Монолитная перемещаемая буровая установка для роторного бурения скважин
Изобретение относится к области бурения и может быть использовано для бурения либо наземных, либо морских новых расположенных на одной линии нефтяных, газовых, минеральных и водяных скважин или для обслуживания расположенных на одной линии непродуктивных скважин с устьями скважин, выступающими, по крайней мере, на три метра над уровнем грунта. Установка содержит буровую мачтовую вышку, несущую перемещаемую вверх и вниз по вертикали буровую вращающуюся головку, а указанная буровая мачтовая вышка при работе взаимодействует с рядом рабочих устройств, выбранных из группы, включающей, по крайней мере, контейнерное устройство для труб, буровых долот и стабилизаторов, устройство для захвата и погрузки труб, устройство для захвата и погрузки буровых долот и элементов стабилизаторов, привод двигателя, кабину управления оператора. Буровая мачтовая вышка и все рабочие устройства установлены в рабочем состоянии либо на наземном перемещаемом подвышечном основании, либо на плавающей на поверхности воды морской платформе. Обеспечивает безопасность при работе, высокую производительность, оптимальное энергопотребление, эффективное и быстрое автоматизированное выполнение операций с трубами. Является универсальной, как для бурения на море, так и на суше, легкой в обслуживании, эффективной в эксплуатации, имеет возможность быстро перемещаться с одного места на другое. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.
Предпосылки создания изобретения
Данное изобретение относится к новому типу монолитной перемещаемой буровой установки и, конкретнее, к автоматической буровой установки для роторного бурения новых наземных или морских нефтяных, газовых, минеральных и водяных скважин или для обслуживания существующих непродуктивных скважин с целью восстановления их продуктивности; при этом буровая установка содержит в качестве основного компонента мачтовую вышку/буровую вышку, имеющую вращающуюся головку с верхним приводом или вертлюг для ведущей бурильной трубы и вращающийся стол и все прочее оборудование для закачивания скважины, такое как кабина управления буровой установкой, контейнеры с трубчатыми элементами или трубами, погрузчики и машину для укладки, а также источник электропитания, необходимый для бурения и эксплуатации скважины.
Как известно, очень важные задачи, которые требуется решить при создании буровой установки - это создание буровой установки с высокой безопасностью и высокой отдачей, хорошим уровнем автоматизации во время транспортировки труб и бурения, очень эффективным и быстрым выполнением транспортировки колонны труб и обсадных труб, низким потреблением энергии и возможностью легко осуществлять обслуживание.
В то время, как известные буровые системы имеют вполне удовлетворительные характеристики по указанным выше пунктам, заявитель обнаружил, что они могут быть еще более улучшены.
Краткое изложение сущности изобретения
Следовательно, цель данного изобретения является усовершенствование существующих буровых установок для роторного бурения и обслуживания скважин путем создания нового типа наземной или морской буровой установки для роторного бурения и обслуживания скважин, которая позволяет достичь оптимальным образом всех указанных выше целей; она является буровой установкой нового типа, которая имеет очень высокую безопасность при работе, очень высокую производительность, оптимальное энергопотребление, очень эффективное, быстрое и автоматизированное выполнение погрузо-разгрузочных операций с бурильными трубами, утяжеленными бурильными трубами и обсадными трубами, предназначена для бурения новых скважин или обслуживания уже существующих скважин с целью восстановления их продуктивности и которую можно легко, быстро и просто обслуживать, эффективно эксплуатировать и быстро перемещать с одного места на другое.
Согласно одному аспекту данного изобретения, указанные выше цели, а также другие цели, которые станут более понятными из дальнейшего изложения, достигаются посредством наземной или морской монолитной перемещаемой буровой установки, как она здесь раскрывается и на которую испрашивается патент.
Краткое описание чертежей
Дополнительные отличительные особенности и преимущества предлагаемой в изобретении бурении буровой установки станут более понятными в дальнейшем из следующего подробного описания ее предпочтительного, хотя и не единственного, варианта выполнения, которое иллюстрируется в качестве примера, который не является ограничительным, на прилагаемых чертежах, на которых:
Фиг.1 схематически показана рамная конструкция мачтовой буровой вышки/буровой вышки, включенной в буровую установку, согласно данному изобретению;
Фиг.1А - схематический вид сверху мачтовой буровой вышки/буровой вышки, установленной на самоустанавливающемся основании типа параллелограмма или на морской платформе, на которой также установлены, согласно изобретению, все рабочие системы предложенной в изобретении буровой установки, стрелки сплошными линиями и пунктирными линиями указывают направление перемещения рабочих систем и компонентов предлагаемой в изобретении буровой установки;
Фиг.2 - схематический вид, показывающий часть приводного червяка, используемого для подъема бурильной колонны в буровой установке посредством гайки непосредственно или посредством тросов, прикрепленных к балансирному брусу и к верхнему приводу (или ведущей бурильной трубе), смонтированному на червяке и приводимому им в движение через коробки передач и электрические двигатели;
Фиг.2А - вид в продольном сечении части, изображенной на Фиг.2, показывающий по существу сечение по линии А-А на Фиг.2, и
Фиг.3 - детальное изображение узла роликового подшипника, связанного с гайкой или устанавливаемого на ней.
Описание предпочтительного варианта выполнения
Прежде чем перейти к подробному описанию предпочтительного варианта выполнения данного изобретения, следует отметить что изобретательский замысел состоял в создании наземного или морского самоустанавливающегося подвышечного основания типа параллелограмма, на котором монтируются и устанавливаются все компоненты предлагаемой в изобретении буровой установки, при этом на указанную платформу устанавливается, конкретнее, рамная конструкция буровой мачтовой вышки/буровой вышки с вставленным в нее не менее чем одним узлом из приводного червяка и гайки, перемещающим вверх и вниз верхнюю приводную головку или ведущую буровую трубу и вертлюг, которые поддерживаются и приводятся в движение узлом из приводного червяка и гайки таким образом, что они совершают движение по вертикали в обоих направлениях, вверх и вниз для того, чтобы добавлять в скважину или извлекать из нее, а конкретнее навинчивать или отвинчивать, трубчатые элементы класса 2 (длиной 9,0/9,5 м), такие как бурильные трубы, утяжеленные бурильные трубы, обсадные трубы, взятые по две, или буровые долота и стабилизирующие элементы, а также все прочее оборудование для работы и привода электродвигателя, необходимое для бурения новых скважин или обслуживания существующих скважин с целью восстановления их продуктивности.
Согласно данному изобретению, указанные выше рабочие системы или устройства, установленные на подвышечном основании или платформе, включают погрузочное устройство для труб или трубных элементов, которое содержит гидравлические зажимное и захватывающее устройство, которое несет два или три трубных элемента, вынутые из контейнеров, которые могут быть переведены из горизонтального в вертикальное положение и которые также установлены на подвышечном основании или платформе, причем указанные погрузочные устройства спроектированы таким образом, что они подводят трубные элементы под приводную головку и соединяют их с ней на оси скважины, при этом указанные трубные элементы хранятся в вертикальном положении и опираются на автоматизированную несущую раму (балкон буровой вышки), которая также содержит зажимную систему для труб, предпочтительно гидравлического типа, предназначенную для захвата трубных элементов и перемещения их из центральной скважины и автоматической передачи на панель для транспортировки трубных элементов; при этом указанное подвышечное основание или платформа с установленными на ней устройством, контейнерами для трубных элементов и системой транспортировки оборудована системой для перемещения вышки без демонтажа, предназначенной для перемещения собранной буровой установки на сравнительно небольшие расстояния при бурении кустовых скважин, и оставляющая зазор, соответствующий высоте устьев скважин, не менее трех метров от грунта, в котором выполняется бурение.
Согласно данному изобретению, на указанном подвышенном основании или платформе, кроме того, установлена перемещаемая кабина оператора, смонтированная также на предназначенной для этого раме, которую при помощи гидроцилиндра и привода можно привести в движение с тем, чтобы переместить единственного оператора к центру скважины.
Указанная мачтовая буровая вышка/буровая вышка и верхний привод оборудованы тормозной системой, предназначенной для торможения головки с верхним приводом или ведущей буровой трубы в случае, если произойдет обрыв тросов, несущих груз, посредством элементов бронзовой тормозной колодки, входящей в зацепление с направляющими верхнего привода или ведущей буровой трубы и вертлюга для торможения системы в случае необходимости.
Узел червяка и гайки, управляющий верхним приводом и ведущей буровой трубой и вертлюгом, приводит, как указывалось, приводную головку в движение в обоих направлениях вверх и вниз по вертикали таким образом, что указанная приводная головка может навинчивать и отвинчивать бурильные трубы или утяжеленные бурильные трубы, имеющие длину приблизительно 9,2 метра (типа класса 2), обсадные трубы длиной около 13/14 метров по одной, по две или по три с полезным ходом 10, 20, 30 метров и более.
Если теперь конкретно обратиться к упомянутым выше чертежам, то на Фиг.1 и Фиг.1А схематически показано самоустанавливающееся подвышечное основание типа параллелограмма для морских и наземных буровых установок, передвигаемое при помощи контррам и приводных цилиндров или приводных двигателей, специально не показанных, на которое опирается каркас мачтовой буровой вышки/буровой вышки для роторного бурения или конструкция 3, которая в свою очередь держит два или более (левых и правых) червяков 2, каждый из которых приводит во вращательное движение с перемещением в обоих направлениях по вертикали соответствующие гайки, в общем случае обозначенные ссылочным номером 1, которые в свою очередь приводят в движение по вертикали вверх и вниз вращающуюся приводную головку (верхний привод) или ведущую буровую трубу и вертлюг (не показан) 4, которая, например, на Фиг.1 показана сплошной линией в верхнем не активном положении и пунктирной линией в нижнем или активном положении, которое находится рядом со скважиной, которую требуется бурить, или устьем существующей скважины, которую требуется обслуживать.
В связи с этим должно быть очевидно, что количество червяков 2 и соответствующих гаек 1, входящих в состав указанной буровой вышки 3, может быть любым, в соответствии с требованиями, например, конструкция из одного червяка и гайки, но предварительно, как показано на Фиг.1, для предпочтительного варианта выполнения иметь две конструкции (левую и правую) или больше.
В нижней части каркаса 3 буровой мачтовой вышки/буровой вышки смонтированы нижние вращательные приводные системы 5, 6 для левого и правого червяков, каждая из которых содержит коробку 5 передач и соответствующие им один или более электродвигателей 6, которые показаны только схематически.
Согласно еще одному аспекту данного изобретения, на гайках 1 смонтировано множество роликовых подшипников 1', предназначенных для равномерного распределения веса вращающейся приводной головки и бурильной колонки или обсадной трубы 4 на выточке 1" (Фиг.2) гайки 1, причем указанные роликовые подшипники 1' являются предпочтительно подшипниками с низким коэффициентом трения.
Также, согласно еще одному аспекту данного изобретения, каждый червяк 2 имеет длину, соответствующую либо полному, либо половине рабочего хода приводной головки 4, то есть по существу полной высоте или половине высоты буровой мачтовой вышки/буровой вышки 3 в зависимости от режима работы привода головки и соединения, то есть, когда указанная приводная головка 4 приводится в движение непосредственно конструкцией 2, 1 из приводного червяка и гайки по всему полезному рабочему ходу указанной приводной головки 4, или указанная приводная головка 4 приводится в движение непрямым образом на половине своего рабочего хода трансмиссионными канатами или тросами или одним трансмиссионным тросом (оба варианта не показаны), крепящимся своим одним концом к гайке 1, а своим другим концом к верхней части 101 каркаса 3 буровой вышки.
Из приведенного выше описания должно быть понятно, что изобретательский замысел создания буровой установки, содержащий буровую матовую вышку/буровую 3 вышку со всеми своими компонентами и вспомогательным оборудованием для обслуживания, смонтированной на одном перемещаемом подвышечном основании или на морской плавучей платформе 100, предназначенной для бурения новой скважины и/или восстановления существующей скважины с существующими устьями скважин (не показаны), возвышающимися над поверхностью земли на три метра и более, осуществляется в буровой установке, имеющей совершенную рабочую систему и очень высокую производительность, очень низкий уровень потребления энергии, при этом данной буровой установкой легко управлять, ее легко автоматизировать и обслуживать, и она позволяет легко и быстро перемещать отдельные элементы труб.
В такой буровой установке нового типа буровая мачтовая вышка/буровая вышка определяет расположение вертикального вала с максимально допустимой статической нагрузкой на крюке или тяговым усилием до 1000 тонн и полезным вертикальным ходом приводной головки от верхнего положения до нижнего, составляющим 30 м и более, и буровая матовая вышка/буровая вышка 3 может содержать либо телескопическую, либо жесткую конструкцию для приведения в движение в вертикальном направлении головки 4 посредством одного, двух или более червяков, которые приводятся во вращательное движение с помощью системы зубчатых колес, которой управляют либо мощные электродвигатели постоянного или переменного тока, либо гидравлические двигатели.
Как указывалось при рассмотрении Фиг.1А, погрузочное устройство для трубчатых элементов (машина для подъема и укладки) L1, смонтированная в передней части указанного подвышечного основания или платформы, содержит захватывающие рычажные зажимы С, предназначенные для захвата трубчатых элементов или труб Р из контейнера с трубами PC или с качающегося стеллажа для труб, причем погрузочное устройство L1 после захвата каждого трубчатого элемента Р совершает поворот на 90° и перемещается к центру скважины, в то время как телескопический гидравлический цилиндр (не показан) поднимает захваченные им трубчатые элементы Р, чтобы привести указанные трубчатые элементы на ось верхнего привода и привинтить их, а затем, если потребуется, отвинтить их и снова поместить их в контейнеры PC, которые могут приводиться в колебательные движения из горизонтального положения в вертикальное положение, чтобы облегчить погрузку в него трубчатых элементов Р.
Еще одним преимуществом предлагаемой в изобретении буровой установки является то, что ей может управлять в автоматическом режиме один оператор с помощью программируемого логического устройства, которым он в свою очередь управляет посредством панели управления, установленной в перемещаемой кабине управления оператора ОС.
Как уже отмечалось, предлагаемая в изобретении буровая установка содержит, кроме того, устройство L2 для захвата и погрузки долот, предназначенное для погрузки буровых долот различного диаметра, соединительных переходников и стабилизаторов, расположенных около долота и колонны труб, и расширителей ствола скважины, установленное с одной стороны каркаса 3 мачтовой буровой вышки и приводимое в действие гидравлическими цилиндрами (не показаны в деталях).
Кабина управления или "будка" ОС буровой установки предпочтительно монтируется на перемещаемой раме, также установленной на подвышечном основании или платформе 100 и также приводимой в движение гидравлическими цилиндрами и/или редукторными электродвигателями, и приводится одним оператором в заданное положение либо рядом с рабочей площадкой, либо на удалении от нее, в частности перемещается по направлению к продольной оси скважины и/или вышки и от нее.
Предпочтительно, чтобы предлагаемая в изобретении буровая установка, как уже отмечалось, содержала, кроме того, тормозную систему (не показана в деталях), предназначенную для торможения приводной головки 4, при этом тормозная система содержит, например, тормозные колодки, создающие тормозное усилие на двух боковых направляющих головки 4.
Из приведенного выше описания становится очевидным, что данное изобретение полностью решает поставленные задачи и достигает поставленной цели.
Хотя изобретение было раскрыто со ссылками на предпочтительный вариант его осуществления, следует понимать, что раскрытый вариант выполнения может быть подвергнут некоторым модификациям и изменениям, все из которых попадают в пределы объема данного изобретения, которое, снова подчеркиваем, заключается в установке на одном перемещаемом подвышечном основании или морской плавучей платформе и буровой мачтовой вышке, и всех компонентов, необходимых для бурения новых скважин или восстановления продуктивности существующих скважин.
1. Буровая установка для бурения либо наземных, либо морских новых расположенных на одной линии нефтяных, газовых, минеральных и водяных скважин или для обслуживания расположенных на одной линии непродуктивных скважин с устьями скважин, выступающими, по крайней мере, на три метра над уровнем грунта, при этом указанная буровая установка содержит буровую мачтовую вышку, несущую перемещаемую вверх и вниз по вертикали буровую вращающуюся головку, а указанная буровая мачтовая вышка при работе взаимодействует с рядом рабочих устройств, выбранных из группы, включающей, по крайней мере, контейнерное устройство для труб, буровых долот и стабилизаторов, устройство для захвата и погрузки труб, устройство для захвата и погрузки буровых долот и элементов стабилизаторов, привод двигателя, кабину управления оператора, при этом указанная буровая мачтовая вышка и все рабочие устройства установлены в рабочем состоянии либо на наземном перемещаемом подвышечном основании, либо на плавающей на поверхности воды морской платформе и указанная буровая мачтовая вышка содержит жесткую или телескопическую мачтовую конструкцию, имеющую максимально допустимую статическую нагрузку на крюке, достигающую 1000 метрических тонн при полезном рабочем ходе вверх и вниз указанной вращающейся головки существенно не менее 30 м, при этом указанная вращающаяся головка удерживается в вертикальном положении в обоих направлениях с возможностью скольжения двумя конструкциями, состоящими из червяков и гаек, расположенными симметрично относительно вертикальной оси указанной буровой мачтовой вышки и проходящим по существу по всей высоте буровой мачтовой вышки и каждая указанная гайка в каждой конструкции, состоящей из червяка и гайки, является опорой для множества роликовых подшипников с низким коэффициентом трения, служащим средством для распределения веса, предназначенным для равномерного распределения веса или рабочей нагрузки на выточку указанного червяка, при этом указанная конструкция, состоящая из червяка и гайки, приводится в движение при работе посредством коробки передач и привода двигателя, установленных в нижней части червяка и содержащих либо электродвигатели постоянного или переменного тока, либо гидравлические двигатели с соответствующими редукторами.
2. Буровая установка по п.1, отличающаяся тем, что указанное устройство для захвата и погрузки труб содержит привод устройства для захвата и погрузки труб, предпочтительно привод с гидравлическим цилиндром, предназначенный для приведения в действие устройства для захвата и погрузки труб и поворачивающий по существу на 90° устройство для захвата и погрузки труб и в дальнейшем перемещающий устройство для захвата и погрузки труб по направлению по существу к центральной части скважины или от нее для соединения или разъединения указанных элементов труб с приводной головкой путем навинчивания или отвинчивания или подъем трубы с грунта на высоту рабочей площадки в месте расположения связей и подъемника путем скольжения.
3. Буровая установка по п.1, отличающаяся тем, что содержит несколько стеллажей и контейнеров для труб, при этом каждый стеллаж или контейнер для труб может приводиться из горизонтального положения в вертикальное положение для обеспечения погрузки в них элементов труб.
4. Буровая установка по п.1, отличающаяся тем, что содержит перемещаемую кабину управления оператора, установленную на подвышечном основании или платформе.
5. Буровая установка по п.4, отличающаяся тем, что кабина управления содержит программируемое логическое устройство и панель управления, предназначенные для управления всеми указанными рабочими устройствами буровой установки одним оператором, находящимся либо на буровой площадке, либо на территории, удаленной от буровой площадки.
6. Буровая установка по п.1, отличающаяся тем, что указанная буровая мачтовая вышка содержит тормозную систему, предназначенную для торможения вращающегося верхнего привода.
7. Буровая установка по п.6, отличающаяся тем, что тормозная система содержит бронзовые тормозные колодки, работающие на направляющих скольжения указанной вращающейся приводной головки.
