Автоматическая система для подпочвенного роторного бурения, предназначенная для бурения нефтяных, минеральных и водозаборных скважин
Изобретение относится к области вращательного бурения и предназначено для бурения нефтяных, минеральных и водозаборных скважин. Система содержит на одном основании гидравлический механизм, предназначенный для опускания и подъема нескольких элементов колонны, которые необходимо разместить в стволе выполняемой скважины или удалить из него. Указанный механизм содержит ряд тросов управления и каждый из этих тросов имеет тупиковый конец, который крепится к каретке цилиндра, несущей несколько шкивов передачи для того, чтобы манипулировать одновременно с двумя, тремя или четырьмя элементами бурильной колонны, каждый из которых имеет длину около 9,20 м (класс 2), при обеспечении утроенного хода вытягивающих и толкающих цилиндров. Обеспечивает повышение производительности, рентабельности и безопасности добывающей скважины. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.
Предпосылки создания изобретения
Данное изобретение относится к автоматической системе для подпочвенного роторного бурения, предназначенной для бурения нефтяных, минеральных и водозаборных скважин.
Конкретнее, данное изобретение относится к таким автоматическим буровым системам, которые содержат приводную головку и грузоподъемное приспособление, оба приводимые в действие гидравлическими цилиндрами, имеющими рабочее перемещение цилиндра, предназначенное для оперативного перемещения трех стержней класса 2, со связанными приспособлениями для хранения и погрузочными устройствами для материала, необходимого, чтобы должным образом выполнить бурение.
Как известно, наземное бурение и, в частности, работы по установке в выполняемую скважину и удалению из скважин ряда труб, предназначенных для образования колонны труб, предназначенной для образования обсадной колонны или облицовки ствола скважины, выполняются на предназначенной для этого буровой площадке, содержащей соответствующую буровую установку, предназначенными для этого системами, которые обычно имеют механическую конструкцию.
Описанные выше известные механические системы для манипуляций с трубами имеют, однако, множество недостатков, отрицательно влияющих на производительность скважины и безопасность работы.
Более того, указанные известные механические системы содержат очень большое количество элементов управления и привода, главным образом механических, которые распределены по всей буровой площадке и даже требуют условий сравнительно свободного расположения.
Краткое изложение сущности изобретения
Таким образом, цель данного изобретения состоит в устранении вышеупомянутых недостатков, а также других недостатков, присущих известным механическим системам для бурения скважин, содержащим несколько предназначенных для бурения механических деталей и устройств, расположенных на расстоянии друг от друга по всей площади буровой площадки.
В пределах указанной выше цели основным предметом данного изобретения является создание полностью автоматической буровой системы, предназначенной для указанных выше целей, в которой, в частности, манипуляции с элементами труб, предназначенными для создания облицовки скважины или обсадной колонны, выполняются полностью автоматически, по существу, немеханическим образом, что улучшает производительность, рентабельность и безопасность добывающей скважины.
Другим важным предметом данного изобретения является создание автоматической буровой системы, объединяющей на одном основании буровой системы, которое может быть либо неподвижным, либо передвигаемым, полную комбинацию механического, гидравлического, электрического и электронного оборудования, а также содержащей новую буровую установку, несущую приводную головку, которой сообщается вертикальное движение в двух направленных посредством нескольких приводных гидравлических цилиндров, работающих предпочтительно в режиме вытягивания, что позволяет решить все проблемы, связанные с сочетанием изгибного и сжимающего напряжения.
Еще одним важным предметом данного изобретения является создание автоматической буровой системы, содержащей подъемные тросы и механизм утраивающей тросовой передачи, что позволяет использовать вытягивающие и толкающие гидравлические цилиндры малой длины, чтобы обеспечить перемещение приводной головки при ее подъеме и опускании, соответствующее, по существу, трехкратному ходу цилиндра.
Еще одним предметом данного изобретения является создание буровой системы, содержащей систему предохранительного торможения груза, предназначенную для торможения бурильного груза в том случае, если несущий груз трос оборвется.
Упомянутые выше цель и предметы данного изобретения, а также другие предметы изобретения, которые станут более понятными в дальнейшем, достигаются благодаря автоматической буровой системе, согласно прилагаемым пунктам патентных притязаний.
Краткое описание чертежа
Дополнительные отличительные признаки и преимущества автоматической системы для бурения скважины, согласно данному изобретению, станут более понятными в дальнейшем из следующего подробного описания предпочтительного, хотя и не единственного, варианта его выполнения, который представлен в качестве иллюстративного, но не ограничительного, примера на прилагаемом чертеже, на котором:
фиг.1-5 - схематический вид, на котором показана общая планировка буровой площадки, согласно данному изобретению.
Описание предпочтительного варианта выполнения
Как видно из чертежа, предлагаемая в изобретении система для бурения скважин, или буровая площадка, содержит установленные на одном основании следующие основные элементы: основание 11, включающее две рамы в форме параллелограммов, предназначенные для того, чтобы нести полный вес буровой системы; неподвижная конструкция буровой установки 10 с неподвижной талью 3 и вращающейся приводной головкой 8, погрузочное устройство 7, предназначенное для подъема элементов 6 трубы, необходимых для формирования обсадной буровой колонны для облицовки или закрепления выполняемого ствола буровой скважины.
Кроме того, данная система содержит множество тросов, каждый из которых имеет тупиковый конец 1, а также вытягивающие и толкающие цилиндры 9, первый шкив 2 передачи, второй шкив 2 передачи и третий шкив 3 передачи.
Конкретнее, предлагаемая в изобретении буровая система, которая используется исключительно в автоматической системе, или на площадке, для роторного бурения скважин, содержит множество рабочих компонентов, все из которых собраны на одном неподвижном или перемещаемом основании. Таким образом, на этом основании собраны все компоненты буровой системы или площадки, в частности, приводная система, содержащая множество гидравлических цилиндров, предназначенных для сообщения вращательного и вертикального движения вращающейся головки 8, эти гидроцилиндры также обеспечивают вертикальное перемещение в двух направлениях, либо перемещение при подъеме, либо перемещение при опускании указанной головки, что позволяет реализовать полиспаст или операции навинчивания или отвинчивания приводной головкой одного, или двух, или трех стержней, соединенных друг с другом посредством резьбы и имеющих каждый длину около 9,20 м(класс 2) и значительный вес, а также с элементов обсадной трубы, имеющих длину около 13/14 м, взятых по два или три.
Согласно данному изобретению, буровая система или площадка содержит, кроме того, специально сконструированное погрузочное устройство, содержащее гидравлическое захватывающее приспособление, предназначенное для перемещения двух или трех труб или трубного материала из накопителей, расположенных на оси приводной головки, или в эти накопители; автоматического мостового крана, приводимого в действие гидравлическими цилиндрами и/или взрывобезопасными электрическими двигателями, перемещающими элементы трубы, вынутые из скважины, на мостовой кран при помощи указанного захватывающего приспособления; еще одно погрузочное устройство, несущее буровые долота, соединительную арматуру и стабилизирующий элемент, примыкающий к буровой установке, приводимое в действие гидравлическими цилиндрами, предназначенное для того, чтобы доставлять указанные буровые долота и соединительную арматуру различного диаметра и стабилизаторы в центр выполняемого ствола скважины для того, чтобы их могла захватить и/или зацепить приводная головка.
Предложенная в изобретении буровая система также содержит систему торможения груза, предназначенную для торможения груза из труб, если во время выполнения бурения оборвется один из тросов, несущих груз.
Таким образом, подводя итог, можно сказать, что данное изобретение позволяет использовать в системе для бурения скважины или на буровой площадке установленную на одном основании гидравлическую систему, осуществляющую тройную передачу, предназначенную для подъема элементов трубы, которые необходимо удалить из ствола скважин или установить в ствол скважины, содержащую множество тросов, каждый из которых имеет тупиковый конец 1, и тупиковый конец 1 каждого троса соединен с кареткой 13 цилиндров, на которой смонтирован ряд шкивов 12 передачи, предназначенных для манипуляций с трехкратным вытягивающим или толкающим ходом цилиндра с двумя, тремя, четырьмя элементами 6 бурильной колонны, одновременно, каждый из которых имеет длину около 9,20 м (класс 2). Таким образом, описанная выше система позволяет выключить множество вытягивающих и толкающих цилиндров, имеющих сравнительно небольшие габариты, при этом указанные цилиндры монтируются внутри конструкции небольшого размера, в которой посредством описанных выше устройств передачи возможно одновременно совершать манипуляции приблизительно с 30 м элементов трубы для размещения их в стволе скважины или удаления их из ствола скважины.
Согласно еще одному аспекту, предлагаемая в изобретении система включает ряд цилиндров 9, количество которых можно быстро и просто изменить, чтобы увеличить мощность системы при вытягивании. Таким образом, данная система позволяет путем простого увеличения количества цилиндров создать каротажную буровую систему, имеющую мощность бурения приблизительно от 100 тонн до 1500-2000 тонн.
Согласно еще одному аспекту данного изобретения, предложенная в изобретении буровая система содержит, кроме того, погрузочное устройство 21, предназначенное для трубчатых элементов 6 колонны, содержащее ряд захватывающих приспособлений или подобных устройств. Указанное погрузочное устройство, в частности, берет или подает трубчатые элементы 6 или элементы 6 колонны от приводной головки 8 и при этом фиксирует их посредством захватывающего устройства, а захватив трубы 6, погрузочное устройство осуществляет вращательное движение на 45°, чтобы переместить захваченные элементы трубы к бурильной установке или от нее и тем самым поместить их на мостовой кран 16 или удалить с него во время манипуляций и бурения. Таким образом, в начале и в конце бурения скважины элементы 6 колонны подаются в систему или убираются из нее посредством погрузочного устройства, работающего как машина 7 для укладки и подъема, которая берет и подает элементы 6 колонны на рамы 17, несущие элементы колонны, и в накопитель 18 элементов колонны.
Согласно еще одному аспекту данного изобретения, в данном изобретении предлагается автоматическая буровая система, которой может управлять один оператор, осуществляющий удаление и перемещение элементов 6 колонны из ствола скважины или в ствол скважины и выполняющий бурение путем добавления по мере необходимости элементов 6 бурильной трубы, при этом вся система управления управляется программируемым логическим устройством с пульта управления, расположенного в кабине управления.
Согласно еще одному аспекту изобретения, предложенная в изобретении буровая система, кроме того, содержит еще одно погрузочное устройство, несущее буровые долота и соединительную арматуру, а также элементы стабилизатора, при этом указанное погрузочное устройство устанавливается впритык к буровой установке и приводится в действие гидравлическим цилиндром для передачи буровых долот и соединительной арматуры различного диаметра, а также элементов стабилизатора в центральную часть ствола скважины, чтобы их могла захватить приводная головка 8.
Согласно еще одному аспекту изобретения, предложенная в изобретении буровая система, кроме того, содержит систему торможения, предназначенную для торможения приводной головки, если во время выполнения бурения оборвется один из несущих груз тросов.
Хотя данное изобретение было описано со ссылками на предпочтительный вариант его выполнения, следует понимать, что в описанном варианте выполнения можно выполнить различные модификации и измерения, все из которых будут находиться в пределах объема данного изобретения.
1. Автоматическая система для подпочвенного роторного бурения, предназначенная для бурения нефтяных, минеральных и водозаборных скважин, отличающаяся тем, что указанная система содержит на одном основании системы гидравлический механизм, предназначенный для опускания и подъема нескольких элементов колонны, которые необходимо разместить в стволе выполняемой скважины или удалить из него, при этом указанный механизм содержит ряд тросов управления, и каждый из этих тросов имеет тупиковый конец, который крепится к каретке цилиндра, несущей несколько шкивов передачи для того, чтобы манипулировать одновременно с двумя, тремя или четырьмя элементами бурильной колонны, каждый из которых имеет длину около 9,20 м (класс 2), при обеспечении утроенного хода вытягивающих и толкающих цилиндров.
2. Буровая система по п.1, отличающаяся тем, что буровая система содержит переменное количество гидравлических цилиндров.
3. Буровая система по п.1, отличающаяся тем, что буровая система содержит погрузочное устройство, предназначенное для погрузки элементов бурильной колонны, при этом указанное погрузочное устройство содержит захватывающее приспособление, предназначенное для захвата и зажима указанных элементов бурильной колонны, и указанное погрузочное устройство, кроме того, может выполнять вращательные движения на 45° и перемещается по направлению к буровой установке или от нее.
4. Буровая система по п.1, отличающаяся тем, что буровая система содержит, кроме того, управляющее программируемое логическое устройство, и вся буровая система управляется одним оператором.
5. Буровая система по п.3, отличающаяся тем, что буровая система, кроме того, содержит примыкающее к буровой установке погрузочное устройство для буровых долот, соединительной арматуры различного диаметра и элементов стабилизатора, предназначенное для того, чтобы доставлять бурильные долота, соединительную арматуру различного диаметра и элементы стабилизатора в центральную часть ствола скважины для того, чтобы их могла захватывать вращающаяся приводная головка, перемещаемая в вертикальном направлении.
6. Буровая система по п.5, отличающаяся тем, что буровая система содержит тормозное устройство, предназначенное для торможения указанной приводной головки, если несущий груз трос оборвется во время выполнения бурения.
