БУРОВАЯ УСТАНОВКА
DRILLING RIG

Изобретение относится к буровым установкам, преимущественно самоходным и передвижным, с подвижным вращателем, применяемым при бурении геолого-поисковых и разведочных скважин.
Известна буровая установка, которая является ближайшим аналогом предлагаемой и принята в качестве ее прототипа /1/. Эта установка обеспечивает автоматизацию спускоподъемных операций (СПО) с совмещением их во времени. В установке использованы: четырехгранная мачта с подвижным основанием, т.е. с возможностью ее поворота в первом варианте на 90° в одну и другую сторону, а во втором - на 180° в одну из сторон и обратно, причем в первом варианте исполнения мачты используются два барабанных магазина свечеприемника, устанавливаемых напротив боковых граней мачты, во втором - один барабанный магазин, два подъемника в виде подвижных вращателей, расположенных на противоположных гранях мачты. Это позволяет в автоматическом режиме производить одновременно с подъемом или спуском бурильной колонны отсоединение и присоединение бурильной свечи и перенос ее от оси скважины к месту их аккумуляции и обратно, а также обеспечивать работу загруженного бурильной колонной подъемника одновременно с холостым
Однако недостатком такой установки, с одной стороны, является то, что вращающаяся мачта и наличие двух подвижных вращателей существенно усложняют установку.
С другой стороны, емкость свечеприемника такой буровой установки позволяет бурить скважины с применением, например, наиболее востребованных бурильных труб диаметром 69,9 мм комплекса WL, глубиной не более 300 м, хотя фактические глубины скважин при поисковом и разведочном бурении с использованием таких труб достигают преимущественно 500 и более метров.
Задача изобретения заключается в том, чтобы буровая установка, выполняющая автоматизированный процесс СПО с совмещением их во времени, с одной стороны, была более проста по конструкции в сравнении с прототипом и, следовательно, более надежна, а с другой, емкость ее свечеприемного устройства была бы максимальна из условий, заданных габаритами и минимальными рабочими проходами, установленными для самоходной и передвижной буровой установки.
Для решения поставленной задачи в буровой установке, содержащей буровую мачту, подвижный проходной вращатель, манипулятор бурильных свечей с возможностью перемещения его захвата к месту аккумуляции и обратно, расположенный с противоположной стороны от подвижного вращателя карусельный свечеприемник барабанного типа, обеспечивающий выдвижение вверх свечи из очередной ячейки магазина при спуске бурильной колонны, или опускание свечи на его подсвечник при ее подъеме, причем прием удержание и освобождение верхних концов свечей в ячейках магазина осуществляется автоматически в результате силового взаимодействия перемещаемой свечи с пружинными захватами ячеек, а также стационарный труборазворот, манипулятор свечей расположен в верхней части мачты с возможностью вращения вокруг своей оси на 180°, а также выполнения операций по установке свечи на бурильную колонну при свинчивании с колонной и отсоединения ее от последней при развинчивании, в то время как проходной вращатель, в процессе свинчивания и развинчивания свечи труборазворотом, выполняет свой холостой ход подъема и спуска соответственно при спуске и подъеме колонны, причем карусельный свечеприемник содержит два вращающихся барабанных магазина, расположенных на общем основании, имеющем возможность вращения вокруг своей оси, благодаря чему в рабочем положении буровой установки вертикальная плоскость, проходящая через оси этих магазинов, располагается на ее продольной оси, а в транспортном - перпендикулярно этой оси.
На фиг. 1 схематично иллюстрируется самоходная буровая установка, которая может быть реализована при длине свечи (трубы) 3,0; 4,5 и 6,0 м. Общая длина установки в транспортном положении согласно указанным длинам свечи соответственно равна 7800; 9300 и 10800 мм, ширина 2550 мм, а высота 3700 мм, что не выходит за пределы установленных требований к габаритам транспортных средств.
Буровая установка включает буровую мачту 2, проходной подвижный вращатель 3, манипулятор 4 с выдвигающимся гидравлическим захватом и устройством для перемещения его в вертикальной плоскости при манипуляциях со свечой (не показано), два расположенных с противоположной стороны от подвижного вращателя вращающихся барабанных магазина 5 свечеприемника, установленных на их общем основании 1 с устройством поворота на 180°, устройство 6 для выдвижения из магазина свечеприемника или опускания в него свечи, труборазворот стационарный 7. Применение последнего при наличии подвижного вращателя обеспечивает возможность использования свечей, составленных из нескольких труб.
Заявляемая буровая установка позволяет решить поставленную задачу, первая часть которой заключается в обеспечении автоматизации СПО с совмещением их во времени, но при более простой и, следовательно, более надежной ее конструкции.
Действительно, из представленной циклограммы (фиг. 2) следует, что, например, в процессе спуска бурильной колонны (фиг. 1 а, в) производится поворот манипулятора 4 на 180°, выдвигается его захват на ось свечи, находящейся в магазине 5, шток устройства 6 магазина перемещает свечу вверх до вхождения ее верхнего конца в захват манипулятора, и последний, захватив свечу, с заданной силой извлекает ее из пружинного захвата магазина и начинает перемещение ее на ось скважины. К моменту окончания спуска колонны и постановки ее в труборазвороте 7 свеча оказывается на оси скважины, и манипулятор 4 опускает ее на верх колонны, выполняя роль центратора свечи в процессе последующего за этим свинчивания ее с колонной посредством труборазвоторота 7. Одновременно с моментом окончания переноса свечи на ось скважины (фиг. 1, г) проходной вращатель 3 освобождается от колонны, в процессе свинчивания ее со свечой производит холостой подъем до верхнего конца свечи, захватывая колонну в момент окончания свинчивания, и после освобождения ее от труборазворота 7 производит очередной цикл ее спуска.
Из циклограммы следует, что операция подъема производится аналогично и затраты времени на один спуск и подъем 6-метровой свечи составляют в целом 48 с, что близко к аналогичному показателю прототипа. По отношению к обычной технологии последовательного выполнения СПО при работе с такой же свечой «на вынос» затрачиваемое время почти вдвое меньше, что объясняется автоматизацией операций, совмещением их во времени и полным отсутствием ручного труда.
Замена вращающейся мачты и второго подвижного вращателя на более простой по конструкции манипулятор существенно удешевляет и повышает надежность предлагаемой буровой установки.
Вторая часть поставленной задачи, заключающаяся в обеспечении максимально возможной емкостью свечеприемника, обусловленной требованиями к предельным габаритам самоходной или передвижной буровой установки и минимальными рабочими проходами в соответствии с правилами техники безопасности, тоже может быть решена заявляемой буровой установкой
Действительно, в рабочем положении буровой установки вертикальная плоскость, проходящая через оси барабанных магазинов свечеприемника, поворотом его основания располагается на ее продольной оси, в результате чего один из магазинов устанавливается у мачты для выполнения функций свечеприемника в процессе СПО, а другой - в положении ожидания. После опорожнения магазина (при спуске колонны) или его наполнения (при подъеме) свечами процесс СПО на несколько секунд останавливается, поворотом основания 1 свечеприемника на 180° магазины меняются местами, и процесс автоматического выполнения СПО продолжается (фиг. 1, а, в, г).
Для перевода буровой установки в транспортное положение поворотом основания 1 свечеприемника на 90° вертикальная плоскость, проходящая через оси магазинов, принимает перпендикулярное положение по отношению к продольной оси платформы установки и мачта вместе со свечеприемником опускаются (фиг. 1, б, д).
Рассмотрим вместимость свечеприемника самоходной буровой установки, принятой за прототип, заявляемой. Согласно правилам техники безопасности при геолого-разведочных работах (п. 5.3.2.) для подвижных и самоходных буровых установок рабочий проход должен быть не менее 700 мм /2/. С учетом этой величины рабочих проходов диаметр каждого из двух магазинов в первом варианте аккумуляции свечей (при повороте мачты на 90° в одну и другую сторону) равен 275 мм и одного магазина во втором варианте (при повороте мачты на 180° в одну из сторон и обратно) - 1140 мм. За базу сравнения принимаем второй вариант аккумуляции, так как он обеспечивает вдвое большую емкость свечей, чем первый (1140/275⋅2=2,07). Один магазин диаметром 1140 мм вмещает 48 бурильных труб диаметром 69,9 мм.
Учитывая, что в предлагаемой буровой установке используется два магазина 5 диаметром 1140 мм (см. фиг. 1), то число аккумулируемых свечей (труб) удваивается, т.е. становится равным 96 шт., а достигаемая глубина скважины с использованием бурильных труб диаметром 69.9 мм и длиной 6 м увеличивается с 288 до 576 м.
В табл. 1 приведены возможные глубины бурения самоходной буровой установкой с автоматизацией СПО в зависимости от диаметра и длины свечи (трубы).
Таблица 1
Из приведенной табл. 1 следует, что емкость свечеприемника предлагаемой буровой установки позволяет вдвое увеличить возможные глубины бурения геолого-поисковых и разведочных скважин. Глубины скважин с автоматизацией СПО при традиционном бурении и комплексом WL достигают более 700 м.
Литература:
1. Буровая установка. Патент на изобретение №2549650. «Бюллетень изобретений» 2015, №12;
2. Правила безопасности при геолого-разведочных работах. ПБ08-37-2005.