БУРОВАЯ УСТАНОВКА
DRILL RIG

Изобретение относится к буровым установкам с подвижным вращателем, применяемым при бурении геологоразведочных скважин.
Известна буровая установка /1/, содержащая выполненный в виде бесконечной цепи подъемник, к одной из ветвей которой прикреплен вращатель, а к другой трубозахватное устройство, находящееся выше вращателя и, кроме того, вращатель снабжен зажимом со средством для попеременного присоединения его к обеим ветвям цепи, а трубозахватное устройство снабжено зажимом со средством для присоединения его к одной из ветвей и отсоединения от нее. Такая установка позволяет совмещать по времени рабочий и холостой ход вращателя. Однако при этом усложняются условия ее эксплуатации, а постоянное, попеременное присоединение к ветвям цепи и отсоединение от них рабочих органов подъемника резко снижает его надежность и технику безопасности применения буровой установки.
Известна также современная широко применяемая буровая установка T450WS /2/, принятая за прототип. Она включает подъемник с подвижным вращателем, снабженным элеватором, который захватывает бурильную колонну посредством резьбы, магазин бурильных свечей карусельного типа, который имеет возможность устанавливаться своими рабочими ячейками на ось скважины и возвращаться обратно, принимая от вращателя бурильные свечи при подъеме колонны и возвращая их при ее спуске, а также гидравлический раскрепитель резьбовых соединении колонны. Однако последовательное выполнение операций спуско-подъема бурильной колонны оставляет неиспользованными значительные резервы повышения производительности бурения за счет совмещения этих операций по времени.
Задача изобретения состоит в создании надежной буровой установки, обеспечивающей в автоматическом режиме совмещение по времени операций рабочего и холостого хода спуска и подъема бурильной колонны и бурильных свечей, а также доставки последних от колонны к месту аккумуляции и обратно.
Для решения этой задачи в буровой установке, включающей основание с четырехгранной мачтой, подъемник, несущий подвижный непроходной вращатель с гидропатроном с возможностью выдвижения от оси скважины для подачи к месту аккумуляции и обратно присоединяемых и отсоединяемых от колонны бурильных свечей, состоящих из одной трубы, карусельный магазин с автоматическим захватом свечи за ее верхний конец в момент приема от вращателя и трубодержатель, в первом варианте на одной из боковых граней, а во втором - на задней грани мачты, расположен второй подъемник, несущий подвижный трубодержатель-свинчиватель, при этом основание мачты выполнено тоже подвижным, т.е. с возможностью поворота в первом варианте на 90° в одну и другую сторону, а во втором - на 180° в одну из сторон и обратно, благодаря чему работа всех элементов буровой установки автоматизируется и синхронизируется так, что обеспечивается совмещение по времени операций рабочего и холостого хода спуска и подъема бурильной колонны и бурильных свечей, а также доставка последних от колонны к месту аккумуляции и обратно.
В варианте исполнения мачты с поворотом на 90° в одну и другую сторону, используется два карусельных магазина, устанавливаемые напротив боковых граней мачты, а в варианте исполнения мачты с возможностью поворота на 180° в одну из сторон и обратно, используется один карусельный магазин свечей, устанавливаемый напротив задней грани мачты,
Карусельный магазин свечей снабжен устройством, обеспечивающим выдвижение свечи из очередной ячейки на высоту, необходимую для захвата гидропатроном подъемника за ее верхний конец в процессе спуска колонны, а также прием и опускание свечи в ячейку после освобождения ее от гидропатрона подъемника в процессе подъема колонны, причем прием, удержание и освобождение верхних концов свечей в ячейках магазина осуществляется автоматически в результате силового взаимодействия перемещаемой свечи с пружинными захватами ячеек.
В буровой установке вместо подвижного трубодержателя-свинчивателя может быть применен второй подвижный вращатель, а в случае применения бурильных свечей, состоящих из нескольких труб, - дополнительно стационарный автоматический буровой ключ.
Буровая установка иллюстрируется чертежом на фиг.1, где схематично представлено основание 1 с четырехгранной мачтой 2, подъемник 3, несущий подвижный непроходной вращатель 4 с гидропатроном 5 и с возможностью выдвижения от оси скважины для подачи к месту аккумуляции и обратно присоединяемых и отсоединяемых от колонны бурильных свечей 6, состоящих из одной трубы, карусельный магазин 7 с автоматическим захватом свечи за ее верхний конец в момент приема от вращателя и трубодержатель 8. В первом варианте исполнения установки на одной из боковых граней мачты, а во втором (на схеме не показан) на задней ее грани, расположен второй подъемник 9, несущий подвижный трубодержатель-свинчиватель 10 с таким же гидропатроном 11, как у вращателя. При этом основание мачты выполнено тоже подвижным, т.е. с возможностью поворота в первом варианте на 90° в одну и другую сторону, а во втором - на 180° в одну из сторон и обратно, благодаря чему работа всех элементов буровой установки автоматизируется и синхронизируется так, что обеспечивается совмещение по времени операций рабочего и холостого хода спуска и подъема бурильной колонны и бурильных свечей, а также доставка последних от колонны к месту аккумуляции и обратно.
В варианте исполнения мачты с поворотом на 90° в одну и другую сторону, используется два карусельных магазина 7 и 12, устанавливаемые напротив боковых граней мачты, а в варианте исполнения мачты с возможностью поворота на 180° в одну из сторон и обратно, используется один магазин свечей (на схеме не показан), устанавливаемый напротив задней грани мачты.
Карусельный магазин 7 снабжен устройством со штоком 13, обеспечивающим выдвижение свечи 6 из очередной ячейки на высоту, необходимую для захвата, например, гидропатроном 11 трубодержателя-свинчивателя 10 подъемника 9 за ее верхний конец в процессе спуска колонны, а также прием и опускание свечи в ячейку после освобождения ее от гидропатрона в процессе подъема колонны, причем приемка, удержание и освобождение верхних концов свечей в ячейках магазина осуществляется автоматически в результате силового взаимодействия перемещаемой свечи с пружинными захватами ячеек (фиг.1,в, выноска B).
В буровой установке вместо подвижного трубодержателя-свинчивателя 10 может быть применен второй подвижный непроходной вращатель, а в случае применения бурильных свечей, состоящих из нескольких труб, - дополнительно стационарный автоматический буровой ключ (на чертеже не показано).
Заявляемая буровая установка позволяет решить поставленную задачу.
Действительно, в варианте исполнения, когда мачта 2 выполнена с возможностью поворота на 90° в одну и другую сторону и используется два карусельных магазина фиг.1), например, подъем очередной свечи начинается с захвата колонны за ее верхний конец гидропатроном 5 вращателя 4 подъемника 3, находящегося на передней грани мачты 2, и затем последовательно производится подъем на длину свечи, удержание колонны трубозахватом 8, отвинчивание, приподъем свечи и поворот мачты 2, на 90°, а следовательно, и перенос свечи 6 в сторону магазина, и процесс подъема повторяется, но с поворотом мачты на 90° в другую сторону. Одновременно свеча, перенесенная к магазину ранее, выдвигается трубодержателем-свинчивателем 10 подъемника 9 в сторону ячейки магазина 7 и в результате силового взаимодействия с пружиной раздвигает ее створки (фиг.1,в) и оказывается внутри ячейки. Затем вращатель опускает свечу 6 на шток 13 магазина, который находится в положении приема свечи. Трубодержатель-свинчиватель 10 освобождает свечу 6 от гидропатрона 11, возвращается в исходное положение и выполняет холостой спуск, а шток 13 опускает свечу на подсвечник магазина 7. Далее, в результате поворота мачты 2, на оси скважины, т.е. над верхом колонны, оказывается трубодержатель-свинчиватель 10 второго подъемника 9, расположенного на боковой грани мачты и находившегося в нижнем положении после холостого спуска. Спуск бурильной колонны выполняется аналогично, но в обратной последовательности.
Таким образом, в результате поворота мачты на 90° в одну и в другую сторону, обеспечивается в автоматическом режиме совмещение по времени операций рабочего и холостого хода спуска и подъема бурильной колонны и бурильных свечей, а также доставки последних от колонны к месту аккумуляции и обратно. Кроме того, поскольку в буровой установке используются только проверенные практикой такие узлы, как цепной подъемник с вращателем, трубодержатель, карусельный магазин, гидравлические патроны и т.д., то обеспечивается также ее высокая надежность
Буровая установка работает следующим образом. Наращивание колонны труб осуществляется также, как и при работе обычной буровой установки с непроходным подвижным вращателем. Операции, выполняемые, например, при подъеме одной бурильной свечи длиной 6 м, состоящей из одной трубы, а также затраты времени на эти операции показаны на циклограмме, приведенной в приложении 1. Время выполнения этих операций составило 23 секунды. Хронометраж аналогичных операций, выполняемых буровой установкой T450WS /2/ в тех же условиях, показал следующие затраты времени в секундах:
1. Постановка вращателем элеватора на верх бурильной колонны
2
2. Свинчивание вращателем элеватора с верхом бурильной колонны
5
3. Снятие колонны вращателем с трубодержателя
2
4. Подъем колонны на высоту 6 м (0,75 м/с)
8
5. Постановка колонны вращателем в трубодержателе
2
6. Отвинчивание вращателем свечи длиной 6 м (свеча представлена трубой 6 м)
5
7. Приподъем вращателем свечи выше верхнего края магазина
2
8. Поворот магазина и совмещение приемной ячейки с осью скважины
3
9. Опускание вращателем свечи в ячейку магазина
2
10. Отвинчивание вращателем элеватора от свечи
5
11. Приподъем вращателя выше верхнего края магазина
2
12. Поворот магазина в исходное положение
3
13. Холостой спуск вращателя (0,75 м/с)
8
Итого 47 с.
Однако здесь значительные затраты времени (10 с) связаны с несовершенством элеватора, т.е. со свинчиванием его с колонной и отвинчиванием от свечи. Если заменить его на более скоростной гидропатрон вращателя, применяемый в предлагаемой установке (см. приложение 1), то эти затраты составят всего 4 с, а общие сократятся до 41 с. Тогда экономия времени при использовании предлагаемой буровой установки составит 18 с или 44%.
В буровой установке вместо подвижного трубодержателя-свинчивателя может быть применен второй подвижный вращатель, что позволит вдвое расширить диапазон частот вращения. Например, один вращатель имеет частоты вращения для низко- и среднечастотного бурения, а второй - для средне- и высокочастотного. Кроме того, при наличии двух вращателей могут быть практически исключены затраты времени на наращивание бурильной колонны, если применить второй буровой насос с присоединенной бурильной трубой ко второму подвижному вращателю. С учетом стандартных размеров транспортной базы буровой установки (ширина 2500 мм) оптимальные диаметры магазинов бурильных свечей составляют: для варианта с поворотом мачты на 90° и с двумя магазинами - 650 мм; для варианта с поворотом мачты на 180° и с одним магазином -1500 мм.
При использовании бурильных труб диаметром 70 или 55 мм комплекса WL с запасом 20% на отбраковку из-за неравномерного износа колонны, возможные глубины бурения в зависимости от длины бурильной свечи в обоих вариантах исполнения буровой установки приведены в таблице
Варианты исполнения буровой установки
Глубина бурения с использованием труб диаметром 70 (числитель) и 55 (знаменатель) мм в зависимости от длины бурильной свечи, м
6
9
12
18
24
С поворотом мачты на 90° в одну и другую сторону и с двумя магазинами диаметром 650 мм
200/240
300/360
400/480
600/720
800/960
С поворотом мачты на 180° в одну из сторон и обратно и с одним магазином диаметром 1500 мм
250/300
380/450
500/600
750/900
1000/1200
Как следует из приведенной таблицы, глубины скважин соответствуют требованиям современного геологоразведочного бурения.
Литература
1. Буровая установка. Авт. свид. №777199. «Бюллетень изобретений», 1981, №41.
2. Буровая установка T450WS. www.  raboty/1311/.