КУСТОВАЯ БУРОВАЯ УСТАНОВКА
CLUSTER DRILLING PLANT

Изобретение относится к нефтегазовому оборудованию, а именно к кустовым буровым установкам, предназначенным для кустового бурения разведочных и эксплуатационных скважин на нефть и газ.
Перемещение кустовой буровой установки в пределах одного куста позволяет освободить устье пробуренной скважины для ее освоения и незамедлительно приступить к испытанию пробуренной скважины и оценке разведуемой площадки.
Известна буровая установка Волгоградского завода буровой техники БУ 2900/200 ЭПК-БМ в эшелонном исполнении для кустового строительства скважин (условная глубина бурения - 2900 м, допускаемая нагрузка на крюке - 200 тс). (Колчерин В.Г., Колесников И.В., Копылов B.C., Баренбойм Ю.Л. Новое поколение буровых установок Волгоградского завода в Западной Сибири, ГУП ХМАО «Сургутская типография», 2000 г., стр.297-303.)
Кустовая буровая установка БУ 2900/200 ЭПК-БМ включает вышечный блок и блоки модули, сцепленные между собой и установленные эшелоном на тележки с колесами, рельсовые направляющие, механизм перемещения. Механизм перемещения предназначен для передвижения вышечного блока и модулей буровой установки с эшелонным расположением, установленных на колеса, по рельсовым направляющим от одной скважины к другой внутри куста.
Механизм перемещения содержит колесные тележки, на которые устанавливается основание вышечного блока, гидроцилиндры, закрепленные одним концом к основанию вышечного блока буровой установки, а другим - к механическому зажиму (устройству крепления гидроцилиндра), позволяющему закрепить гидроцилиндр на рельсе, насосную станцию для гидроцилиндров перемещения. Перемещение кустовой буровой установки относительно рельсовых опор осуществляется гидроцилиндрами.
Механический зажим обеспечивает упор гидроцилиндра в рельс при передвижении блоков эшелона. Зажим выполнен в виде корпуса с двумя горизонтальными поперечными отверстиями, в одном из которых на оси установлены два упора (стопорный элемент). Корпус зажима выполнен с боковыми зацепами и устанавливается через торец рельса. Корпус зажима содержит проушину, к которой шарнирно крепится гидроцилиндр. При работе в толкающем варианте, при перемещении зажима по рельсу, упоры упираются в опоры основания буровой установки. Для работы в тянущем варианте снимают упоры и ось с корпуса зажима, поворачивают упоры на 180° и устанавливают их на оси в следующем отверстии корпуса зажима. Для предотвращения самопроизвольных перемещений вышечного блока служат башмаки, устанавливаемые под колеса тележки.
Недостатком такой кустовой буровой установки является невозможность перемещения тяжелых буровых установок (повышенной грузоподъемностью на крюке) с пакетом свечей на подсвечнике из-за ограничений по удельному давлению на рельсы направляющих. Кроме того, ручная переустановка упоров в отверстия корпуса в зависимости от работы гидроцилиндров в тянущем или толкающем вариантах, а также установка башмаков под колеса тележки требуют дополнительных затрат времени и являются трудоемкими операциями.
Известен типоразмерный ряд кустовых буровых установок с допускаемой нагрузкой на крюке от 200 до 270 тс и условной глубиной бурения от 3200 до 4500 м, перемещение которых от скважины к скважине в пределах одного куста осуществляется по рельсовым направляющим (Буровые комплексы. Современные технологии и оборудование / Коллектив авторов. Под общей редакцией A.M.Гусмана и К.П.Порожского: Научное издание. Екатеринбург, УГГГА, 2002 стр., стр.386-387, 463-469).
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения по совокупности существенных признаков является кустовая буровая установка БУ 4500/270 ЭК-БМ, включающая вышечно-лебедочный блок с основанием, блоки с эшелонным расположением, установленные на ходовые ролики, рельсы, смонтированные на направляющих, механизм перемещения по рельсам направляющих. Направляющие выполнены в виде отдельных балок. В поперечном направлении балки связаны тягами, обеспечивающими параллельность рельсов и необходимое расстояние между ними.
Вышечно-лебедочный блок с основанием установлен на балансирные тележки с колесами, сцеплен с эшелоном, состоящим из блоков, включающих циркуляционную систему, компрессорный блок, блок электрооборудования, которые установлены на ходовые ролики. Вышечно-лебедочный блок с одной точки на другую в кусте скважин перемещается с комплектом бурильных труб, установленным на подсвечниках.
Механизм перемещения по рельсам направляющих выполнен в виде гидроагрегата с гидроцилиндрами, соединенными шарнирно с одной стороны с основанием вышечно-лебедочного блока, а с другой - с захватами (устройствами крепления гидроцилиндров).
Устройство крепления гидроцилиндра перемещения выполнено в виде захвата, содержащего корпус с плоским упором, установленным на рельс, и рычаг для крепления захвата осью к балке направляющей. Захваты установлены на рельсы направляющих с возможностью продольного перемещения и фиксации.
Для перемещения буровой установки на очередную точку бурения по рельсовым направляющим рабочая жидкость от гидроагрегата подается в силовые полости гидроцилиндров. Буровая установка перемещается по рельсам за один ход гидроцилиндров, после чего процесс повторяется (дискретное перемещение).
Недостатком такой конструкции является невозможность перемещения тяжелых буровых установок (повышенной грузоподъемностью на крюке) с пакетом свечей на подсвечнике из-за ограничений по удельному давлению на рельсы направляющих. Кроме того, ручное закрепление осью рычага захвата на направляющей после каждого дискретного перемещения является трудоемкой операцией. При этом в момент перемещения буровой установки создаются дополнительные нагрузки на рельсы в месте расположения упоров, что может привести к деформации рельсов.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание тяжелой кустовой буровой установки, перемещающейся по направляющим от скважины к скважине с пакетом свечей на подсвечнике, снижение трудоемкости обслуживания при перемещении.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обеспечении перемещения тяжелой кустовой буровой установки с пакетом свечей в пределах куста по направляющим за счет увеличения площади опоры основания вышечно-лебедочного блока на направляющие, в снижении трудоемкости обслуживания при перемещении за счет автоматизации процесса перемещения устройства крепления гидроцилиндра.
Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в кустовой буровой установке, включающей вышечно-лебедочный блок с основанием, связанным с блоками, расположенными эшелоном, направляющие с рельсами, механизм перемещения, выполненный в виде гидроцилиндров перемещения, соединенных с основанием вышечно-лебедочного блока и снабженных устройством крепления гидроцилиндра перемещения, при этом блоки с эшелонным расположением снабжены колесными опорами или роликами, взаимодействующими с рельсами, согласно изобретению каждая из направляющих снабжена, по крайней мере, одной поверхностью скольжения, расположенной вдоль направляющей, устройство крепления гидроцилиндра перемещения установлено на поверхности скольжения с возможностью его перемещения и фиксации, при этом на основании вышечно-лебедочного блока выполнены опорные поверхности скольжения, установленные на поверхности скольжения направляющих с возможностью продольного перемещения.
В частном случае на поверхности скольжения направляющей выполнены элементы для фиксации устройства крепления гидроцилиндра перемещения в виде пошагово расположенных вертикальных пазов.
В частном случае устройство крепления гидроцилиндра перемещения выполнено в виде корпуса с боковыми зацепами L-образной формы, в котором с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси и поворота вокруг нее установлен стопорный элемент, при этом верхний конец стопорного элемента снабжен поворотной рукояткой-фиксатором, а нижний конец - наклонной поверхностью, установленной с возможностью взаимодействия с вертикальным пазом и направленной в сторону перемещения.
Снабжение каждой из направляющих кустовой буровой установки, по крайней мере, одной поверхностью скольжения, расположенной вдоль направляющей, а также установка устройства крепления гидроцилиндра перемещения на поверхности скольжения с возможностью его перемещения и фиксации, выполнение при этом на основании вышечно-лебедочного блока опорных поверхностей скольжения, установленных на поверхности скольжения направляющих с возможностью продольного перемещения, позволило обеспечить дискретное перемещение по направляющим вышечно-лебедочного блока тяжелой буровой установки вместе с пакетом свечей в пределах куста от скважины к скважине с одновременным перемещением блоков в эшелоне по рельсам.
Возможно выполнение кустовой буровой установки с одной поверхностью скольжения на каждой из двух направляющих или с двумя поверхностями скольжения, при этом на основании вышечно-лебедочного блока соответственно выполнены две или четыре опорные поверхности скольжения.
Установка устройства крепления гидроцилиндра перемещения на поверхности скольжения с возможностью его перемещения и фиксации позволила обеспечить дискретное перемещение кустовой буровой установки. При этом в момент выдвижения штока гидроцилиндра устройство крепления гидроцилиндра перемещения фиксируется на поверхности скольжения направляющей, а в момент втягивания поршня гидроцилиндра - перемещается на один шаг.
Выполнение элементов для фиксации устройства крепления гидроцилиндра перемещения в виде пошагово расположенных вертикальных пазов на поверхности скольжения направляющей, а устройства крепления гидроцилиндра перемещения буровой установки в виде корпуса с боковыми зацепами L-образной формы, в котором с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси установлен стопорный элемент, нижний конец которого снабжен наклонной поверхностью, установленной с возможностью взаимодействия с пазом, позволило автоматизировать процесс перемещения, исключить ручной труд, тем самым снизить трудоемкость обслуживания при перемещении устройства крепления гидроцилиндра.
Кроме того, установка стопорного элемента с возможностью поворота вокруг вертикальной оси благодаря поворотной рукоятке-фиксатору позволила обеспечить быстрый поворот стопорного элемента на 180°, тем самым, изменить направление перемещения кустовой буровой установки на обратное направление, исключая тяжелый физический труд.
Возможно иное выполнение устройства крепления гидроцилиндра перемещения для фиксации на поверхности скольжения направляющей, а именно в виде утапливаемых упоров, выполненных на поверхности скольжения направляющих, при этом корпус устройства крепления гидроцилиндра перемещения будет содержать гнездо, взаимодействующее с упором поверхности скольжения.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «новизна».
Заявляемые существенные признаки изобретения, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного выполнения кустовой буровой установки.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 - общий вид кустовой буровой установки;
на фиг.2 - вид А на фиг.1;
на фиг.3 - разрез по В-В на фиг.2;
на фиг.4 - вид Б на фиг.1;
на фиг.5 - вид Г на фиг.4;
на фиг.6 - разрез по Д-Д на фиг.5.
Кустовая буровая установка включает расположенные эшелоном блоки 1, снабженные колесами ходовыми 2, установленными на рельсы 3 направляющих 4, вышечно-лебедочный блок 5 с основанием 6, механизм перемещения 7 кустовой буровой установки.
Основание 6 вышечно-лебедочного блока 5 связано с первым блоком 1 эшелона.
Кустовая буровая установка включает две направляющие 4, на каждой из которой по обе стороны продольной оси выполнены по две поверхности скольжения 8 (фиг.2).
При этом на основании 6 вышечно-лебедочного блока 5 соответственно выполнены опорные поверхности скольжения 9, которые установлены на поверхности скольжения 8 направляющих 4 (фиг.3).
Основание 6 вышечно-лебедочного блока 5 снабжено ограничителями 10 от поперечного смещения.
Направляющие 4 в поперечном положении стянуты тягами 11, обеспечивающими параллельность рельсов и необходимое расстояние между ними. Рельс 3 установлен на направляющей 4 вдоль ее центральной оси.
Механизм перемещения 7 кустовой буровой установки выполнен в виде четырех гидроцилиндров перемещения 12 (фиг.4), соединенных с гидросистемой (на чертежах не показана). Для улучшения работы механизма перемещения 7 и исключения возможности перекоса вышечно-лебедочного блока 5 гидросистема включает механизм синхронизации перемещения (на чертеже не показан) гидроцилиндров 12.
Каждый гидроцилиндр перемещения 12 с одной стороны через проушину 13 соединен с основанием 6 вышечно-лебедочного блока 5, а с другой стороны снабжен устройством крепления 14 гидроцилиндра перемещения 12. На поверхности скольжения 8 направляющих 4 выполнены элементы для фиксации устройства крепления 14 в виде пошагово расположенных вертикальных пазов 15.
Устройство крепления 14 гидроцилиндра перемещения 12 выполнено в виде корпуса 16 (фиг.5) с боковыми зацепами 17 L-образной формы (фиг.6), которые фиксируют корпус 16 устройства крепления 14 относительно полок поверхностей скольжения 8. Корпус 16 снабжен проушиной 18 для закрепления штока гидроцилиндра перемещения 12, стопорным элементом 19, установленным в отверстие 20.
Стопорный элемент 19 снабжен поворотной рукояткой-фиксатором 21, для фиксации которой на корпусе 16 выполнено гнездо 22. Нижний конец стопорного элемента 19 выполнен с наклонной поверхностью 23, повторяющей форму паза 15.
Устройство работает следующим образом.
В момент бурения скважины кустовая буровая установка установлена на направляющие 4, вышечно-лебедочный блок 5 находится на оси, совмещенной с осью центра скважины. Опорные поверхности 9 основания 6 вышечно-лебедочного блока 5 опираются на поверхности скольжения 8 направляющих 4. Блоки 1 колесами ходовыми 2 установлены на рельсы 3 направляющих 4.
Перед началом дискретного перемещения кустовой буровой установки стопорный элемент 19 устройства крепления 14 гидроцилиндра перемещения 12 устанавливается в вертикальный паз 15. При этом при помощи поворотной рукоятки-фиксатора 21 наклонная поверхность 23 стопорного элемента 19 поворачивается в сторону перемещения кустовой буровой установки.
Для перемещения кустовой буровой установки на очередную точку с выносного пульта управления (на чертежах не показан) подается команда на перемещение. Рабочая жидкость от гидросистемы подается в поршневые полости гидроцилиндров перемещения 12. Штоки гидроцилиндров перемещения 12 синхронно выдвигаются на полный ход (дискретное перемещение), при этом стопорные элементы 19, находясь в пазах 15, упираются в направляющие 4. Усилие от выдвижения штоков гидроцилиндров перемещения 12 передается на вышечно-лебедочный блок 5. Вышечно-лебедочный блок 5 скользит по поверхностям скольжения 8 направляющих 4 и передает движение блокам эшелона 1, установленным на колеса 2. Кустовая буровая установка перемещается на один шаг.
При подаче рабочей жидкости в штоковые полости гидроцилиндров перемещения 12 происходит втягивание гидроцилиндров. При этом наклонная поверхность 23 стопорного элемента 19 устройства крепления 14 контактирует с кромочной поверхностью вертикального паза 15, стопорный элемент 19 перемещается вверх и выходит из вертикального паза 15. После выхода стопорного элемента 19 из вертикального паза 15 устройство крепления 14 подтягивается до совпадения стопорного элемента 19 со следующим вертикальным пазом 15 поверхности скольжения 8. При совмещении оси стопорного элемента 19 с осью вертикального паза 15 стопорный элемент 19 под собственным весом опускается в вертикальный паз 15 и фиксируется в нем. Когда все стопорные элементы 19 опустятся в соответствующие вертикальные пазы 15, устройства крепления готовы для дальнейшего перемещения буровой установки на шаг (дискретное перемещение). Затем процесс перемещения повторяется.
Для смены направления перемещения кустовой буровой установки рукоятку-фиксатор 21 стопорного элемента 19 устройства крепления 14 гидроцилиндра перемещения 12 поворачивают на 180°, при этом наклонная поверхность 23 меняет свое положение на противоположное. Это приводит к быстрой смене направления перемещения кустовой буровой установки в обратном направлении.
Таким образом, снабжение каждой из направляющих кустовой буровой установки, по крайней мере, одной поверхностью скольжения, расположенной вдоль направляющей, а также выполнение на основании вышечно-лебедочного блока опорных поверхностей скольжения, установленных на поверхности скольжения направляющих с возможностью продольного перемещения, установка при этом устройства крепления гидроцилиндра перемещения на поверхности скольжения с возможностью его перемещения и фиксации обеспечили перемещение по направляющим вышечно-лебедочного блока тяжелой буровой установки вместе с пакетом свечей в пределах куста от скважины к скважине с одновременным перемещением блоков в эшелоне по рельсам.
Благодаря выполнению пошагово расположенных вертикальных пазов на поверхности скольжения направляющих и устройства крепления гидроцилиндра перемещения в виде корпуса со стопорным элементом, снабженным поворотной рукояткой-фиксатором и наклонной поверхностью, взаимодействующей с вертикальным пазом, снижается трудоемкость обслуживания, уменьшается время на перемещение кустовой буровой установки в пределах кустовой площадки, обеспечивается перемещение кустовой буровой установки в направлении «вперед» и «назад» вдоль направляющих.