СТЕЛЛАЖНЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ОБСАДНЫХ ТРУБ
RACK MODULE FOR CASING PIPES

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[001] Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США № 62/257676, поданной 19 ноября 2015 г. и имеющей то же название. Указанная предварительная заявка на патент включена во всей полноте в этот документ посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[002] При поиске нефти, газа и геотермальной энергии проводятся бурильные работы для создания шурфов или скважин в поверхности земли. Скважины должны быть обсажены обсадными трубами для поддержки предварительно пробуренных стенок скважины и предотвращения их обрушения. Обсадная труба также защищает подземные водяные пласты от загрязнения буровыми растворами, а также добываемыми нефтью и газом. Последовательность установки обсадных труб в скважине требует периодической установки обсадных труб на протяжении процесса бурения. Она начинается с установки направляющей колонны, за которой следует кондукторная колонна, промежуточная колонна, и заканчивается эксплуатационной колонной, устанавливаемой во время заканчивания скважины.
[003] Традиционная обсадная труба изготавливается в виде отрезков, называемых секциями или звеньями, длиной приблизительно 40 футов. Секции обсадной трубы свинчиваются с образованием «колонн» обсадных труб. Каждый конец секции обсадной трубы содержит наружную резьбу. Муфта с внутренней резьбой используется для соединения двух секций с наружной резьбой. Для защиты резьбы каждой секции обсадной трубы затрачиваются усилия и требуется оборудование, чтобы обеспечить их надежное соединение со смежной секцией обсадной трубы. С этой целью используются предохранители резьбы.
[004] Обсадную трубу опускают в скважину с пола буровой установки. Подвески для колонны обсадных труб используются для поддержания массы колонны обсадных труб на устье скважины. Централизаторы расположены на обсадной трубе для поддержания ее по центру в скважине.
[005] Обсадную трубу можно опускать в скважину по одной секции за раз, или в виде двухтрубок или «свечей», которые представляют собой две секции обсадной трубы, соединенные друг с другом перед опусканием обсадной трубы. Опускание свечей экономит время, поскольку устраняет необходимость в остановке и соединении 50% резьбовых соединений. Для опускания свечей обсадных труб необходимо собрать их заранее и хранить в готовом к использованию состоянии. Свечи обсадных труб традиционно хранятся в вертикальном состоянии на полу буровой установки. Их верхние концы поддерживаются на площадке для фиксации свечей бурильных труб расположенного со стороны мачты стеллажного модуля.
[006] Предохранители резьбы используются для защиты резьбы секций обсадной трубы. Осуществление операций с отдельными предохранителями резьбы при опускании колонны обсадных труб в скважину занимает время, как и обращение с многочисленными предохранителями резьбы при их извлечении. Необходимость в ускорении опускания колонн обсадных труб в скважину создает дополнительные проблемы, поскольку их позиционирование и выравнивание осуществляется в основном вручную. По-прежнему остается необходимость в контроле позиционирования нижнего конца свечей обсадных труб таким образом, при котором обеспечивается точность и защита резьбы обсадных труб.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[007] Описывается стеллажный модуль для обсадных труб, который обеспечивает позиционирование нижнего конца секций или свечей обсадных труб на площадке подсвечника таким образом, при котором обеспечивается точность и защита резьбы обсадных труб. Стеллажный модуль для обсадных труб расположен на передней стороне буровой установки, непосредственно под стеллажным модулем для свечей, проходящим вперед от мачты. Стеллажный модуль для обсадных труб может функционировать совместно со стеллажным модулем для свечей на мачте.
[008] В одном варианте осуществления стеллажный модуль для обсадных труб содержит раму для обсадных труб. Рама для обсадных труб образует множество рядов. Лопатки в сборе установлены на раме для обсадных труб. Лопатки в сборе содержат вал, рычаг, расположенный с возможностью поворота на валу, и амортизатор, расположенный с возможностью поворота на валу.
[009] Торсионная выпускная пружина между рычагом и амортизатором противодействует вращению рычага к амортизатору, а также отжимает рычаг от амортизатора и к упору рычага. Упор рычага ограничивает вращательное отдаление рычага и амортизатора.
[010] Торсионная возвратная пружина между рамой для обсадных труб и амортизатором противодействует вращению амортизатора из состояния, в котором он выровнен относительно рамы для обсадных труб, и к упору амортизатора. Упор амортизатора выравнивает амортизатор относительно рамы для обсадных труб, когда он поджат возвратной пружиной.
[011] В другом варианте осуществления смежные лопатки в сборе в целом расположены в перевернутом положении на валу, чтобы обеспечить зазор между смежными рычагами и чтобы они не мешали друг другу по мере поступательного перемещения секций или свечей обсадных труб по рядам стеллажного модуля для обсадных труб. В другом варианте осуществления выдвижной затвор открывается с конца каждого ряда в раме.
[012] Как будет понятно среднему специалисту в данной области техники, описанное устройство может быть изменено и получен тот же преимущественный результат. Например, возможны обратные ориентации рычагов, лопаток, пружин и/или упоров. Также следует понимать, что описанные варианты осуществления будут равноценно применимы с секциями или свечами обсадных труб, и ссылка на одну из них не исключает использование другой.
[013] В разделе «Сущность изобретения» предоставлены концепции, которые подробнее описываются далее в подробном описании изобретения. Раздел «Сущность изобретения» не предназначен для указания ключевых или существенных признаков заявляемого объекта изобретения, а также его не следует рассматривать, как ограничивающий объем заявляемого объекта изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[014] На фиг. 1 показан местный вид в изометрии одного варианта осуществления стеллажного модуля для обсадных труб на буровой установке с обсадной трубой в стеллажном модуле для обсадных труб.
[015] На фиг. 2 показан вид в изометрии стеллажного модуля для обсадных труб в соответствии с одним или более вариантами осуществления, причем на стеллажный модуль, изображенный отдельно от буровой установки, подается свеча обсадных труб.
[016] На фиг. 3 показан вид в изометрии лопатки в сборе, представляющей собой компонент стеллажного модуля для обсадных труб, в соответствии с одним или более вариантами осуществления.
[017] На фиг. 4 показан вид в изометрии лопатки в сборе, представляющей собой компонент стеллажного модуля для обсадных труб, в соответствии с одним или более вариантами осуществления.
[018] На фиг. 5 показан вид в разобранном состоянии лопатки в сборе, изображенной на фиг. 3.
[019] На фиг. 6 показан вид в разобранном состоянии лопатки в сборе, изображенной на фиг. 4.
[020] На фиг. 7 показан вид в частично разобранном состоянии стеллажного модуля для обсадных труб в соответствии с одним или более вариантами осуществления.
[021] На фиг. 8 показан вид в частично разобранном состоянии стеллажного модуля для обсадных труб в соответствии с одним или более вариантами осуществления, на котором изображен ряд с чередующимися лопатками в сборе.
[022] На фиг. 9 показан вид сверху одного варианта осуществления стеллажного модуля для обсадных труб, на котором изображен стеллажный модуль для обсадных труб без обсадной трубы, а также изображен типичный ряд с чередующимися лопатками в сборе, рычаги которых проходят в ряды для входа в зацепление с поступающей обсадной трубой.
[023] На фиг. 10 показан вид сверху одного варианта осуществления стеллажного модуля для обсадных труб, на котором изображен стеллажный модуль для обсадных труб, заполненный обсадными трубами, а также изображено расположение защищающих резьбу амортизаторов между установленными в стеллажном модуле обсадными трубами.
[024] На фиг. 11 показан вид сверху последовательности этапов (1)-(7) установки в стеллажный модуль двух свечей обсадных труб с последующим извлечением последней свечи обсадных труб, установленной в стеллажный модуль, в соответствии с одним или более вариантами осуществления стеллажного модуля для обсадных труб.
[025] Цели и признаки описанных вариантов осуществления станут более понятны из последующего подробного описания и прилагаемой формулы изобретения при прочтении совместно с сопутствующими графическими материалами, на которых подобные ссылочные позиции обозначают подобные элементы.
[026] Графические материалы составляют часть настоящего описания и включают в себя иллюстративные варианты осуществления, которые могут быть реализованы в различных формах. Следует понимать, что в некоторых случаях различные аспекты могут быть показаны в преувеличенном или увеличенном состоянии, чтобы способствовать пониманию варианта осуществления.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[027] Следующее описание предоставлено для того, чтобы позволить специалисту в данной области техники создать и использовать описанные варианты осуществления, причем оно предоставлено в контексте конкретной области применения и ее требований. Различные модификации описываемых вариантов осуществления будут очевидны для специалистов в данной области техники, и общие принципы, определенные в настоящем документе, могут быть применены к другим вариантам осуществления и областям применения без отхода от сущности и объема настоящего изобретения. Таким образом, описанные варианты осуществления не следует рассматривать как ограничивающие, но следует понимать в самом широком смысле в соответствии с принципами и признаками, описанными в настоящем документе.
[028] На фиг. 1 показан местный вид в изометрии одного варианта осуществления стеллажного модуля 900 для обсадных труб на буровой установке 1 с обсадной трубой 7 в стеллажном модуле 900 для обсадных труб. Площадка 52 подсвечника расположена под стеллажным модулем 900 для обсадных труб на переднем крае буровой установки 1. В изображенном варианте осуществления площадка 52 подсвечника расположена под уровнем пола 6 буровой установки, возле переднего края опорной части подвышечного основания 4.
[029] На фиг. 2 показан вид в изометрии варианта осуществления стеллажного модуля 900 для обсадных труб, изображенного на фиг. 1, причем на стеллажный модуль, изображенный отдельно от буровой установки 1 подается свеча 7 обсадных труб. Стеллажный модуль 900 для обсадных труб содержит раму 910. Рама 910 образует множество рядов 912. Стрелками показано направление входа свечи 7 обсадных труб в стеллажный модуль 900 для обсадных труб. Выдвижной затвор 920 выступает из рамы 910. Выдвижной затвор 920 содержит дверцу 922. Выдвижной затвор 920 расположен на входном конце каждого ряда 912. На фиг. 2 дверца 922 показана в открытом состоянии на первом ряду 912 для поступления свечи 7 обсадных труб. Выдвижные затворы 920 на конце других рядов 912 остаются закрытыми, и их дверцы 922 блокируют нежелательный вход свечи 7 обсадных труб в любой другой ряд 912 стеллажного модуля 900 для обсадных труб. В выдвинутом состоянии, выдвижной затвор 920 и дверца 922 захватывают свечу 7 обсадных труб и направляют ее в требуемый ряд 912.
[030] На фиг. 3 показан вид в изометрии первой лопатки в сборе 930, представляющей собой компонент стеллажного модуля 900 для обсадных труб. На фиг. 4 показан вид в изометрии второй лопатки в сборе 940, представляющей собой компонент стеллажного модуля 900 для обсадных труб. В изображенном варианте осуществления лопатки в сборе 930 и 940 могут преимущественно состоять из тех же компонентов. Лопатки в сборе 930 и 940 могут быть скомбинированы таким образом, чтобы обеспечить зазор между рычагами 960 и амортизаторами 950 последовательно расположенных лопаток в сборе 930, 940. Как показано на фиг. 3, первая лопатка в сборе 930 содержит рычаг 960 и амортизатор 950, установленные с возможностью поворота на валу 970. Блок 980 установлен под амортизатором 950. Как показано на фиг. 4, вторая лопатка в сборе 940 также содержит рычаг 960 и амортизатор 950, установленные с возможностью поворота на валу 970, за исключением того, что амортизатор 950 установлен над рычагом 960, а блок 980 установлен над амортизатором 950.
[031] В каждой конфигурации лопаток в сборе 930 и 940 функция рычага 960 заключается в том, чтобы входить в зацепление с поступающей секцией или свечой 7 обсадных труб и обеспечивать перемещение амортизатора 950 за обсадной трубой 7 по мере ее перемещения по ряду 912. Назначение амортизатора 950 заключается в предоставлении амортизирующего защитного барьера между смежными обсадными трубами 7, вследствие чего их соответствующие резьбовые соединения не будут ударяться друг об друга во время процедуры установки в стеллажный модуль и снятия с него.
[032] На фиг. 5 показан вид в разобранном состоянии первой лопатки в сборе 930. В изображенном варианте осуществления лопатка в сборе 930 содержит вал 970, имеющий верхнюю канавку 972 под стопорное кольцо, в которую входит стопорное кольцо 973, и нижнюю канавку 974 под стопорное кольцо, в которую входит стопорное кольцо 975, для удержания компонентов лопатки в сборе 930 на месте на валу 970. Амортизатор 950 содержит отверстие 952, посредством которого амортизатор 950 расположен с возможностью поворота на валу 970. Амортизатор 950 может иметь скошенный край 954, как показано. Скошенный край 954 может препятствовать столкновению амортизатора 950 с другими компонентами стеллажного модуля 900 для обсадных труб.
[033] Рычаг 960 содержит отверстие 962, посредством которого рычаг 960 расположен с возможностью поворота на валу 970. Рычаг 960 расположен над амортизатором 950. Рычаг 960 может иметь рельефный элемент 964 на стороне, обращенной к амортизатору 950. Рельефный элемент 964 ограничивает вращение рычага 960 при входе в зацепление с обсадной трубой 7. Рычаг 960 может иметь фаску 966 на стороне, противоположной амортизатору 950. Фаска 966 может препятствовать столкновению рычага 960 с другими компонентами стеллажного модуля 900 для обсадных труб и/или ограничивать вращение рычага 960 при входе в зацепление с обсадной трубой 7.
[034] Торсионная выпускная пружина 976 может находиться в зацеплении между рычагом 960 и амортизатором 950, противодействуя вращению рычага 960 к амортизатору 950. Упор 968 рычага проходит между рычагом 960 и амортизатором 950 для ограничения отдаляющего вращения между рычагом 960 и амортизатором 950.
[035] Торсионная возвратная пружина 978 может находиться в зацеплении между амортизатором 950 и рамой 910, противодействуя вращению амортизатора 950 из состояния, в котором он выровнен относительно рамы 910. Упор 958 амортизатора ограничивает вращение амортизатора 950 для выравнивания лопатки в сборе 930 в ее естественное положение покоя.
[036] В одном варианте осуществления блок 980 содержит отверстие 982, посредством которого блок 980 расположен на валу 970. В одном варианте осуществления блок 980 расположен под амортизатором 950 и удерживается в положении относительно рамы 910, например, посредством штифта 988 лопатки, проходящего через отверстие 986 под штифт, или подобного средства. В блок 980 может входить торсионная возвратная пружина 978, которая соединена с амортизатором 950. Блок 980 также может удерживать упор 958 амортизатора, например, посредством упорного отверстия 984 или подобного средства. В другом варианте осуществления (не показан), функциональные элементы блока 980 могут быть выполнены посредством механической обработки на раме 910 для обсадных труб и/или рейке 926 (см. фиг. 8).
[037] Стопорные кольца 973 и 975 входят в зацепление с верхней канавкой 972 под стопорное кольцо и нижней канавкой 974 под стопорное кольцо для удержания лопатки в сборе 930 вместе, хотя среднему специалисту в данной области техники будет понятно, что для этой цели можно использовать множество фиксирующих и крепежных элементов, отличных от стопорных колец.
[038] На фиг. 6 показан вид в разобранном состоянии второй лопатки в сборе 940. Как видно за счет сравнения с фиг. 5, лопатка в сборе 940 по существу перевернута. В этом варианте осуществления, как также видно на фиг. 7, штифт 988 лопатки проходит вверх для размещения и фиксации блока 980 относительно рейки 926 (см. фиг. 8). Таким образом, возвратная пружина 978 сжимается в ответ на вращение амортизатора 950 из состояния, в котором он выровнен с рамой 910.
[039] На фиг. 7 показан вид в частично разобранном состоянии, который изображает соединительную взаимосвязь между лопатками в сборе 930, 940, рейкой 926 и рамой 910. Как рама 910, так и рейка 926 содержат гнезда 914 под вал, в которые входит вал 970 обеих лопаток в сборе 930 и 940. Аналогично, как рама 910, так и рейка 926 содержат гнезда 916 для фиксации лопатки, в которые входят штифты 988 лопатки обеих лопаток в сборе 930 и 940. Штифты 988 лопатки фиксируют блоки 980 в выравнивании без вращения относительно рамы 910, и в требуемом выравнивании относительно рамы 910 и проходами 912. В результате этого блок 980, при его использовании, является неподвижным продолжением рамы 910.
[040] На фиг. 8 показан вид в частично разобранном состоянии одного варианта осуществления стеллажного модуля 900 для обсадных труб, на котором изображен удаленный выдвижной затвор 920, причем видны его выдвижная часть 924 и привод 925. Ряд лопаток в сборе 930 и 940 показан установленным с чередованием. Рейка 926 используется для прикрепления лопаток в сборе 930 и 940 в требуемом месте на раме 910. Рейка 926 прикреплена к раме 910 при помощи фиксирующих элементов 928 или других средств.
[041] На фиг. 9 показан вид сверху одного варианта осуществления стеллажного модуля 900 для обсадных труб, на котором изображен стеллажный модуль 900 для обсадных труб без обсадной трубы 7, а также изображен типичный ряд 912 с чередующимися лопатками в сборе 930 и 940. Когда обсадной трубы 7 нет на месте, рычаги 960 проходят в ряды 912, как показано.
[042] На фиг. 10 показан вид сверху одного варианта осуществления стеллажного модуля 900 для обсадных труб, на котором изображен стеллажный модуль 900 для обсадных труб, заполненный обсадными трубами 7, а также изображено расположение амортизаторов 950 между обсадными трубами 7 для защиты резьбы смежных обсадных труб 7 от повреждения в результате контакта.
[043] На фиг. 11(1)-11(7) показаны виды сверху последовательности установки двух свечей обсадных труб 7 в стеллажный модуль 900 для обсадных труб и последующего извлечения последней свечи, установленной в стеллажный модуль.
[044] На фиг. 11(1) свеча 7 обсадных труб перемещается вдоль внешней стороны стеллажного модуля 900 для обсадных труб. Выдвижные затворы 920 закрыты, и дверцы 922 предотвращают вход обсадной трубы 7 в стеллажный модуль 900 для обсадных труб. Рычаги 960 проходят над проходами 912 на этом виде в первом положении рычагов, а амортизаторы 950 выровнены над рамой 910 для обсадных труб в первом положении амортизаторов (см. фиг. 9).
[045] На фиг. 11(2) выдвижной затвор 920 открыт для захвата обсадной трубы 7 и обеспечения пропуска обсадной трубы 7 в этот ряд 912.
[046] На фиг. 11(3) обсадная труба 7 проходит через ряд 912. По мере входа обсадной трубы 7 в зацепление с каждым рычагом 960, она вызывает вращение рычага 960. При вращении рычага 960, упор 968 рычага входит в зацепление с амортизатором 950, вызывая вращение амортизатора 950 вместе с рычагом 960.
[047] На фиг. 11(4) обсадная труба 7 прошла каждый рычаг 960 и достигла верхней части ряда 912. Когда обсадная труба 7 входит в зацепление с каждым рычагом 960, она вызывает вращение каждого рычага 960 во второе положение рычагов, в котором они выровнены относительно рамы 910 для обсадных труб. При вращении рычагов 960 ко второму положению рычагов упоры 968 рычагов входят в зацепление с амортизаторами 950, вызывая вращение амортизаторов 950 с рычагами 960 и вызывая сжатие возвратных пружин 978.
2
[048] Когда обсадная труба 7 затем проходит мимо каждого из рычагов 960, энергия в возвратных пружинах 978 приводит амортизаторы 950 во вращение в противоположном направлении и возвращает их к упорам 958 амортизаторов и состоянию, в котором они выровнены относительно рамы 910 в первом положении амортизаторов. Обратное вращение амортизаторов 950 передается через упоры 968 рычагов и приводит к вращению рычагов 960 обратно в первое положение рычагов. Также на фиг. 11(4) вторая обсадная труба 7 перемещается вдоль внешней стороны стеллажного модуля 900 для обсадных труб к открытому выдвижному затвору 920.
2
2
[049] На фиг. 11(5) вторая обсадная труба 7 перемещается вверх по ряду 912 аналогично предыдущей обсадной трубе 7. При приближении обсадной трубы 7 к обсадной трубе 7 она доходит и входит в зацепление с амортизатором 950, который удерживается в ряду 912 усилием обсадной трубы 7 на соединенном с ней рычаге 960.
2
2
[050] На фиг. 11(6) обсадная труба 7 прижимает рычаг 960 во второе положение рычагов. Вторая обсадная труба 7 полностью переместилась вперед в ряду 912 и прижала амортизатор 950 из второго положения амортизаторов в третье положение амортизаторов. В третьем положении амортизаторов амортизатор 950 проходит в целом перпендикулярно раме 910 для обсадных труб для отделения обсадной трубы 7 от второй обсадной трубы 7. Таким образом, у каждой из обсадных труб 7, расположенных смежно в стеллажном модуле, резьба защищена амортизаторами 950. Когда стеллажный модуль 900 для обсадных труб заполнен, рычаги 960 прижаты обсадной трубой 7 в состояние, в котором они выровнены относительно рамы 910 для обсадных труб, и амортизаторы 950 проходят в ряды 912 между обсадными трубами 7 (см. фиг. 10).
2
2
2
[051] На фиг. 11(7) вторая обсадная труба 7 начала выходить из стеллажного модуля 900 для обсадных труб. Когда вторая обсадная труба 7 выходит из ряда 912, она последовательно входит в зацепление с рычагами 960. Рычаги 960 вращаются к амортизаторам 950 до тех пор, пока рычаги 960 не будут выровнены относительно амортизаторов 950 и рамы 910 для обсадных труб в третьем положении рычагов, причем амортизаторы 950 возвращаются в первое положение амортизаторов. В третьем положении рычагов происходит сжатие выпускных пружин 976. Когда вторая обсадная труба 7 проходит рычаги 960, энергия в выпускных пружинах 976 приводит рычаги 960 во вращение в сторону и к упорам 968 рычагов, обратно в их первое положение рычагов, при котором они проходят в ряд 912 (см. фиг. 9).
[052] При использовании в настоящем документе термин «по существу» рассчитан на конструкцию, означающую «скорее да, чем нет».
Таким образом, хотя были описаны определенные варианты осуществления, следует понимать, что описанные варианты осуществления имеют скорее иллюстративный, чем ограничительный характер, и что предполагается широкий выбор вариаций, модификаций, изменений и замен в вышеприведенном описании и, в некоторых случаях, некоторые признаки могут быть использованы без соответствующего использования других признаков. Многие такие вариации и модификации могут рассматриваться как желательные специалистами в данной области техники с учетом вышеприведенного описания. Соответственно, не лишним будет отметить, что прилагаемая формула изобретения должна толковаться в широком смысле и в соответствии с объемом описанных вариантов осуществления.