Устройство обеспечения непрерывной циркуляции бурового раствора и соответствующая установка

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к обеспечению непрерывной циркуляции бурового раствора при бурении скважин. Корпус (2) циркуляционного устройства (1) снабжен центральным каналом (4), предназначенным для размещения в нем части трубы (38); центральный канал (4) содержит верхний и нижний уплотнительные элементы (30, 32); уплотнительные элементы (30, 32) снабжены центральными отверстиями (33), которые при расширении указанных уплотнительных элементов (30, 32) могут закрываться или плотно прилегать к трубе (38), прилегая внутренней уплотнительной поверхностью (34) к трубе (38). Каждый из уплотнительных элементов (30, 32) герметично соединяется с пакерной трубой (8), которая расположена в корпусе (2) с возможностью вращения вокруг центральной оси (6) центрального канала (4) и окружается уплотнительным узлом (18, 20), плотно пригнанным между периферией пакерной трубы (8) и корпусом (2). Упрощается процесс обеспечения непрерывной циркуляции бурового раствора. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Раскрыты циркуляционное устройство и установка обеспечения непрерывной циркуляции бурового раствора во время непрерывного бурения, в которой указанное циркуляционное устройство расположено между верхним и нижним роторными блоками, при этом циркуляционное устройство и роторные блоки выполнены с возможностью вертикального перемещения вдоль по направляющей.

В нефтяной и газовой отрасли промышленности известны меры, которые позволяют поддерживать циркуляцию бурового раствора в скважине по мере удлинения колонны бурильных труб. NO 326427 раскрывает систему, в которой бурильная машина с верхним приводом и полым приводным валом взаимодействует со шлюзовой камерой, снабженной уплотнениями, окружающими трубу, при этом буровой раствор проходит попеременно по приводному валу через первый вход бурового раствора, когда сплошная колонна бурильных труб соединяется с бурильной машиной, и по шлюзовой камере через второй вход бурового раствора, когда верхний конец колонны труб устанавливается в шлюзовой камере для соединения с новой трубной секцией.

Недостаток технического решения, известного из NO 326427, заключается в том, что вращение колонны труб прекращается во время удлинения колонны труб. Как известно из промышленной практики, предпочтительно поддерживать вращение колонны труб для того, чтобы уменьшать опасность ее прихвата и увеличивать производительность, например, повышая глубину бурения за счет отсутствия перерывов буровых работ во время удлинения колонны бурильных труб.

Из патента NO 333021 и соответствующей публикации WO 2011/093716 известна установка, в которой, между первой бурильной машиной с верхним приводом и скважиной предусмотрены вторая бурильная машина, снабженная столом ротора, предназначенным для приема веса колонны труб, привод ротора, предназначенный для непрерывного вращения колонны труб, и жидкостная камера, которая предназначена для соединения с обеспечением гидравлической связи между концом колонны труб и системой подачи бурового раствора, при этом жидкостная камера содержит отверстия для ввода колонны труб, которые снабжены устройствами для герметичного закрытия этих отверстий, и при этом вторая бурильная машина снабжена также парой приводных трубных ключей, которые предназначены для присоединения соответствующего элемента к колонне труб или отсоединения от нее, и которые расположены в жидкостной камере. Недостаток этой установки заключается в том, что привод ротора непосредственно соединяется с жидкостной камерой (шлюзовой камерой), а приводные трубные ключи размещены в жидкостной камере. Поэтому настройку приводных трубных ключей для соответствующего размера трубы, с которой производится работа, приходится выполнять путем внедрения в жидкостную камеру.

Из WO0169034 А2 известна система для обеспечения непрерывной циркуляции бурового раствора к колонне труб и через нее, в то время как верхняя труба соединяется с верхним концом колонны труб или снимается с него. Указанная система содержит верхнюю и нижнюю камеры, каждая из которых снабжена уплотнительным устройством, плотно прилегающим к соответствующей части колонны труб, и промежуточным гидротехническим затворным механизмом.

WO 2008/147210 А2 раскрывает устройство для бурильной машины с верхним приводом, которое позволяет обеспечивать непрерывную циркуляцию бурового раствора через колонну бурильных труб, при этом буровой раствор подается попеременно через камеру, плотно облегающую верхнюю часть колонны бурильных труб, и приводной вал буровой машины, когда его нижний конец или присоединенная трубная секция открывается в указанной камере.

US 2003/0221519 А1 раскрывает устройство, которое позволяет соединять трубы с колонной труб или отсоединять от нее во время проведения буровых работ. Указанное устройство обеспечивает также вращение и осевое перемещение трубы во время операции соединения и отсоединения, а также циркуляцию бурового раствора. Бурильная машина с верхним приводом взаимодействует со столом ротора, при этом циркуляция бурового раствора осуществляется попеременно через циркуляционное устройство и через бурильную машину с верхним приводом и через присоединенную верхнюю трубу.

Целью изобретения является устранение или уменьшение по меньшей мере одного из недостатков уровня техники или, по меньшей мере, обеспечение полезной альтернативы уровню техники.

Эта цель достигнута за счет признаков, раскрытых в приведенном ниже описании и в прилагаемой формуле изобретения.

Далее термин «колонна бурильных труб» используется в качестве собирательного термина для обозначения всех типов колонн труб, которые путем вращения концевой части формируют подземную скважину посредством соответствующего бурового инструмента, измельчающего подземный материал, и нагнетаемого бурового раствора, который посредством обратного потока выносит измельченный подземный материал из скважины на поверхность.

Если однозначно не указано иного, термин «труба» используется далее в качестве собирательного термина для обозначения отдельных труб, трубный секций, составленных из нескольких отдельных труб, и колонны труб, состоящей из нескольких соединенных отдельных труб или нескольких трубный секций, которые могут быть соединены друг с другом с помощью резьбового соединения. Термин «труба» может также включать в себя, так называемый, предохранительный переводник, который используют в качестве соединителя между колонной труб и роторным блоком, и который может быть использован для подачи бурового раствора в колонну труб.

Согласно первому аспекту изобретения обеспечено циркуляционное устройство для установки, предназначенной для обеспечения непрерывной циркуляции бурового раствора во время бурения, при этом указанное устройство содержит корпус с центральным каналом, который предназначен размещения в нем части трубы и который содержит верхний и нижний уплотнительные элементы, снабженные центральными отверстиями, которые могут закрываться или плотно прилегать к трубе за счет расширения указанных уплотнительных элементов, прижимаясь внутренними уплотнительными поверхностями к трубе, при этом указанное циркуляционное устройство отличается тем, что каждый из уплотнительных элементов герметично соединяется с пакерной трубой, которая расположена в корпусе и выполнена с возможностью вращения вокруг центральной оси центрального канала, при этом пакерная труба окружена уплотнительным узлом, плотно пригнанным между периферией пакерной трубы и корпусом.

При вращении колонна бурильных труб, проходящая через циркуляционное устройство, тянет за собой уплотнительные элементы и пакерную трубу, которые, таким образом, вращаются совместно с колонной бурильных труб. Пакерная труба может быть разделенной пакерной трубой.

По меньшей мере один из уплотнительных элементов может быть снабжен самозакрывающимся трубным вводом. В предпочтительном примере осуществления самозакрывающийся трубный ввод состоит из упругого конического элемента, который в закрытом состоянии сжимается наружным давлением бурового раствора, проходящего в соседней жидкостной камере. Когда труба входит в самозакрывающийся трубный ввод, трубный ввод упруго открывается и плотно прижимается к трубы.

Самозакрывающийся трубный ввод образует влагонепроницаемый барьер для соседнего уплотнительного элемента.

Самозакрывающийся трубный ввод может быть изготовлен из пластичного материала, из упругого материала или их комбинации, например, из резиноподобных материалов, пружин, мягких камер, заполненных сжатой текучей средой, или из их комбинаций.

Между двумя уплотнительными узлами может быть предусмотрен канал для текучей среды, сообщающийся по текучей среде с уплотнительными элементами. Пространство в корпусе между уплотнительными узлами и двумя уплотнительными элементами образует жидкостную камеру.

Пакерная труба может быть соединена с дренажной колонной, выступающей вверх из пакерной трубы. Задача дренажной колонны заключается в том, чтобы останавливать выплеск текучей среды из трубы, заполненной буровым раствором, которая отсоединяется от колонны бурильных труб.

Согласно второму аспекту изобретения обеспечена установка непрерывной циркуляции бурового раствора во время непрерывного бурения, в которой циркуляционное устройство, как раскрыто выше, расположено между верхним и нижним роторными блоками, при этом циркуляционное устройство и роторные блоки выполнены с возможностью вертикального перемещения вдоль по направляющей, а установка отличается тем, что по меньшей мере верхний роторный блок выполнен с возможностью перемещения независимо от циркуляционного устройства, а циркуляционное устройство содержит корпус, который снабжен центральным каналом, предназначенным для ввода части трубы и содержащим верхний и нижний кольцевые уплотнительные элементы, установленные в корпусе с возможностью вращения и снабженные центральными отверстиями, которые могут закрываться или плотно прилегать к трубе в результате расширения указанных уплотнительных элементов, упираясь в трубу внутренними уплотнительными поверхностями.

Вращение колонны бурильных труб и вращение трубы во время соединения с колонной бурильных труб или отсоединения от нее осуществляется посредством вращающихся трубных ключей, расположенных снаружи от корпуса циркуляционного устройства.

Каждый из роторных блоков обычно содержит пару вращающихся трубных ключей такого типа, которые могут обхватывать часть трубы и прочно удерживать ее, подвесное устройство, обычно выполненное в виде захватного устройства известного типа, предназначенного для упора в обращенный вниз торец раструба трубы или т.п., и подшипник ротора, который служит в качестве опоры для трубных ключей и/или подвесного устройство. Вращающиеся трубные ключи снабжены приводом вращения.

Роторные блоки предназначены для поглощения сил, превалирующих в колонне бурильных труб, а также сил, возникающих в циркуляционном устройстве. Силы, возникающие в циркуляционном устройстве и создаваемые давлением жидкости, могут представлять собой, как силы сжатия, так и силы растяжения в ситуации соединения/отсоединения.

Нижний роторный блок и циркуляционное устройство могут быть снабжены общим линейным приводом, который предназначен для синхронного вертикального перемещения указанного роторного блока и циркуляционного устройства вдоль по направляющей.

Циркуляционное устройство может содержать жидкостную камеру и дренажный корпус, соединенные с оборудованием для обеспечения бурового раствора посредством отдельно закрывающихся трубопроводов бурового раствора через систему клапанов.

Предохранительный переводник может быть соединен с возможностью вращения с закрывающимся трубопроводом бурового раствора, который соединяется с оборудованием для обеспечения бурового раствора через систему клапанов.

Уплотнительные элементы герметично соединяются с вращающейся пакерной трубой, которая расположена в корпусе и окружена уплотнительным узлом, плотно пригнанным к периферии пакерной трубы и к корпусу.

Бурение с непрерывной циркуляцией бурильного раствора и непрерывным вращением бурильной колонны согласно изобретению обычно может выполняться следующим образом:

1. В первой фазе последовательности бурения выполняются следующие операции:

a) Верхний конец колонны бурильных труб выдвигается через циркуляционное устройство. Первый трубопровод бурового раствора с помощью предохранительного переводника соединяется с верхним концом колонны бурильных труб.

b) Буровой раствор подается в центральный канал колонны бурильных труб с помощью предохранительного переводника.

c) Колонна бурильных труб продолжает вращение под действием верхнего роторного блока.

d) Верхний и нижний уплотнительные элементы открываются, и колонна бурильных труб, по существу, свободно перемещается относительно циркуляционного устройства.

e) Верхний роторный блок и колонна бурильных труб перемещаются вниз в соответствии с действующей скоростью бурения.

2. Во второй фазе последовательности бурения выполняются следующие операции: а) Циркуляционное устройство и нижний роторный блок перемещаются вверх к верхнему роторному блоку.

b) Верхний конец колонны бурильных труб и нижняя часть предохранительного переводника входят в циркуляционное устройство, при этом верхний конец колонны бурильных труб находится в жидкостной камере.

c) Колонна бурильных труб захватывается нижним роторным блоком, который принимает на себя вращение бурильной колонны. Предохранительный переводник остается подвешенным в верхнем роторном блоке. Уплотнительные элементы охватывают по окружности вращающуюся колонну бурильных труб и предохранительный переводник, соответственно.

d) Буровой раствор подается в жидкостную камеру по каналу для бурового раствора. Предохранительный переводник отсоединяется от колонны бурильных труб, при этом верхний роторный блок удерживает предохранительный переводник, в то время как нижний роторный блок вращает колонну бурильных труб. Предохранительный переводник выводится из жидкостной камеры, при этом самозакрывающийся трубный ввод закрывается за трубой, и подача бурового раствора через предохранительный переводник прекращается.

e) Буровой раствор сливается из предохранительного переводника, и предохранительный переводник выводится из циркуляционного устройства.

f) Бурение поддерживается за счет вращения и перемещения нижнего роторного блока и циркуляционного устройства, при этом подача бурового раствора продолжается через жидкостную камеру, которая остается закрытой для окружающей среды с помощью самозакрывающегося трубного ввода и, возможно, верхнего уплотнительного элемента и нижнего уплотнительного элемента, плотно пригнанных вокруг части колонны бурильных труб.

3. В третьей фазе последовательности бурения выполняются следующие операции:

a) Следующая труба, присоединяемая к колонне бурильных труб, с помощью манипулятора или т.п., устанавливается в центре бурения, который совпадает с центральной осью циркуляционного устройства, и фиксируется там.

b) Верхний роторный блок вращает предохранительный переводник для того, чтобы соединить его с верхним концом трубы.

c) Труба перемещается нижним концом в циркуляционное устройство, при этом верхний уплотнительный элемент открывается, и далее - в самозакрывающийся трубный ввод, который открывается в достаточной степени для прохождения трубы через него.

d) Верхний уплотнительный элемент смыкается вокруг трубы.

e) Буровой раствор подается через предохранительный переводник, в то время как подача бурового раствора по каналу для бурового раствора прекращается, таким образом, колонна бурильных труб теперь снабжается буровым раствором из предохранительного переводника.

f) При вращении верхний роторный блок перемещает трубу, чтобы соединить ее с колонной бурильных труб, при этом труба вращается быстрее, чем колонна бурильных труб.

d) Буровой раствор подается в колонну бурильных труб через предохранительный переводник. Уплотнительные элементы открываются, возможно, после дренирования жидкостной камеры циркуляционного устройства.

Бурение продолжается с повторением операций 1а) - 3g).

Бурение может также выполняться с некоторыми вариантами изменений в описанных выше операциях без отклонения от объема изобретения.

При этом обеспечивается значительное упрощение функционирования и технического обслуживания систем обеспечения непрерывной циркуляции бурового раствора во время непрерывного вращения колонны бурильных труб, поскольку все элементы, которые обеспечивают вращение и подвеску трубы или колонны бурильных труб, расположены снаружи от циркуляционного устройства. Любую замену компонентов, связанную с техническим обслуживанием или настройкой на другой размер трубы, можно производить без вмешательства в работу циркуляционного устройства.

Установка согласно изобретению обеспечивает высокую степень гибкости при непрерывной циркуляции бурового раствора во время непрерывного вращения колонны бурильных труб, поскольку верхний роторный блок можно перемещать независимо от нижнего роторного блока и циркуляционного устройства. Дополнительную гибкость можно получить, благодаря возможности перемещения нижнего роторного блока независимо от циркуляционного устройства.

Ниже приведено описание примера предпочтительного варианта осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показаны:

фиг. 1 - продольный разрез циркуляционного устройства согласно изобретению;

фиг. 2 - вид сбоку в уменьшенном масштабе установки согласно изобретению, в которой колонна бурильных труб вращается верхним роторным блоком, а буровой раствор подается через предохранительный переводник, соединенный с колонной бурильных труб, в то время как циркуляционное устройство и нижний роторный блок перемещаются вертикально к верхнему роторному блоку;

фиг. 3 - принципиальная схема установки согласно изобретению с продольным разрезом циркуляционного устройства, при этом верхний конец колонны бурильных труб расположен в жидкостной камере циркуляционного устройства, а предохранительный переводник отсоединен от колонны бурильных труб, его нижний конец расположен в жидкостной камере, колонна бурильных труб вращается нижним роторным блоком, а буровой раствор подается через жидкостную камеру циркуляционного устройства; и

фиг. 4 - колонна бурильных труб, непрерывно вращаемая нижним роторным блоком, при этом предохранительный переводник выведен из циркуляционного устройства.

На чертежах ссылочным номером 1 обозначено циркуляционное устройство, содержащее корпус 2 и проходящий через него осевой центральный канал 4. Центральная ось центрального канала 4, по существу, совпадает с центром 6 бурения. Таким образом, ссылочный номер 6 используется для обозначения, как центральной оси, так и центра бурения.

Пакерная труба 8 расположена в центральной части корпуса 2 и присоединена концами к верхнему опорному кольцу 10 и нижнему опорному кольцу 12, соответственно. На обоих опорных кольцах 10, 12 предусмотрен подшипник 14, который упирается в корпус 2. Подшипники 14, обеспечивающие вращение пакерной трубы 8 с опорными кольцами 10, 12 в корпусе 2, предназначены для поглощения возникающих радиальных и осевых усилий.

Выше и ниже канала 16 для бурового раствора, который сообщается по текучей среде с корпусом 2, расположены верхний уплотнительный узел 18 и нижний уплотнительный узел 20, соответственно, обеспечивающие уплотнение между корпусом 2 и пакерной трубой 8. Уплотнительные узлы 18, 20 часто могут представлять собой, так называемые, «уплотнения для промывочных труб», однако другие известные и пригодные уплотнения также могут быть использованы.

Радиальные отверстия 22 предусмотрены в пакерной трубе 8 между уплотнительными узлами 18, 20.

Откачиваемое уплотнение 24, окружающее пакерную трубу 8 в зоне между каналом 16 для бурового раствора и нижним уплотнительным узлом 20, образует кольцевое пространство 26. Канал 28 для откачивания в пакерной трубе 8 проходит от кольцевого пространства 26 до нижней части пакерной трубы 8. Не показанный откачивающий насос имеет соединение с кольцевым пространством 26 и предназначен для опорожнения циркуляционного устройства 1 через кольцевое пространство 26 и канал 28 для откачивания.

Верхнее опорное кольцо 10 содержит внутри верхний уплотнительный элемент 30. Нижнее опорное кольцо 12 также содержит внутри нижний уплотнительный элемент 32.

В уплотнительных элементах 30, 32 предусмотрены внутренние центральные отверстия 33, которые имеют уплотнительные поверхности 34, и расширительные камеры 36, которые сообщаются по текучей среде с не показанным нагнетательным гидронасосом с помощью также не показанных поворотных соединений и клапанов. При подаче текучей среды под давлением в расширительные камеры 36, соответствующие уплотнительные элементы 30, 32 могут закрываться или альтернативно этому образовывать герметичное соединение с трубой 38, охватывая ее внутренними уплотнительными поверхностями 34. Труба 38 показана на фиг. 2. Посадка уплотнительных элементов 30, 32 в соответствующих опорных кольцах 10, 12 предотвращает их перемещение в осевом направлении.

В этом предпочтительном варианте осуществления верхний уплотнительный элемент 30 снабжен самозакрывающимся трубным вводом 40. Самозакрывающийся трубный ввод 40 выполнен в виде упругого конуса, выступающего из верхнего уплотнительного элемента 30 и имеющего поперечное сечение, уменьшающееся в направлении нижнего уплотнительного элемента 32. Самозакрывающийся трубный ввод 40 герметично закрывается, когда в нем нет трубы 38, и плотно прижимается к трубе 38, когда труба 38 проходит через него. Давление жидкости, действующее снаружи от самозакрывающегося трубного ввода 40, способствует его сжатию или прижатию к трубе 38.

Ряд уплотнений 42, расположенных между пакерной трубой 8, включая опорные кольца 10, 12, и корпусом 2, предназначен, в частности, для предотвращения нежелательного попадания бурового раствора в подшипники 14.

Объем в корпусе 2, ограниченный уплотнительными узлами 18, 20 и уплотнительными элементами 30, 32, образует жидкостную камеру 44, которая сообщается по текучей среде с каналом 16 для бурового раствора.

Трубчатая дренажная колонна 46 соединяется с верхним опорным кольцом 10 и вращается совместно с ним. В нижней части дренажной колонны 46 предусмотрены радиальные дренажные отверстия 48. Задача дренажной колонны 46 заключается в том, чтобы предотвращать выплеск текучей среды из трубы 38 во время отсоединения.

Из корпуса 2 выступает вверх дренажный корпус 50, окружающий дренажную колонну 46. Нижняя часть дренажного корпуса 50 соединяется с дренажным каналом 52, при этом в верхней части дренажного корпуса 50 установлен клапан 54 управления расширяющимся уплотнением/трубопроводным скребком известной конструкции.

Обратимся теперь к фиг. 2 Циркуляционное устройство 1 вместе с нижним роторным блоком 60 соединяется с линейным приводом 62, который предназначен для вертикального перемещения циркуляционного устройства 1 и роторного блока 60 вдоль по направляющей 64 в буровой установке 66.

При этом верхний роторный блок 68 перемещается по той же самой направляющей 64. Роторные блоки 60, 68, которые обычно содержат не показанные трубные ключи и подвесное устройство, имеют известные конструкции и предназначены для удержания и вращения колонны 70 бурильных труб вокруг центра 6 бурения.

Оборудование 72 для обеспечения бурового раствора с соответствующей системой 74 клапанов соединяется посредством первого трубопровода 76 бурового раствора с помощью поворотного соединения 78 с предохранительным переводником 80, который находится в верхнем роторном блоке 68, посредством второго трубопровода 82 бурового раствора - с дренажным каналом 52 и посредством третьего трубопровода 84 бурового раствора - с каналом 16 для бурового раствора.

Колонна 70 бурильных труб содержит ряд труб 38, которые свинчены друг с другом известным способом посредством верхней муфты 86 и нижней муфты 88. Предохранительный переводник 80 содержит нижнюю муфту 88.

Непрерывное бурение с применением установки согласно изобретению может осуществляться следующим образом.

В первой фазе последовательности бурения колонна 70 бурильных труб проходит через циркуляционное устройство 1. Первый трубопровод 76 бурового раствора с помощью поворотного соединения 78 и предохранительного переводника 80 соединяется с колонной 70 бурильных труб. Буровой раствор подается в колонну 70 бурильных труб с помощью предохранительного переводника 80. Верхний роторный блок 68 обеспечивает продолжение вращения колонны 70 бурильных труб. Верхний и нижний уплотнительные элементы 30, 32 открываются, в то время как самозакрывающийся трубный ввод 40 плотно охватывает колонну 70 бурильных труб, при этом колонна 70 бурильных труб может относительно свободно перемещаться по отношению к циркуляционному устройству 1. Верхний роторный блок 68 и колонна 70 бурильных труб перемещаются вниз с достигнутой скоростью бурения.

Во второй фазе последовательности бурения циркуляционное устройство 1 и нижний роторный блок 60 перемещаются вверх к верхнему роторному блоку 68. Верхняя муфта 86 верхней трубы 38 колонны 70 бурильных труб и нижняя муфта 88 предохранительного переводника 80 входят в жидкостную камеру 44 циркуляционного устройства 1. Колонна 70 бурильных труб захватывается нижним роторным блоком 60, который принимает на себя вращение бурильной колонны. Предохранительный переводник 80 остается подвешенным в верхнем роторном блоке 68. Уплотнительные элементы 30, 32 закрываются вокруг вращающейся колонны 70 бурильных труб и предохранительного переводника 80, соответственно. Буровой раствор подается в жидкостную камеру 44 по каналу 16 для бурового раствора. Предохранительный переводник 80 отсоединяется от колонны 70 бурильных труб верхним роторным блоком 68, который удерживает предохранительный переводник 80, в то время как нижний роторный блок 60 вращает колонну 70 бурильных труб, см. фиг. 3. Подача бурового раствора в предохранительный переводник 80 прекращается. Предохранительный переводник 80 выводится из жидкостной камеры 44, при этом самозакрывающийся трубный ввод 40 закрывается за предохранительным переводником 80. Верхний уплотнительный элемент 30 открывается, и предохранительный переводник 80 выводится из циркуляционного устройства 1, опорожняясь при этом через дренажный канал 52, см. фиг. 4. Бурение продолжается за счет вращения и перемещения нижнего роторного блока 60 и циркуляционного устройства 1, в то время как подача бурового раствора производится через жидкостную камеру 44, которая остается закрытой для окружающей среды с помощью самозакрывающегося трубного ввода 40 и нижнего уплотнительного элемента 32, плотно прилегающего вокруг части колонны 70 бурильных труб.

В третьей фазе последовательности бурения следующая труба 38, подлежащая присоединению к колонне 70 бурильных труб, перемещается с помощью манипулятора (не показан) или т.п.в центр 6 бурения и фиксируется там. Верхний роторный блок 68 вращает предохранительный переводник 89 для того, чтобы соединить его с верхней муфтой 86 трубы 38. Нижняя муфта 88 трубы 38 вводится в циркуляционное устройство 1, при этом верхний уплотнительный элемент 30 открывается. Затем верхний уплотнительный элемент 30 закрывается вокруг трубы 38. Дальнейшее перемещение трубы 38 открывает самозакрывающийся трубный ввод 40. Буровой раствор подается в трубу 38 через предохранительный переводник 80, после чего подача бурового раствора по каналу 16 для бурового раствора прекращается, и далее колонна 70 бурильных труб снабжается буровым раствором через предохранительный переводник 80. Верхний роторный блок 68 вращает и перемещает трубу 38 для соединения ее с колонной 70 бурильных труб, при этом труба 38 вращается быстрее, чем колонна 70 бурильных труб. Буровой раствор подается в колонну 70 бурильных труб через предохранительный переводник 80. Уплотнительные элементы 30, 32 открываются, возможно, после опорожнения жидкостной камеры 44 циркуляционного устройства 1 по каналу 28 для откачивания.

Бурение продолжается путем повторения операций, начиная с фазы 1, при последовательном соединении новых труб 38 по мере углубления колонны 70 бурильных труб под землю.

С помощью установки согласно изобретению обеспечена простая система непрерывной подачи бурового раствора во время бурения, при этом бурение можно осуществлять в условиях непрерывной проходки. Основные используемые блоки являются несложными, поскольку каждый из них должен выполнять только одну главную функцию, а именно:

a) Верхний роторный блок 68 осуществляет подвешивание, вращение и вертикальное перемещение колонны 70 бурильных труб или трубы, соединенной с предохранительным переводником 80.

b) Нижний роторный блок 60 осуществляет подвешивание, вращение и вертикальное перемещение колонны 70 бурильных труб.

c) Циркуляционное устройство 1 осуществляет герметичное перемещаемое соединение между оборудованием 72 для обеспечения бурового раствора и вращающейся колонной 70 бурильных труб совместно с предохранительным переводником 80 для переключения подачи бурового раствора между подачей непосредственно в колонну 70 бурильных труб и подачей через следующую трубу 38 в фазе соединения.

Циркуляционное устройство 1 согласно изобретению обеспечивает экологически безопасную работу с буровым раствором, поскольку остаточное количество бурового раствора может быть слито из циркуляционного устройства 1 перед тем, как уплотнительные элементы 30, 32 будут отведены от колонны 70 бурильных труб и т.п. Уплотнительные узлы 18, 20 циркуляционного устройства 1 также обеспечивают повышенную долговечность подшипников 14 и т.п., благодаря давлению жидкости, которая обычно функционирует также в качестве смазки для указанных подшипников 14, загрязнение буровым раствором которых затрудняется, поскольку уплотнения 42 препятствуют проникновению бурового раствора в подшипники 14.

При использовании циркуляционного устройства 1, задачей которого является только поддержание подачи бурового раствора в колонну 70 бурильных труб независимо от подвешивания и вертикального перемещения колонны 70 бурильных труб и трубы 38, что выполняется роторными блоками 60, 68, настройка установки на другие размеры труб может быть выполнена более рационально, поскольку не требуется вмешательства в закрытое циркуляционное устройство 1, когда требуется заменять захватные элементы и т.п.в не показанных вращающихся трубных ключах и подвесных устройствах.

Благодаря отделению циркуляционного устройства 1 от нижнего роторного блока 60 за счет обеспечения циркуляционного устройства не показанным отдельным линейным приводом для вертикального перемещения циркуляционного устройства 1 независимо от второго роторного блока 60, можно получить дополнительные достоинства вследствие большей операционной свободы во время непрерывного бурения с непрерывной циркуляцией бурового раствора.

1. Циркуляционное устройство (1) для установки, предназначенной для обеспечения непрерывной циркуляции бурового раствора во время бурения, в котором

корпус (2) снабжен центральным каналом (4), предназначенным для размещения в нем части трубы (38);

центральный канал (4) содержит верхний и нижний уплотнительные элементы (30, 32);

уплотнительные элементы (30, 32) снабжены центральными отверстиями (33), которые выполнены с возможностью закрываться или плотно прилегать к трубе (38) за счет расширения указанных уплотнительных элементов (30, 32), прижимаясь внутренними уплотнительными поверхностями (34) к трубе (38), отличающееся тем, что

каждый из указанных уплотнительных элементов (30, 32) герметично соединен с пакерной трубой (8), которая расположена в корпусе (2) и установлена с возможностью вращения вокруг центральной оси (6) центрального канала (4), при этом пакерная труба (8) окружена уплотнительным узлом (18, 20), плотно пригнанным между периферией пакерной трубы (8) и корпусом (2).

2. Циркуляционное устройство (1) по п. 1, в котором по меньшей мере один из уплотнительных элементов (30, 32) снабжен самозакрывающимся трубным вводом (40).

3. Циркуляционное устройство (1) по п. 2, в котором самозакрывающийся трубный ввод (40) выполнен в виде конуса, изготовленного из пластичного материала или из упругого материала или из комбинации указанных материалов.

4. Циркуляционное устройство (1) по п. 1, в котором между двумя уплотнительными узлами (18, 20) предусмотрен канал (16) для бурового раствора, сообщающийся по текучей среде с уплотнительными элементами (30, 32).

5. Циркуляционное устройство (1) по п. 1, в котором пакерная труба (8) соединена с дренажной колонной (46), выступающей вверх из пакерной трубы (8).

6. Установка для обеспечения непрерывной циркуляции бурового раствора во время непрерывного бурения, в которой циркуляционное устройство (1) по любому из пп. 1-4 расположено между нижним и верхним роторными блоками (60, 68), при этом циркуляционное устройство (1) и роторные блоки (60, 68) выполнены с возможностью вертикального перемещения вдоль по направляющей (64), отличающаяся тем, что

по меньшей мере верхний роторный блок (68) выполнен с возможностью перемещения независимо от циркуляционного устройства (1);

циркуляционное устройство (1) содержит корпус (2), снабженный центральным каналом (4), предназначенным для размещения в нем части трубы (38);

центральный канал (4) содержит верхний и нижний кольцевые уплотнительные элементы (30, 32), установленные с возможностью вращения в корпусе (2); и

уплотнительные элементы (30, 32) снабжены центральными отверстиями (33), которые выполнены с возможностью закрываться или плотно прилегать к трубе (38) за счет расширения указанных уплотнительных элементов (30, 32), прижимаясь внутренними уплотнительными поверхностями (34) к трубе (38).

7. Установка по п. 6, в которой вращение колонны (70) бурильных труб и любое вращение трубы (38) во время соединения с колонной (70) бурильных труб или отсоединения от нее обеспечено вращающимися трубными ключами, которые установлены снаружи корпуса (2) циркуляционного устройства (1).

8. Установка по п. 6, в которой нижний роторный блок (60) и циркуляционное устройство (1) снабжены общим линейным приводом (62), который предназначен для синхронного вертикального перемещения указанного роторного блока (60) и циркуляционного устройства (1) вдоль по направляющей (64).

9. Установка по п. 6, в которой циркуляционное устройство (1) содержит жидкостную камеру (44) и дренажный корпус (50), которые, как камера (44), так и корпус (50), соединены, с оборудованием (72) для обеспечения бурового раствора посредством индивидуально закрывающихся трубопроводов (82, 84) бурового раствора, соединенных с системой (74) клапанов.

10. Установка по п. 6, в которой предохранительный переводник (80) соединен с возможностью вращения с закрываемым первым трубопроводом (76) бурового раствора, который соединен с оборудованием (72) для обеспечения бурового раствора через систему (74) клапанов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу исследования буровых скважин и к бурильной системе, а также к устройству для исследования скважин. Способ исследования буровых скважин содержит первый этап обеспечения для обеспечения бурового инструмента (1), содержащего по меньшей мере одну бурильную штангу (2) и узел (3) бурового долота, второй этап обеспечения для обеспечения инструмента для исследования скважин, содержащего сенсорное устройство для измерения параметров скважины (6), этап размещения для размещения инструмента для исследования скважин внутри бурового инструмента (1), этап бурения для бурения с помощью бурового инструмента (1) скважины (6) посредством процесса бурения, включающего в себя, по меньшей мере, ударное бурение, этап измерения для измерения параметров скважины (6) посредством инструмента для исследования скважин с получением данных о скважине (6), и этап обработки для обработки данных о скважине (6) устройством (7) обработки данных, чтобы получить информацию о состоянии скважины.

Изобретение относится к устройству для отвода отделенной буровым инструментом буровой мелочи при бурении скважины для прокладки трубопровода. Устройство включает по меньшей мере один насос для откачки смешанной с буровой мелочью промывочной жидкости и по меньшей мере один приемный корпус по меньшей мере с одной приемной камерой, которая через отверстия соединена с областью буровой мелочи за буровым инструментом.

Группа изобретений относится к области бурения и эксплуатации скважин и может быть использована при строительстве и ремонте скважин различного назначения, в том числе скважин, предназначенных для добычи нефти и газа.

Группа изобретений относится к бурению скважин. Технический результат – получение прочного штукатурного слоя на стенке скважины, а также последовательное осуществление процесса штукатурения.

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин и может быть использовано при строительстве и ремонте скважин различного назначения, в том числе скважин, предназначенных для добычи нефти и газа.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к устройствам для очистки наклонно-направленных и горизонтальных стволов скважин от шлама в процессе бурения на суше и море.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей промышленности и, в частности, к закачке технологической жидкости в скважину. Изобретения могут быть использованы при бурении, эксплуатации, ремонте скважин, а также в других областях, где важным показателем является контролируемый уровень загрязнения технологической жидкости механическими примесями.

Изобретение относится к оборудованию для горных разработок. Устройство содержит цилиндр (7) наддувочного воздуха, двигатель (8), рычаг (9) управления, регулятор (11) крутящего момента и глушитель (12).
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к бурению горизонтальных стволов большой протяженности, связанного с развитием кустового бурения и, в том числе, со строительством скважин в условиях Крайнего Севера и континентального шельфа.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и представляет собой один из узлов системы непрерывной промывки скважин, которая обеспечивает циркуляцию бурового раствора без перерывов на наращивание бурильной колонны и на ее разборку при подъеме.
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к технологии строительства глубоких скважин, в частности к спуску обсадных колонн в сложных горно-геологических условиях.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к регулированию давления в скважине при циркуляции бурового раствора. Система содержит устройство сброса давления, подсоединенное к трубопроводу между выходным отверстием насоса бурового флюида и входным отверстием буровой колонны, процессор, подсоединенный к устройству сброса давления, выполненный с возможностью принимать сигналы измерений давления, представляющие давление бурового флюида в трубопроводе, принимать сигналы параметров потока бурового флюида через трубопровод, определять, из сигналов измерений давления и сигналов параметров потока, что параметр целевого давления бурового флюида в трубопроводе не является удовлетворенным, и в ответ на определение того, что параметр целевого давления не является удовлетворенным, снижать давление бурового флюида в трубопроводе до тех пор, пока он не станет удовлетворенным, с помощью, по меньшей мере частично, открытия устройства сброса давления.

Изобретение относится к области строительства глубоких скважин, в частности к способам создания депрессии на пласт, и может быть использовано при углублении скважины для сохранения естественных коллекторских свойств разреза.

Группа изобретений относится к управлению вибрацией забойных двигателей при бурении скважин. Устройство содержит объемный двигатель, пару выходных отверстий, прикрепленных к выходному каналу для текучей среды двигателя и включающих выполненное с возможностью выборочного перемещения наружное выходное отверстие, расположенное рядом с неподвижным внутренним выходным отверстием, пружину, предназначенную для возвращения наружного выходного отверстия в нерабочее положение, когда поток буровой текучей среды уменьшен ниже выбранного нижнего предела.

Изобретение относится к строительству глубоких нефтяных и газовых скважин и, в частности, к способам вскрытия высоконапорных продуктивных пластов и крепления интервалов вскрытия обсадной колонной.

Группа изобретений относится к бурению скважин, в частности к управлению скоростью скважинной турбины. Система содержит корпус, изменяемый канал протекания текучей среды, расположенный внутри корпуса, электромагнит, соединенный с корпусом, приводной механизм, управляемый текучей средой, соединенный по текучей среде с изменяемым каналом протекания текучей среды, узел создания нагрузки, соединенный с приводным механизмом, управляемым текучей средой.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к циркуляции буровой текучей среды при вскрытии пласта или заканчивании скважин. Прибор содержит корпус, выполненный с возможностью его присоединения к бурильной колонне и определяющий канал потока текучей среды, рукав, расположенный с возможностью поворота вокруг корпуса прибора и содержащий один или большее количество захватных элементов на наружном участке рукава, которые выполнены с возможностью захвата стенки ствола скважины, приводной вал, проходящий через корпус прибора и содержащий центральную шестерню, по меньшей мере одну приводную шестерню, прикрепленную с возможностью поворота к рукаву и выполненную с возможностью нахождения в зацеплении с внутренним участком рукава и с центральной шестерней, насосный механизм, прикрепленный к приводному валу для приема энергии, передаваемой вращением приводного вала.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к технологии строительства глубоких скважин, добычи нефти и газа, в частности, к способам раннего обнаружения газопроявлений при бурении горизонтальных стволов.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к системам управления в скважине с использованием винтовых забойных двигателей. Система содержит утяжеленную бурильную трубу, гильзу статора, установленную с возможностью вращения в утяжеленной бурильной трубе, ротор, установленный с возможностью вращения в гильзе статора, причем вращение ротора относительно гильзы статора имеет корреляцию с объемным расходом текучей среды, проходящей между ротором и гильзой статора, причем ротор закреплен для предотвращения планетарных перемещений так, что его ось является фиксированной относительно утяжеленной бурильной трубы во время его вращения относительно утяжеленной бурильной трубы.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к уменьшению поршневых эффектов в скважине. При осуществлении способа уменьшения нежелательных изменений давления в скважине из-за перемещения скважинной инструментальной колонны включает выборочное уменьшение и увеличение связи по текучей среде между секциями скважины на противоположных сторонах скважинного инструмента в скважинной инструментальной колонне.

Группа изобретений относится к способу отсоединения концевой штанги от бурильной колонны и к устройству для манипулирования буровыми штангами. Технический результат заключается в эффективном и надежном отсоединении штанг бурильной колонны.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к обеспечению непрерывной циркуляции бурового раствора при бурении скважин. Корпус циркуляционного устройства снабжен центральным каналом, предназначенным для размещения в нем части трубы ; центральный канал содержит верхний и нижний уплотнительные элементы ; уплотнительные элементы снабжены центральными отверстиями, которые при расширении указанных уплотнительных элементов могут закрываться или плотно прилегать к трубе, прилегая внутренней уплотнительной поверхностью к трубе. Каждый из уплотнительных элементов герметично соединяется с пакерной трубой, которая расположена в корпусе с возможностью вращения вокруг центральной оси центрального канала и окружается уплотнительным узлом, плотно пригнанным между периферией пакерной трубы и корпусом. Упрощается процесс обеспечения непрерывной циркуляции бурового раствора. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх