пластам горных пород.
Блок ротора и каретки 40 и упорная рама 42 предпочтительно перемещаются между приблизительно горизонтальным положением и приблизительно вертикальным положением с помощью гидравлических цилиндров 44 рамы (см. также Фиг.4). Тем не менее, в пределах объема настоящего изобретения предусматривается, что для поворотного перемещения блока ротора и каретки и упорной рамы между приблизительно горизонтальным положением и приблизительно вертикальным положением может использоваться любое приемлемое устройство или агрегат, такой как блок цепного привода с двигателем, блок канатного привода с двигателем, блок редуктора с двигателем и аналогичные механизмы. Далее предусматривается, что установка может быть снабжена менее или более двух гидравлических цилиндров для перемещения блока ротора и каретки и упорной рамы между приблизительно горизонтальным положением и приблизительно вертикальным положением. Далее предусматривается, что блок ротора и каретки и упорная рама могут перемещаться по дуге за пределы вертикального положения приблизительно 90°.
Как показано на Фиг.1, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 также включает подвышечное основание 80, предназначенное для подъема компоновки до достаточной высоты для очистки противовыбросового превентора. Кроме того, подвышечное основание 80 предназначено для анкерного крепления компоновки к грунту (как показано на Фиг.5) таким образом, чтобы осевые усилия, превышающие вес компоновки и подвышечного основания, могли быть приложены к бурильной трубе или обсадной трубе. Подвышечное основание, проиллюстрированное на Фиг.1, показано в разобранном состоянии для транспортировки. Усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 далее включает дистанционно управляемую подвеску 85 бурильных труб или обсадной колонны с клиньями. Подвеска 85 обсадной колонны с клиньями предназначена для предотвращения падения бурильной колонны в буровую скважину. Кроме того, подвеска 85 обсадной колонны с клиньями предназначена для сокращения времени необходимого для проведения операций по свинчиванию и развинчиванию муфт бурильной трубы и (или) обсадной трубы. Дополнительно подвеска 85 обсадной колонны с клиньями выступает в качестве оборудования, обеспечивающего безопасность персонала, предотвращая его контакт с движущейся бурильной трубой и обсадной трубой.
На Фиг.1 манипулятор 90 для работы с бурильными и обсадными трубами предназначен для подхвата бурильной трубы 100 или обсадной трубы из приблизительно горизонтального положения в основном параллельного подземным пластам горных пород (т.е. из положения, в котором хранятся бурильные трубы и обсадные трубы на стеллаже для хранения). Кроме того, манипулятор 90 предназначен для перемещения бурильной трубы 100 или обсадной трубы с поворотом приблизительно в вертикальное положение, в основном перпендикулярное подземным пластам горных пород, для проведения подземных буровых работ с вертикальным бурением. Дополнительно манипулятор 90 предназначен для перемещения бурильной трубы 100 приблизительно за пределы вертикального положения, как показано на Фиг.7. Кроме того, манипулятор 90 предназначен для удержания бурильной трубы или обсадной трубы в положении до момента соединения блока ротора и каретки с бурильной трубой или обсадной трубой. Манипулятор 90 предназначен для перемещения бурильной трубы или обсадной трубы в неограниченное количество положений от приблизительно горизонтального положения хранения до положения, в котором происходит соединение бурильной или обсадной трубы с блоком ротора и каретки. Манипулятор 90 соединен с возможностью демонтажа с подвышечным основанием 80 с помощью одного или нескольких болтовых соединений.
На Фиг.1 манипулятор 90 и бурильная труба 100 или обсадная труба с помощью гидравлического цилиндра 92 манипулятора перемещаются в основном от горизонтального положения хранения в соответствующее положение для соединения бурильной трубы или обсадной трубы с блоком ротора и каретки. Тем не менее, в пределах объема настоящего изобретения предусматривается, что любое приемлемое устройство или агрегат, такие как блок цепного привода с двигателем, блок канатного привода с двигателем, блок редуктора с двигателем, вращательный привод и аналогичные механизмы, могут быть использованы для перемещения с поворотом манипулятора бурильных и обсадных труб в основном между горизонтальным положением хранения и соответствующим положением для соединения бурильной трубы или обсадной трубы с блоком ротора и каретки. Кроме того, предусматривается, что может быть установлено несколько гидравлических цилиндров для перемещения манипулятора бурильных и обсадных труб в основном между горизонтальным положением хранения и соответствующим положением для соединения бурильной трубы или обсадной трубы с блоком ротора и каретки. Предпочтительная бурильная труба 100 показана в горизонтальном положении хранения. Предпочтительный манипулятор 90 показан в положении, готовом для погрузки и транспортировки.
Как показано на Фиг.1, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 также включает несколько регулируемых опор 110. Регулируемые опоры 110 крепятся к компоновке и предназначены для выравнивания буровой компоновки. Кроме того, регулируемые опоры 110 обеспечивают стабильность усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. Дополнительно регулируемые опоры 110 установлены на подвышечном основании 80 с целью создания дополнительного крепежного усилия на компоновку.
На Фиг.2 проиллюстрирован вид сбоку усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. В частности, на Фиг.2 проиллюстрирована усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 в сложенном транспортировочном положении на подвышечном основании 80. Как показано на Фиг.2, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 включает силовой агрегат 32 (силовой агрегат 34 не показан), блок 40 ротора и каретки, упорную раму 42, гидравлический цилиндр 44 рамы, развинчивающий ключ 50, вкладыш 60, шарнир 70, подвышечное основание 80, подвеску 85 бурильных труб или обсадной колонны с клиньями, манипулятор 90 для работы с бурильными или обсадными трубами, гидравлический цилиндр 92 манипулятора, бурильную трубу 100 и регулируемые опоры 110.
На Фиг.3 представлен вид сбоку усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. В частности, на Фиг.3 представлен предпочтительный пример усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30 в положении для проведения вертикального подземного бурения. Бурильная труба 100 показана в горизонтальном положении хранения. Как показано на Фиг.3, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 включает силовой агрегат 32 (силовой агрегат 34 не показан), блок 40 ротора и каретки, упорную раму 42, гидравлический цилиндр 44 рамы, развинчивающий ключ 50, вкладыш 60, шарнир 70, подвышечное основание 80, подвеску 85 бурильных труб или обсадной колонны с клиньями, манипулятор 90 для работы с бурильными или обсадными трубами, гидравлический цилиндр 92 манипулятора, бурильную трубу 100 и регулируемые опоры 110. Далее, как показано на Фиг.3, блок 40 ротора и каретки и упорная рама 42 усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30 предназначены для поворота от положения приблизительно параллельного подземным пластам горных пород (как показано на Фиг.1 и 2) до положения приблизительно перпендикулярного подземным пластам горных пород с целью выполнения вертикального подземного бурения. Блок 40 ротора и каретки и упорная рама 42 предпочтительно перемещаются между приблизительно горизонтальным положением и приблизительно вертикальным положением с помощью гидравлического цилиндра 44 рамы.
На Фиг.4 представлен вид сверху усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. В частности, на Фиг.4 проиллюстрирована усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 в положении, показанном на Фиг.3, с шарнирами 70 в опущенном положении. Как показано на Фиг.4, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 включает силовой агрегат 32, силовой агрегат 34, блок 40 ротора и каретки, упорную раму 42, гидравлические цилиндры 44 рамы, шарниры 70, подвышечное основание 80, манипулятор 90 для работы с бурильными или обсадными трубами, бурильную трубу 100 и регулируемые опоры 110.
На Фиг.5 представлен вид сбоку усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. В частности, на Фиг.5 проиллюстрирована усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 в положении для вертикального подземного бурения с манипулятором 90 для работы с бурильными и обсадными трубами и бурильной трубой 100 в вертикальном положении бурения. Кроме того, на Фиг.5 проиллюстрирована система 115 анкерного крепления. Как показано на Фиг.5, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 включает силовой агрегат 32 (силовой агрегат 34 не показан), блок 40 ротора и каретки, упорную раму 42, гидравлический цилиндр 44 рамы, развинчивающий ключ 50, вкладыш 60, шарнир 70, подвышечное основание 80, подвеску 85 бурильных труб или обсадной колонны с клиньями, манипулятор 90 для работы с бурильными или обсадными трубами, гидравлический цилиндр 92 манипулятора, бурильную трубу 100, регулируемые опоры 110 и анкера (якоря) 120 с опрокидывающимися пластинами. Далее, как показано на Фиг.5, манипулятор 90 для работы с бурильными и обсадными трубами предназначен для удержания с возможностью съема и перемещения с поворотом бурильной трубы 100 от положения приблизительно параллельного подземным пластам горных пород (как показано на Фиг.1-3) до положения приблизительно перпендикулярного подземным пластам горных пород. Манипулятор 90 для работы с бурильными трубами и обсадными трубами с помощью гидравлического цилиндра 92 манипулятора перемещается между положением приблизительно параллельным подземным пластам горных пород и положением приблизительно перпендикулярным подземным пластам горных пород.
Как показано на Фиг.5, система 115 анкерного крепления включает анкера 120 с опрокидывающимися пластинами, предназначенные для забивания в грунт на требуемую глубину. Анкерный стержень 122 отходит от анкеров 120 с опрокидывающимися пластинами и достигает земной поверхности. Анкерный стержень 122 может быть соединен с подвышечным основанием 80 с помощью анкерного гидравлического цилиндра 124. Анкерный гидравлический цилиндр 124 устанавливают в муфте в раме подвышечного основания 80 таким образом, чтобы обеспечивался поворот цилиндра для установки на одной оси с анкерным стержнем. Анкерный гидравлический цилиндр также предназначен для наклонения анкера с опрокидывающимися пластинами и поддержания предварительно заданного гидравлического давления таким образом, чтобы требуемая растягивающая нагрузка анкерного стержня поддерживалась на протяжении всего процесса бурения. В другом примере осуществления изобретения анкерный стержень 122 может быть соединен с подвышечным основанием 80 с помощью разъемной конической втулки, закрепляемой на анкерном стержне и устанавливаемой в коническом корпусе, соединенном с подвышечным основанием. По мере увеличения нагрузки на анкерное крепление разъемная коническая втулка плотнее входит в конический корпус, в результате чего увеличивается усилие захвата анкерного стержня.
На Фиг.6 представлен вид сбоку усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. В частности, на Фиг.6 проиллюстрированы блок 40 ротора и каретки, упорная рама 42, развинчивающий ключ 50 для бурильных и обсадных труб, ориентирующий вкладыш 60 для бурильной колонны и подвеска 85 бурильных труб или обсадной колонны с клиньями усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30 в положении под углом в 45° для выполнения наклонного бурения, при этом бурильная труба 100 находится в горизонтальном положении хранения. Шарнир 70 показан в опущенном положении. Как показано на Фиг.6, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 включает силовой агрегат 32 (силовой агрегат 34 не показан), блок 40 ротора и каретки, упорную раму 42, гидравлический цилиндр 44 рамы, развинчивающий ключ 50, вкладыш 60, шарнир 70, подвышечное основание 80, подвеску 85 бурильных труб или обсадной колонны с клиньями, манипулятор 90 для работы с бурильными или обсадными трубами, гидравлический цилиндр 92 манипулятора, бурильную трубу 100 и регулируемые опоры 110. Далее, как показано на Фиг.6, блок ротора и каретки 40 и упорная рама 42 усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30 предназначены для перемещения с поворотом от положения приблизительно параллельного подземным пластам горных пород (как показано на Фиг.1 и Фиг.2) до положения под углом приблизительно 45° к горизонтальным подземным пластам горных пород с целью выполнения наклонного подземного бурения. Блок ротора и каретки 40 и упорная рама 42 перемещаются с помощью гидравлического цилиндра 44 рамы между приблизительно горизонтальным положением и положением под углом приблизительно 45° к горизонтальным подземным пластам горных пород.
На Фиг.7 представлен вид сбоку усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. В частности, на Фиг.7 проиллюстрированы усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30, блок 40 ротора и каретки, развинчивающий ключ 50, ориентирующий вкладыш 60, подвеска 85 бурильных труб или обсадной колонны с клиньями и бурильная труба 100 в положении под углом 45° для выполнения наклонного бурения. Шарнир 70 показан в опущенном положении. Как показано на Фиг.7, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 включает силовой агрегат 32 (силовой агрегат 34 не показан), блок 40 ротора и каретки, упорную раму 42, гидравлический цилиндр 44 рамы, развинчивающий ключ 50, вкладыш 60, шарнир 70, подвышечное основание 80, подвеску 85 бурильных труб или обсадной колонны с клиньями, манипулятор 90 для работы с бурильными или обсадными трубами, гидравлический цилиндр 92 манипулятора, бурильную трубу 100 и регулируемые опоры 110. Далее, как показано на Фиг.7, манипулятор 90 для работы с бурильными и обсадными трубами и бурильная труба 100 предназначены для перемещения с поворотом от положения приблизительно параллельного подземным пластам горных пород (как показано на Фиг.1, 2, 3 и 6) до положения под углом приблизительно 45° к горизонтальным подземным пластам горных пород с целью выполнения наклонного подземного бурения. Манипулятор 90 для работы с бурильными и обсадными трубами и бурильная труба 100 перемещаются с помощью гидравлического цилиндра 92 манипулятора между приблизительно горизонтальным положением и положением под углом приблизительно 135° к горизонтальным подземным пластам горных пород.
На Фиг.8 представлен вид сбоку блока ротора и каретки усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. Блок 40 ротора и каретки предназначен для создания осевого и обратного тягового усилий на бурильную или обсадную трубу, или колонну бурильных или обсадных труб с помощью системы, включающей планетарный редуктор приводной шестерни и гидравлические двигатели. В частности, как показано на Фиг.8, блок 40 ротора и каретки включает планетарные редукторы 140 привода каретки и двигатели 142 привода каретки. Блок ротора и каретки далее включает планетарные редукторы 144 редуктора ротора, гидравлические двигатели 146 редуктора ротора и выходной вал 148 редуктора ротора. Редуктор ротора и выходной вал передают крутящий момент на бурильную трубу или колонну бурильных труб. Несмотря на то, что на Фиг.8 проиллюстрированы гидравлические двигатели, служащие в качестве источника энергии для блока ротора и каретки, подразумевается, что в пределах объема настоящего изобретения приемлемый источник энергии, такой как электродвигатель и аналогичное устройство, могут приводить в действие блок ротора и каретки.
На Фиг.9 представлен вид сверху блока 40 ротора и каретки. Как показано на Фиг.9, блок 40 ротора и каретки включает планетарные редукторы 140 привода каретки и двигатели 142 редуктора привода каретки. Блок ротора и каретки далее включает планетарные редукторы 144 редуктора ротора, гидравлические двигатели 146 редуктора ротора и выходной вал 148 редуктора ротора. Кроме того, блок 40 ротора и каретки включает телескопический узел 150 вала со скользящими плашками, описание которого более подробно будет приведено ниже.
На Фиг.10 представлен вид сбоку частично в разрезе телескопического узла 150 вала со скользящими плашками предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. В частности, на Фиг.10 проиллюстрирован узел 150 вала со скользящими плашками с выходным валом 148 во втянутом положении. Как показано на Фиг.10, узел 150 вала со скользящими плашками включает выходной вал 148, ведущую муфту 154 и корпус 156. Выходной вал 148 способен телескопически вытягиваться и втягиваться в зависимости от направления осевой нагрузки, прилагаемой к блоку ротора и каретки. Выходной вал вытягивается в аксиальном направлении из корпуса 156 на расстояние приблизительно четыре дюйма и втягивается в него в аксиальном направлении.
Ведущая муфта 154 входит в зацепление с выходным валом 148 для передачи крутящего момента от входного конца 158 вала со скользящими плашками на выходной конец 160 вала со скользящими плашками. Узел вала со скользящими плашками уменьшает повреждение и износ резьбы бурильных и обсадных труб, удлиняет срок эксплуатации резьбы муфтовых соединений бурильных труб в результате телескопического действия выходного вала 148.
На Фиг.11 представлен вид сбоку частично в разрезе телескопического узла 150 вала со скользящими плашками предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. В частности, на Фиг.11 проиллюстрирован узел 150 вала со скользящими плашками с выходным валом 148 в вытянутом положении. Как показано на Фиг.11, узел 150 вала со скользящими плашками включает выходной вал 148, ведущую муфту 154, корпус 156, входной конец вала 158 и выходной конец вала 160.
На Фиг.12 представлен вид телескопического узла 150 вала со скользящими плашками в поперечном разрезе предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. В частности, как показано на Фиг.12, узел 150 вала со скользящими плашками включает выходной вал 148, ведущую муфту 154 и корпус 156.
На Фиг.13 представлен вид сбоку первого варианта примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки. В частности, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 230 включает закрепленную ось поворота 270 и систему 280 с широко расставленными распорками. Закрепленная ось поворота 270 обеспечивает поворотное перемещение упорной рамы 242 между положением, являющимся в основном параллельным подземным пластам горных пород, и положением, являющимся в основном перпендикулярным подземным пластам горных пород. Закрепленная ось поворота 270 предпочтительно предназначена для обеспечения перемещения упорной рамы 242 на угол приблизительно 90°.
На Фиг.13 и 14 показана система 280 с широко расставленными распорками, предназначенная для обеспечения устойчивости буровой компоновки. Система с широко расставленными распорками включает пару ответвлений 282 системы с широко расставленными распорками, при этом каждое ответвление снабжено концом 283 упорной рамы для крепления к упорной раме 242 и анкерным концом 284, предназначенным для анкерного крепления к подвышечному основанию 280. Несмотря на то, что система с широко расставленными распорками, проиллюстрированная на Фиг.13 и 14, включает пару ответвлений, в пределах объема настоящего изобретения предусматривается, что система с широко расставленными распорками может включать более или менее двух ответвлений. В пределах объема настоящего изобретения также предусматривается, что анкерный конец ответвления может быть прикреплен к любой приемлемой опорной конструкции, включая подземные пласты, но не ограничивается ими. Кроме того, несмотря на то, что система с широко расставленными распорками, проиллюстрированная на Фиг.13 и 14, используется вместе с упорной рамой, установленной в основном в вертикальном положении, в пределах объема настоящего изобретения предусматривается, что система с широко расставленными распорками может быть предназначена для использования вместе с упорной рамой, не находящейся в основном в вертикальном положении.
На Фиг.15 представлен вид сверху варианта примера осуществления блока ротора и каретки предпочтительной усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки в соответствии с настоящим изобретением. Блок ротора и каретки в целом обозначен позицией 340. Блок 340 ротора и каретки предназначен для использования вместе с двухтрубными бурильными трубами и двухтрубными бурильными колоннами. В частности, блок 340 ротора и каретки предназначен для подачи жидкой или газообразной среды (такой как бентонит, воздух, вода и т.д.) через кольцевой канал, расположенный между внутренней трубой и внешней трубой двухтрубной бурильной трубы, к режущему инструменту (такому как бурильный молоток) бурильной колонны. При использовании такой двухтрубной бурильной трубы жидкость, накачиваемая через кольцевой канал бурильной трубы, приводит в действие режущий инструмент, удаляет обломки выбуренной породы от передней поверхности режущего инструмента в забое скважины и направляет обломки выбуренной породы во внутреннюю трубу для закачивания в подземные пласты горных пород. На Фиг.15А детально проиллюстрирован поток жидкости и обломков выбуренной породы (показанные стрелками 340А и 340В соответственно) через нижнюю часть блока ротора и каретки. На Фиг.15А также показана гибкая труба 340 для отвода обломков выбуренной породы, предназначенная для транспортировки обломков выбуренной породы из внутренней трубы двухтрубной бурильной трубы (или двухтрубной бурильной колонны) в трубу 370 для отвода обломков выбуренной породы, описанную ниже.
Как показано на Фиг.15 и 16, блок 340 ротора и каретки включает планетарный редуктор 341 привода каретки, гидравлический двигатель 346 редуктора ротора, выходной вал 348 редуктора ротора и телескопический узел 350 вала со скользящими плашками. Кроме того, блок 340 ротора и каретки включает систему трубопроводов, предназначенную для подачи жидкости к кольцевому каналу между внутренней трубой и внешней трубой двухтрубной бурильной трубы и (или) двухтрубной бурильной колонны. Блок 340 ротора и каретки включает систему трубопроводов, предназначенную для транспортировки обломков выбуренной породы из внутренней трубы двухтрубной бурильной трубы из буровой компоновки. В частности, в блоке ротора и каретки впускная труба 360 соединена с расположенным ниже роторным вертлюгом 342 таким образом, чтобы обеспечивалась транспортировка жидкости в кольцевой канал между внутренней трубой и внешней трубой двухтрубной бурильной трубы. Впускное быстроразъемное соединение 364 с крыльчатой гайкой либо любое иное соединительное устройство расположено у входного патрубка впускной трубы. Кроме того, в блоке ротора и каретки трубка 370 для вывода обломков выбуренной породы соединена с роторным вертлюгом 372 таким образом, чтобы обломки выбранной породы из внутренней трубы двухтрубной бурильной трубы могли быть отведены из буровой компоновки. Труба 370 для отвода выбуренной породы также включает выпускное быстроразъемное соединение 374 с крыльчатой гайкой или любое иное приемлемое соединительное устройство. Несмотря на то, что выпускная труба 360 и труба 370 для отвода обломков выбуренной породы проиллюстрированы в их предпочтительной конфигурации и расположении, в пределах объема изобретения предусматривается, что трубы могут иметь любую приемлемую конфигурацию и могут быть расположены по любой иной приемлемой схеме.
В процессе работы реализуется ряд преимуществ устройства и способа настоящего изобретения. Например, буровая компоновка в соответствии с изобретением создает повышенную мощность для передачи вращательного, осевого и обратного тягового усилий на бурильные трубы. Буровая компоновка в соответствии с изобретением обеспечивает бурение более глубоких скважин и скважин, имеющих больший диаметр, по сравнению со скважинами, бурение которых осуществляется с использованием известных буровых компоновок. Буровая компоновка способна пробурить породу и сформировать ствол скважины под любым углом от положения приблизительно параллельного горизонтальным подземным пластам горных пород до вертикального угла в 90°. Следовательно, буровая компоновка в соответствии с настоящим изобретением способна бурить породу с большим углом наклона по сравнению с известными буровыми компоновками горизонтально-наклонного бурения и формировать скважину под углом, близким к горизонтали, по сравнению с известными буровыми компоновками вертикального бурения. Анкерная система и блок ротора и каретки буровой компоновки в соответствии с настоящим изобретением позволяют исключить использование тяжелых бурильных труб или утяжеленных бурильных труб с целью оказания направленной вниз нагрузки на буровое долото. Еще одним преимуществом буровой компоновки в соответствии с изобретением является более легкая транспортировка по сравнению с известными буровыми компоновками в результате автономных силовых агрегатов и меньшего веса буровой компоновки. Реечно-шестеренчатый блок ротора и каретки буровой компоновки в соответствии с настоящим изобретением позволяет исключить использование тросов, лебедок, гидравлических цилиндров, цепных систем и аналогичных механизмов для создания вращательных, осевых и обратных тяговых усилий. Узел шпинделя со скользящими плашками буровой компоновки в соответствии с настоящим изобретением также обеспечивает снижение повреждений и износа резьбовых торцов секций бурильной колонны при контакте наземного привода или роторного стола с резьбовым торцом секции бурильной колонны. Буровая компоновка в соответствии с настоящим изобретением дополнительно позволяет сократить время, необходимое для выполнения операций свинчивания и развинчивания муфт бурильных труб и (или) обсадных труб. Стрелы манипулятора для работы с трубами или обсадными трубами в соответствии с изобретением, который шарнирно прикреплен к подвышечному основанию, обеспечивают быстрый демонтаж при транспортировке. Буровая компоновка в соответствии с настоящим изобретением также предназначена для выполнения работ вертикального и горизонтально-наклонного бурения с двухтрубной бурильной трубой и двухтрубной бурильной колонной. Кроме того, при выходе из строя силового агрегата буровая компоновка обеспечивает дальнейшее бесперебойное выполнение буровых работ в результате того, что она снабжена несколькими силовыми агрегатами (run-on-one-technology).
Несмотря на то, что настоящее описание содержит многочисленные конкретные особенности, они не должны истолковываться как ограничивающие объем изобретения, а как использующиеся исключительно для иллюстрации ряда предпочтительных примеров осуществления изобретения, а также наиболее эффективного способа, рассматриваемого изобретателем для реализации изобретения. Следует понимать, что в приведенное в настоящем патенте описание изобретения могут быть внесены различные изменения и модификации, которые включены в пределы существа и объема эквивалентов прилагаемой формулы изобретения.
1. Усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка для бурения скважины через подземные пласты горных пород с помощью бурильной трубы, при этом буровая компоновка включает:
силовой агрегат для подачи электроэнергии на буровую компоновку; упорную раму, способную перемещаться между положением, в основном параллельным подземным пластам горных пород и положением, в основном перпендикулярным подземным пластам горных пород; устройство для перемещения упорной рамы;
блок ротора и каретки, установленный на упорной раме, при этом блок ротора и каретки предназначен для передачи бурильной трубе вращательного, осевого и обратного тягового усилий; и
анкерную систему крепления, включающую анкер с опрокидывающейся пластиной, анкерный стержень и анкерный гидравлический цилиндр,
в которой буровая компоновка предназначена для бурения скважины с использованием бурильной трубы через подземные пласты горных пород под любым углом относительно подземных пластов горных пород между положением в основном параллельным подземным пластам горных пород и положением в основном перпендикулярным подземным пластам горных пород.
2. Буровая компоновка по п.1, в которой силовой агрегат включает, по меньшей мере, два независимых силовых агрегата, присоединенных к буровой компоновке.
3. Буровая компоновка по п.2, в которой буровая компоновка предназначена для работы при полной мощности и при вдвое меньшей скорости, используя, по меньшей мере, один из двух независимых силовых агрегатов в случае выхода из строя одного или более, по меньшей мере, из двух независимых силовых агрегатов.
4. Буровая компоновка по п.1, в которой упорная рама шарнирно соединена с буровой компоновкой.
5. Буровая компоновка по п.4, в которой упорная рама шарнирно соединена с буровой компоновкой с помощью двухшарнирного устройства, снабженного, по меньшей мере, двумя осями поворота.
6. Буровая компоновка по п.1, в которой перемещение упорной рамы обеспечивается, по меньшей мере, на угол приблизительно 90° по отношению к подземным пластам горных пород.
7. Буровая компоновка по п.1, в которой устройство для перемещения упорной рамы является гидравлическим цилиндром рамы.
8. Буровая компоновка по п.1, в которой блок ротора и каретки является реечно-шестеренчатой системой каретки с принудительным зацеплением, включающей:
планетарный редуктор привода каретки;
двигатель привода каретки;
планетарный редуктор редуктора ротора;
гидравлический двигатель редуктора ротора; и
телескопический узел вала со скользящими плашками.
9. Буровая компоновка по п.8, в которой телескопический узел вала со скользящими плашками включает:
выходной вал редуктора ротора;
ведущую муфту;
корпус;
входной конец вала со скользящими плашками;
и выходной конец вала со скользящими плашками.
10. Буровая компоновка по п.1, дополнительно включающая развинчивающий ключ.
11. Буровая компоновка по п.1, дополнительно включающая ориентирующий вкладыш для бурильной колонны.
12. Буровая компоновка по п.1, дополнительно включающая подвышечное основание.
13. Буровая компоновка по п.1, дополнительно включающая регулируемую опору, установленную на подвышечном основании.
14. Буровая компоновка по п.1, дополнительно включающая блок плашек для захвата бурильных труб.
15. Буровая компоновка по п.1, дополнительно включающая манипулятор для работы с бурильными трубами и обсадными трубами и устройство для перемещения манипулятора бурильных и обсадных труб.
16. Буровая компоновка по п.15, в которой манипулятор для работы с бурильными трубами и обсадными трубами соединен с возможностью демонтажа с подвышечным основанием с помощью болтовых соединений.
17. Буровая компоновка по п.16, в которой устройство для перемещения манипулятора бурильных и обсадных труб является гидравлическим силовым цилиндром.
18. Буровая компоновка по п.1, дополнительно включающая анкерную систему широких распорок.
19. Способ для бурения скважины через подземные пласты горных пород с помощью бурильной трубы, при этом способ включает:
создание усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, при этом буровая компоновка включает:
силовой агрегат для подачи электроэнергии на буровую компоновку;
упорную раму, способную перемещаться между положением в основном параллельным подземным пластам горных пород и положением в основном перпендикулярным подземным пластам горных пород; устройство для перемещения упорной рамы;
блок ротора и каретки, установленный на упорной раме, при этом блок ротора и каретки предназначен для передачи бурильной трубе вращательного, осевого и обратного тягового усилий;
анкерную систему крепления, включающую анкер с опрокидывающейся пластиной, анкерный стержень и анкерный гидравлический цилиндр,
в котором буровая компоновка предназначена для бурения скважины с использованием бурильной трубы через подземные пласты горных пород под любым углом относительно подземных пластов горных пород между положением в основном параллельным подземным пластам горных пород и положением в основном перпендикулярным подземным пластам горных пород;
размещение бурильной трубы на буровой компоновке;
перемещение упорной рамы для ее установки под требуемым углом бурения;
перемещение блока ротора и каретки до создания непосредственного контакта с бурильной трубой;
приложение к бурильной трубе вращательного, осевого и обратного тягового усилий; и
бурение подземных пластов горных пород с помощью бурильной трубы.
20. Способ по п.19, дополнительно включающий анкерное крепление буровой компоновки.
21. Способ по п.19, дополнительно включающий выравнивание буровой компоновки.
