УСТРОЙСТВО ВЕРХНЕГО ПРИВОДА И СПОСОБ ЗАХВАТА ТРУБЫ
TOP DRIVE AND METHOD OF PIPE HOLDER

Настоящее изобретение относится к устройству верхнего привода, способу захвата трубы и способу облегчения удаления детали от ведущего вала верхнего привода.
В бурении ствола скважины при строительстве нефтяной или газовой скважины, или геотермальной скважины, или скважины с пресной водой и подобных буровое долото устанавливают на конце бурильной колонны, которая вращается для бурения ствола скважины сквозь пласт.
Устройство верхнего привода для бурения стволов скважин, таких как нефтяные и газовые скважины, является одним из двух общепринятых типов устройств для бурения стволов скважин, другим из которых является ротор. Буровая установка, имеющая ротор, в общем, содержит несущую конструкцию вышки с кронблоком наверху. Талевый блок подвижно подвешен на кронблоке посредством каната, подаваемого буровой лебедкой. Крюк или адаптер блока можно подвешивать на талевый блок на штропах. Ведущая бурильная труба подвешивается на крюк талевого блока. Нижний конец ведущей бурильной трубы крепится к бурильной колонне. Нижний конец бурильной колонны имеет компоновку низа бурильной колонны, несущую буровое долото. Бурильная колонна и буровое долото располагаются в стволе бурящейся скважины и проходят вниз с поверхности. Ведущая бурильная труба вращается в стволе скважины ротором.
Устройство верхнего привода, в общем, содержит основной корпус, в котором размещен двигатель для вращения приводного вала, имеющего переводник, соединяемый с единственной трубой, свечой или колонной труб. Трубами могут быть любые из следующих: бурильная труба, обсадная труба, труба хвостовика, труба повышенного качества или любая другая труба, применяемая в строительстве, эксплуатации и ремонте стволов скважин, таких как нефтяные и газовые скважины. Устройство верхнего привода, в общем, установлено, по существу, на вертикальном монорельсе на вышке буровой установки. Устройство верхнего привода поднимается и опускается по монорельсу канатом, проходящим через кронблок на талевом блоке, соединенным с устройство верхнего привода через крюк или адаптер блока, который можно подвешивать к талевому блоку на штропах. Канат наматывается на барабан и вытравливается с использованием лебедки, общеизвестной как буровая лебедка. Устройство верхнего привода, таким образом, можно использовать для совершения рейсов труб в ствол скважин и из него, поворота бурильной колонны для облегчения бурения ствола скважины и поворота одиночной трубы или свечи труб относительно колонны труб, подвешенной в стволе скважины для резьбового соединения или отсоединения труб от трубной колонны для удлинения или укорачивания колонны труб. Верхний привод имеет адаптер штроп, на котором подвешена пара штроп. Элеватор подвешен на штропах, прикрепленных к верхнему приводу для облегчения манипуляций с трубным инструментом и совмещения с переводником для соединения с ним и отсоединения от него. Устройство верхнего привода может также использоваться совместно с пассивным или активным и/или роторными трубными ключами для облегчения соединения или отсоединения трубного инструмента от колонны трубного инструмента.
Важным фактором является возможность управления давлением в стволе скважины относительно давления в пласте. В некоторых условиях бурильщик может посчитать необходимым бурение на депрессии, при котором давление, оказываемое на пласт в стволе скважины, ниже внутреннего давления пластовой текучей среды. Таким образом, если существует достаточная пористость и проницаемость, пластовые текучие среды входят в ствол скважины. Скорость бурения обычно увеличивается при подходе к условиям депрессии. Вместе с тем бурильщик может посчитать необходимым бурение на репрессии, при котором давление в стволе скважины превышает давление текучих сред в пласте. Данное избыточное давление требуется для предотвращения выхода текучих сред коллектора (нефти, газа или воды) в ствол скважины. Вместе с тем избыточная репрессия может серьезно замедлить процесс бурения действенным упрочнением горной породы в приствольной зоне скважины и ограничивая удаление выбуренной породы под долотом. Кроме того, высокие давления репрессии в сочетании с плохими качествами бурового раствора могут обуславливать проблемы прихвата под действием перепада давлений. Поскольку давления коллекторов изменяются от одного пласта к другому, в то время как буровой раствор имеет относительно постоянную плотность, репрессия изменяется от одной зоны к другой. Бурильщик может изменять условия бурения от депрессии к репрессии изменением плотности бурового раствора применением утяжелителей для увеличения или уменьшения плотности бурового раствора.
Если давлением в скважине не управляют должным образом, скорость бурения не максимизируется. В худшем возможном случае скважина может обрушиться вследствие недостатка давления в стволе скважины. Такой случай более вероятен при бурении через особые типы пластов.
В прошлом циркуляцию бурового раствора останавливали во время скрепления или раскрепления одиночного звена или свечи бурильной трубы. Впускной клапан или обратный клапан под ведущей бурильной трубой используется для сохранения давления в бурильной колонне в процессе скрепления или раскрепления. Вместе с тем клапан необходимо присоединять и отсоединять. Таким образом, имеется прерывающаяся циркуляция, хотя давление в скважине, по существу, поддерживается, заметны импульсы изменения давления.
Часто является предпочтительным поддержание выбуренной породы в виде взвеси в буровом растворе для облегчения перемещения ее от бурового долота и предотвращения ее падения обратно в ствол скважины. Прекращение циркуляции бурового раствора может обуславливать осаждение выбуренной породы. Для борьбы с этим во многих известных системах предпринималось дополнительное утяжеление текучей среды, часто увеличивающее вязкость текучей среды. В результате возникает необходимость большей мощности закачки на поверхности для перемещения более густой текучей среды; но такое увеличение усилия закачки может приводить к созданию избыточного давления на забое скважины, которое может обуславливать повреждение пласта и потерю текучих сред на забое.
Система непрерывной циркуляции, разработанная и раскрытая в публикации WO 98/16716, предусматривает осуществление циркуляции бурового раствора при скреплении и раскреплении трубы с колонной труб. Данная публикация раскрывает, помимо прочего, использование верхнего комплекта трубных плашек для контакта и уплотнения вокруг трубы, подлежащей соединению с колонной, нижнего комплекта трубных плашек для контакта и уплотнения вокруг трубы на верхней части колонны в скважине для создания камеры между ней и глухой плашкой для изоляции камеры между концевым ниппелем трубы, подлежащей соединению и муфты трубы на верхней части колонны для образования верхней и нижней камер. Входное отверстие бурового раствора расположено в нижней камере между комплектом глухих плашек и вторым комплектом трубных плашек. Подача бурового раствора также соединена с верхним концом трубы, подлежащей присоединению, таким образом, для выполнения соединения нижние трубные плашки включаются в работу и уплотняются вокруг верхнего конца колонны труб в стволе скважины, и глухие плашки включаются в работу для образования нижней камеры вокруг верха бурильной колонны. Буровому раствору обеспечивают возможность прохождения в нижнюю камеру и циркуляцию в верхней части бурильной колонны. Буровой раствор проходит через бурильную колонну к буровому долоту и возвращается через кольцевое пространство, образованное бурильной колонной и стволом скважины. Буровой раствор обрабатывается на виброситах, центрифугах и тому подобном для удаления из него выбуренной породы, если необходимо, добавляются добавки, и затем осуществляется циркуляция в нижнюю камеру. В это время труба или трубная свеча спущена в верхнюю часть системы непрерывной циркуляции. Верхние трубные плашки включаются в работу для уплотнения над трубой. Верхний конец трубы или трубной свечи прикрепляется к впуску бурового раствора, и буровой раствор проходит в верхнюю камеру при включении в работу клапана. Давление бурового раствора в данный момент, по существу, равно в верхней и нижней камерах. Открывается глухая плашка, и ниппельный конец трубы или трубной свечи заводится в муфту верхнего конца колонны труб и навинчивается и докрепляется для выполнения соединения. Буровой раствор из камеры можно сбросить и открыть верхние и нижние трубные плашки для предоставления возможности спуска трубной колонны с добавленной трубой или трубной свечей в скважину. Таким образом, циркуляция является непрерывной через колонну труб и кольцевое пространство, когда соединения выполняют и разъединяют.
Выполнены различные усовершенствования системы непрерывной циркуляции, включающие в себя проведение непрерывной циркуляции во время бурения, таким образом, обеспечивая продолжение непрерывного бурения, в то время как труба соединяется или отсоединяется от колонны. Это является целесообразным для бурения на бурильной трубе или на обсадной трубе.
Элеваторы используют в таких работах для избирательного несения трубы и облегчения перемещения трубных элементов с одного места на другое.
Предшествующий уровень техники раскрывает различные устройства захвата трубного инструмента и верхних приводов, используемых с такими системами. Некоторые известные устройства верхнего привода имеют блок верхнего привода и систему захвата трубы для размещения труб и сцепляющие зажимы для контакта и захвата трубы, установленной в системе захвата. В одном аспекте каждый зажим имеет присоединенное устройство с гидравлическим цилиндром, управляемым и включающимся в работу для перемещения зажима в зацепление с трубой и выведения из него. Внутренний противовыбросовый превентор можно использовать для защиты от нарастания давления в трубах, таких как бурильная труба или обсадная труба, когда выполняют буровые работы. Внутренний противовыбросовый превентор можно размещать под верхним приводом, соединяя резьбой с ведущим валом верхнего привода.
Патенты предшествующего уровня техники раскрывают широкое разнообразие таких систем, включающих в себя, без ограничения этим, только в качестве примера, системы, раскрытые в патентах США № 7055594 и в ссылках, указанных в данном патенте, и системы, раскрытые в патентах США №№ 2950639; 3902385; 4346629; 4458768; 5433279; 6276450; 4813493; 6705405; 4800968; 4878546; 4,753,300; 6536520; 6679333.
Патент США 7,055,594 раскрывает устройство захвата труб и устройство верхнего привода, и, в некоторых аспектах, систему бурения с верхним приводом, по меньшей мере, в некоторых аспектах, имеющую блок верхнего привода, и систему захвата труб под блоком верхнего привода, имеющую открытую горловину для размещения труб, подлежащих захвату системой захвата труб, и, по меньшей мере, в некоторых аспектах, систему захвата, имеющую корпус с первым и вторым зажимами, подвижно соединенными с ним силовые цилиндры, подвижно присоединенные к каждому зажиму для перемещения зажимов для закрепления и затем для вращения трубы. В одном аспекте раскрыта систем захвата трубы, имеющая корпус, первый зажим, подвижно соединенный с корпусом, второй зажим, подвижно соединенный с корпусом, первый силовой цилиндр, подвижно присоединенный к первому зажиму, второй силовой цилиндр, подвижно соединенный со вторым зажимом, первый силовой цилиндр для перемещения первого зажима для закрепления трубы и второй силовой цилиндр для перемещения второго зажима для закрепления трубы, при этом первый и второй силовые цилиндры вращают трубу.
Патент США 7281451 раскрывает способы и устройство для скрепления и раскрепления соединений труб в трубной колонне. В некоторых аспектах компоновка трубного ключа включает в себя регулируемый механический трубный и удерживающие трубные ключи, соединенные со штангой крутящего момента. Зажимы трубных ключей могут располагаться по периметру с поддерживающими элементами, расположенными между смежными зажимами, по существу на полной окружности в 360 градусов. Гидравлическая система может равномерно распределять гидравлическую жидкость и давление для приведения зажимов в действие. Механический трубный ключ может включать в регулируемый ротор с приводом, по меньшей мере, от трех двигателей. Ротор можно избирательно физически застопоривать от вращения или перемещения одним или несколькими фиксаторами ротора. Дополнительно компоновка трубного ключа может включать в себя блокировку, предотвращающую включение в работу приводных двигателей, пока фиксаторы ротора не будут приведены в действие для разблокирования ротора. Кроме того, замыкающие фиксаторы могут скреплять трубные ключи и ротор, когда закрыты, и выключающееся устройство сцепления может помогать соединению двигателя с роторным насосом. Раскрыто устройство для манипуляций с первой трубой и второй трубой во время операций скрепления и раскрепления, включающее в себя: трубный ключ, имеющий зажимы, радиально расположенные во вращающемся элементе и перемещаемые к центру для захвата первой трубы, при этом каждый зажим приводится в действие по существу одинаковой подачей текучей среды, независимо регулируемой общим ограничителем давления, и удерживающий элемент для захвата второй трубы и предотвращения его вращения.
Патент США № 3902385 раскрывает инструмент скрепления и раскрепления трубных замков для скрепления и раскрепления резьбовых трубных замков, включающий в себя две компоновки захвата, выполненные с возможностью охвата и захвата двух секций трубы соответственно, каждая имеющая два зажима, шарнирно соединенные вместе для перемещения в открытое и закрытое положения, с двумя компоновками захвата, установленными для вращения относительно оси трубы посредством исполнительных механизмов с силовым приводом, предпочтительно, включающие в себя два устройства с силовыми цилиндрами, каждое из которых действует в одном направлении вращения против направления вращения другой компоновки захвата по существу на месте шарнира между своими двумя зажимами. В одном аспекте раскрыт инструмент для выполнения вращения двух труб с резьбовыми замками вокруг оси труб, одной относительно другой, включающий в себя: первую компоновку захвата, выполненную с возможностью выдвижения с охватом первой трубы и ее захвата и включающую в себя два зажима и первое шарнирное соединение, скрепляющее зажимы вместе для относительного качающегося перемещения вокруг оси первого шарнира между открытым и закрытым положением, вторую компоновку захвата, выполненную с возможностью выдвижения с охватом второй трубы и ее захвата и включающую в себя два дополнительных зажима и второе шарнирное соединение, скрепляющее зажимы вместе для относительного качающегося перемещения вокруг оси второго шарнира между открытым и закрытым положением; силовой блок исполнительных механизмов для приложения силы к двум связанным компоновкам, обуславливающий вращение труб друг относительно друга; два шарнирных соединения, размещаемых по существу с совмещением осей одной относительно другой в положении с возможностью открытия зажимов обеих компоновок захвата; и упор, поддерживаемый зажимом одной компоновки захвата и сцепляемый с упором на соответствующем зажиме другой компоновки захвата относительной передачи усилия закрытия от одного зажима к другому зажиму, когда две компоновки находятся в положении открытия относительно друг друга.
Согласно настоящему изобретению создано устройство верхнего привода, содержащее верхний привод и захватывающее устройство, соединенное с верхним приводом, расположенное под ним и имеющее корпус и горловину для приема трубы, подлежащей захвату, и четыре захвата для зацепления трубы, подлежащей захвату.
Предпочтительно, два из четырех захватов расположены под тупыми углами вокруг горловины. Предпочтительно, другие два из четырех захватов расположены под тупыми углами вокруг горловины. Наиболее предпочтительно, два из четырех захватов, расположенные под тупыми углами вокруг горловины, расположены в первой части корпуса, и другие два из четырех захватов, расположенные под тупыми углами вокруг горловины, расположены во второй части корпуса, причем первая часть избирательно перемещается от второй части. Предпочтительно, первая часть является отделяющейся от другой части. Предпочтительно, часть представляет собой половину корпуса. Предпочтительно, первая часть шарнирно закреплена относительно второй части. В некоторых аспектах корпус представляет собой одну деталь, в других аспектах корпус представляет собой две отделяющиеся половины.
Предпочтительно, по меньшей мере, один из захватов подвижно соединен с корпусом. Предпочтительно, поршень с цилиндром используется для перемещения, по меньшей мере, одного из захватов. Предпочтительно, поршень и цилиндр имеют двойное действие, так что при использовании возможно перемещение, по меньшей мере, одного из захватов к трубе и от нее. Предпочтительно, захваты установлены на рычагах, прикрепленных к корпусу с возможностью поворота.
Предпочтительно, захватывающее устройство подвешено к верхнему приводу, по меньшей мере, на одной трубе с высоким сопротивлением крутящему моменту, предпочтительно, на, по меньшей мере, двух трубах с высоким сопротивлением крутящему моменту. Трубы могут иметь прямоугольное поперечное сечение. Предпочтительно, по меньшей мере, одна труба с высоким сопротивлением крутящему моменту является раздвижной для обеспечения перемещения захватывающего устройства к верхнему приводу и от него. Предпочтительно, труба с высоким сопротивлением крутящему моменту является телескопической. Предпочтительно, труба с высоким сопротивлением крутящему моменту содержит внешнюю верхнюю часть и внутреннюю нижнюю часть, скользящую во внешней верхней части. Предпочтительно, поршень и цилиндр используют для раздвигания трубы с высоким сопротивлением крутящему моменту.
Предпочтительно, корпус дополнительно содержит шлицевой элемент, шлицевой элемент для стыковки с соответствующим шлицевым элементом на другой детали. Предпочтительно, другая деталь является внутренним противовыбросовым превентором.
Предпочтительно, устройство верхнего привода дополнительно содержит подъемное устройство для подъема захватывающего устройства так, что шлицевой элемент входит в зацепление с соответствующим шлицевым элементом на другой детали для избирательного зацепления. Предпочтительно, горловина является круглой и шлицевой элемент проходит по периметру участка горловины. Предпочтительно, корпус содержит две половины, шлицевой элемент расположен на одной половине. Предпочтительно, устройство захвата удерживает часть трубного инструмента, подвешенного на внутреннем противовыбросовом превенторе, и ведущий вал верхнего привода вращается для отсоединения внутреннего противовыбросового превентора от ведущего вала. Первая половина корпуса перемещается от второй половины, чтобы переместить внутренний противовыбросовый превентор от захватывающего устройства. Предпочтительно, верхний привод содержит ведущий вал и внутренний противовыбросовый превентор, соединенный с ведущим валом. Внутренний противовыбросовый превентор соединен напрямую или не напрямую через переводник или тому подобное. Предпочтительно, внутренний противовыбросовый превентор имеет главный участок и трубный участок, подвешиваемый на нем, при этом главный участок расположен между верхним приводом и корпусом захватывающего устройства.
Предпочтительно, захваты являются перемещаемыми одновременно, для захвата трубы в горловину захватывающего устройства. В одном аспекте каждый захват имеет присоединенное устройство с гидравлическим цилиндром, избирательно управляемое и включаемое в работу для перемещения захвата в захватывающее зацепление с трубой и от трубы или для перемещения его из захватывающего зацепления с трубой.
Настоящим изобретением также создан способ захвата трубы под верхним приводом, содержащий перемещение части трубы элемента в захватывающее устройство, расположенное под верхним приводом и имеющее корпус, имеющий горловину для размещения трубы, подлежащей захвату, и четыре захвата для зацепления трубы, подлежащей захвату, при этом захваты подвижно соединены с корпусом, и захват трубы четырьмя захватами захватывающей системы.
Предпочтительно, корпус содержит две части, и способ содержит перемещение, по меньшей мере, одной из частей для открытия горловины. Предпочтительно, верхний привод имеет ведущий вал, и внутренний противовыбросовый превентор соединен с ведущим валом. Предпочтительно, корпус имеет первый шлицевой элемент и внутренний противовыбросовый превентор имеет второй шлицевой элемент, и способ содержит стыковку первого шлицевого элемента со вторым шлицевым элементом. Предпочтительно, захватывающее устройство расположено на подъемном устройстве для подъема указанного устройства, захватывающего трубы, относительно второго шлицевого элемента для зацепления первого шлицевого элемента для облегчения раскрепления соединения между внутренним противовыбросовым превентором и ведущим валом, и способ дополнительно содержит подъем захватывающего устройства для зацепления первичным шлицевым элементом вторичного шлицевого элемента и раскрепления соединения между внутренним противовыбросовым превентором и ведущим валом.
Предпочтительно, захватывающее устройство предназначено для поддержания внутреннего противовыбросового превентора, отсоединенного от ведущего вала, и первой части, перемещаемой от второй части, для открытия горловины для возможности удаления внутреннего противовыбросового превентора от системы захвата, и способ дополнительно содержит перемещение первой части от второй части, при этом первая часть поддерживает внутренний противовыбросовый превентор, и перемещение внутреннего противовыбросового превентора от первой части.
Настоящим изобретением также создано устройство верхнего привода, содержащее верхний привод, имеющий ведущий вал, деталь, соединенную с ведущим валом, и корпус, подвешенный к верхнему приводу, отличающееся тем, что корпус содержит первый шлицевой элемент, и деталь имеет второй шлицевой элемент для зацепления с первым щлицевым элементом для избирательного замедления вращения детали для облегчения ее отсоединения от ведущего вала верхнего привода.
Предпочтительно, корпус является захватывающим устройством для избирательного захвата труб. Предпочтительно, деталь является внутренним противовыбросовым превентором. Предпочтительно, первый шлицевой элемент содержит шлицы, расположенные на вогнутой поверхности. Предпочтительно, вогнутая поверхность является секцией окружности, предпочтительно проходящей по окружности между 90 и 270 градусов и, предпочтительно, по существу 180 градусов или незначительно больше 180 градусов, так что если деталь опирается на первый шлицевой элемент, то он поддерживает деталь, и выпадение детали из него менее вероятно.
Предпочтительно, второй шлицевой элемент содержит шлицы, расположенные на выпуклой поверхности. Предпочтительно, выпуклая поверхность является полной окружностью, проходящей по периметру части детали. Предпочтительно, второй шлицевой элемент неподвижно закреплен относительно детали и не резьбовым соединением. Предпочтительно, первая шлицевая поверхность расположена на бортике, выступающем вверх из корпуса.
Предпочтительно, корпус содержит горловину для размещения трубы, первая шлицевая поверхность расположена примыкающей к горловине. Предпочтительно, корпус выполнен из двух частей, первый шлицевой элемент расположен, по меньшей мере, на одной из частей, части являются премещаемыми для открытия горловины для облегчения удаления горловины детали. Предпочтительно, корпус является перемещаемым к верхнему приводу и от него для избирательного соединения первого шлицевого элемента со вторым шлицевым элементом и отсоединения от него.
Предпочтительно, первый и второй шлицевой элемент содержат шлицы, расположенные, по существу, вертикально, предпочтительно, так, что шлицы входят в зацепление, когда корпус перемещается вертикально к верхнему приводу для зацепления первого шлицевого элемента со вторым шлицевым элементом.
Настоящим изобретением также создан способ, облегчающий удаление детали, соединенной с ведущим валом верхнего привода, содержащий зацепление первого шлицевого элемента корпуса, подвешенного к верхнему приводу, вторым шлицевым элементом детали, и вращение ведущего вала верхнего привода для отсоединения детали от ведущего вала. В общем, предусмотрено резьбовое соединение между ведущим валом и деталью.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит опирание детали на шлицевой элемент. Предпочтительно, способ дополнительно содержит опирание детали на корпус. Предпочтительно, способ дополнительно содержит прикрепление троса вспомогательной лебедки к детали и удаления детали из положения совмещения с верхним приводом.
Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже представлено описание со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:
на фиг. 1 показан изометрический вид части буровой установки с устройством верхнего привода, содержащим захватывающее устройство согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2А показан изометрический вид устройства верхнего привода, содержащего захватывающее устройство согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2B показан вид сбоку устройства верхнего привода, показанного на фиг. 2А;
на фиг. 3А показан вид сбоку части буровой установки согласно настоящему изобретению;
на фиг. 3B показан вид сверху буровой установки, показанной на фиг. 3А;
на фиг. 4 показан увеличенный вид спереди части устройства верхнего привода, показанного на фиг. 2А;
на фиг. 5А показан вид сбоку устройства верхнего привода, содержащего захватывающее устройство, согласно настоящему изобретению;
на фиг. 5B показан изометрический вид части устройства верхнего привода, показанного на фиг. 5А;
на фиг. 5C показан изометрический вид части устройства верхнего привода, показанного на фиг. 5А;
на фиг. 5D показан увеличенный изометрический вид части устройства верхнего привода, показанного на фиг. 5А;
на фиг. 5E показан вид сверху части устройства верхнего привода, показанного на фиг. 5А;
на фиг. 5F показан изометрический вид части устройства верхнего привода, показанного на фиг. 5А;
на фиг. 5G показан вид сверху сечения части устройства верхнего привода, показанного на фиг. 5А;
на фиг. 5H показан изометрический вид с убранным верхом части устройства верхнего привода, показанного на фиг. 5А; и
на фиг. 6 показан вид спереди захватывающего устройства согласно настоящему изобретению.
На фиг. 1 показано устройство 10 верхнего привода, согласно настоящему изобретению, включающее в себя бурильный агрегат 20 с верхним приводом, подвешенный на вышке 12. Возможная система 30 непрерывной циркуляции опирается на буровой пол 14, и часть предохранительного переводника 22 выступает вверх от системы 30. Предохранительный переводник 22 соединен с бурильным агрегатом 20 верхнего привода и вращается им. Элеватор 40 подвешен под бурильным агрегатом 20 верхнего привода. Захватывающее устройство 50 согласно настоящему изобретению (показано схематично) подвешено к бурильному агрегату 20, и элеватор 40 подвешен к устройству 50. Любой подходящий известный элеватор можно использовать с устройством 50 для захвата труб. Устройство 50 (любое, согласно настоящему изобретению) подвешено на бурильный агрегат 20 на штропах 18, а элеватор 40 подвешен к устройству 50 на штропах 24.
Системы согласно настоящему изобретению могут использовать линии гидропривода для существующего верхнего привода и/или для других существующих устройств буровой установки (например, но без ограничения этим, трубного манипулятора), пульт бурильщика, кнопки, компьютер (компьютеры) и средства управления можно использовать для управления захватывающим устройством согласно настоящему изобретению. Альтернативно, можно использовать совершенно отдельную гидравлическую систему управления и/или средство управления, являющееся, в одном аспекте, дистанционной системой RS.
Захватывающее устройство согласно настоящему изобретению можно использовать с системами, раскрытыми в заявках США № 11/140462, поданной 28.05.2005, №10/870,700, поданной 16.06.2004, №10/877949, поданной 24.06.2004, №10/872337, поданной 18.06.2004, и № 10/862787, поданной 7.06.2004, полностью включенных в настоящее описание для всех целей и имеющихся в файле публикации № WO 2005/121493, также полностью включенной в настоящий документ для всех целей.
На фиг. 2А - 2B показано устройство верхнего привода согласно настоящему изобретению, имеющее корпус 112 вертлюга, подвешенный на штропах 113 на скобу 116. Скоба 116 соединена с талевым блоком (не показано). Зубчатая передача 120 установлена на разделительной плите 121, опирающейся на корпус 112 вертлюга. Двигатель 130 соединен с зубчатой передачей 120, при этом можно использовать любой подходящий двигатель. Тормозная система 140, соединенная с двигателем 130, находится в крышке 144, через которую проходит гусак 146, соединенный с шлангом (KH) вертлюга (примыкающим к сервисному шлейфу (SL), через который проходит буровой раствор. Система 198 выдвижения создает горизонтальное смещение устройства верхнего привода.
Двигатель 130 имеет выходной вал, приводящий в движение ведущий шпиндель буровой установки, проходящий через двигатель 130, зубчатую передачу 120, разделительную плиту 121, корпус 112 вертлюга, фиксирующую систему 160 и грузовую муфту 170. Нижний конец 158 шпинделя соединен резьбой с системой 90 противоразбрызгивателя бурового раствора, соединенной с предохранительным переводником 92. Система 100 согласно настоящему изобретению для избирательного захвата трубы подвешена на грузовой муфте 170. Штропы 172 подвешивают элеватор 174 к адаптеру 189 штроп.
Система 110 противовеса (которая может удерживать вес всей системы во время посадки труб в муфту) включает в себя два компенсатора 114 нагрузки, каждый с верхним концом, соединенным с штропом 113, и нижним концом, соединенным с корпусом 112 вертлюга. Каждый компенсатор 114 включает в себя компоновку поршня/цилиндра. Система 129 отклонения штроп создает избирательное отклонение штроп 172 и, таким образом, избирательное перемещение и отклонение элеватора 174 и перемещение трубы или трубной свечи, опирающейся на элеватор 174 к оси ствола скважины и от нее. Фиксаторы 94 штропов фиксируют штропы 172 на адаптере 189 штроп 189. Отклоняющие штропы гидравлические цилиндры 128 поворотно присоединены между грузовой муфтой 170 (соединена с проушинами 128а) и рычагами 128b. Каждая соединительная муфта 124 поворотно соединена с нижним концом рычага 128b и с хомутом 126, скрепленным со штропом 172. Если необходимо, роликовые пальцы 127 проходят через хомуты 126 для облегчения перемещения штропов 172 в хомутах 126.
Защитные ограждения 173 и 174 находятся с боков сервисной площадки 199. Сервисная площадка 199 соединена с возможностью отсоединения с задним защитным ограждением наверху и поворотно на нижнем участке защитного ограждения, так что она может поворачиваться и опускаться, создавая платформу, на которой может расположиться персонал для доступа к различным компонентам на заднем защитном ограждении. Если необходимо, сервисная площадка может иметь участок с углублением для облегчения размещения на нем трубного инструмента и облегчения перемещения трубы снаружи сервисной площадки.
Устройство TDS верхнего привода можно подвижно установить на балку 182 (или «трубу с высоким сопротивлением кручению»). Горизонтальное смещение обеспечивает система выдвижения 198, включающая в себя вкладыш передачи крутящего момента. Система выдвижения 198 вместе с устройством верхнего привода, прикрепленным к ней, перемещается вертикально на балке 182. Каждая стойка 285 является телескопической стойкой с внешней частью 285o и внутренней частью 285i.
На фиг. 3А и 3B показана часть буровой установки, содержащей устройство TS верхнего привода согласно настоящему изобретению на вышке D. Устройство TS верхнего привода подвешено на грузоподъемном блоке BB, подвешенном на вышке D обычным способом. Как показано на фиг. 3А, элеватор 174 несет трубную свечу TT, включающую в себя две бурильные трубы 143. Свеча TT перемещена от площадки верхового с многочисленными скрепленными свечами 149 в положение совмещения с осью ствола 147 скважины. Шурф 144 для двухтрубки можно использовать, например, для скрепления свечей. Бурильщик управляет бурением с пульта 141 бурильщика.
На фиг. 4 показана система 100 для избирательного скрепления трубного инструмента, например бурильных труб или труб обсадной колонны. Система 100 может представлять собой интегральное устройство или иметь две половины, шарнирно соединенные вместе. Верхние концы внешней части стойки 285 системы 100 соединены с соединительными конструкциями муфты 194 пальцами 285а и пальцами 285b - с соединительными конструкциями грузовой муфты 170, а нижние концы внутренних частей 285i стойки скреплены болтами с системой 100. Внутренние части 285i стойки перемещаются в наружных частях 285o стоек для телескопического действия, обеспечивающего перемещение системы 100 вверх и вниз.
В одном аспекте система 100 имеет двойные противоположные половины, соединенные вместе съемными пальцами так, что систему 100 можно открывать. Также обе половины можно раскреплять, допуская перемещение стоек для расстыковки, обеспечивающей доступ к деталям стоек и к другим компонентам системы. В некоторых аспектах две половины являются идентичными, облегчая замену и минимизируя количество требуемых запасных частей и оборудования.
На фиг. 5А - 5H показано устройство 500 верхнего привода согласно настоящему изобретению с захватывающим устройством 600 согласно настоящему изобретению. Адаптер 502 штроп под системой 504 двигателя/зубчатой передачи соединен с грузовой муфтой 512 и имеет штропы 506, несущие элеватор 510. Телескопические стойки 516 соединены с устройством 600.
Устройство 500 верхнего привода включает в себя верхний внутренний противовыбросовый превентор 522. Вставной шлицевый элемент 524 со шлицами 524а на верхнем внутреннем противовыбросовом превенторе 522 может стыковаться со шлицевой втулкой 604 со шлицами 604а, между которыми размещаются шлицы 524а. Устройство 600 можно поднять вверх по стойкам 516 так, чтобы шлицевая втулка 604 зацеплялась со вставным шлицевым элементом 524 для использования в откреплении соединения между ведущим валом 528 устройства верхнего привода и верхним внутренним противовыбросовым превентором 522. После отвинчивания верхнего внутреннего противовыбросового превентора 522 часть устройства 600, на которой установлена шлицевая втулка 604, поддерживает верхний внутренний противовыбросовый превентор 522. Шлицевая втулка 604 находится на одной половине 612 устройства 600 и, как описано ниже, данная половина 612 может отклоняться наружу снизу устройства верхнего привода, чтобы изделия, поддерживаемые устройством 600, например весь блок задвижек или, например, показанный верхний внутренний противовыбросовый превентор 522, можно поднять и убрать, например, с помощью каната вспомогательной лебедки.
Устройство 600 имеет две половины 612, 614, поворотно прикрепленные к опорам 518 стоек 516 множеством пальцев 519. Центральные пальцы 521 также крепят половины 612, 614 к опорам 518 стоек. Удаление пальца 519 позволяет половине 612 или 614 устройства 600 захвата поворачиваться вокруг оставшегося пальца 519 (при удаленных соответствующих центральных пальцах 521). При всех удаленных пальцах можно удалить половины 612, 614. Как показано на фиг. 5D, палец 519, удерживающий один конец половины 612, удален, так же как центральные пальцы 521, чтобы половина 612 могла повернуться вокруг оставшегося пальца 519, при этом она несет верхний внутренний противовыбросовый превентор 522, отсоединенный от вала 528 (с втулкой 604, соединенной со вставным шлицевым элементом 524 и несущей верхний внутренний противовыбросовый превентор 522).
Стойки 516 являются телескопическими стойками, создающими регулируемую длину. Нижние части 516b стоек перемещаются в верхних частях 516а стоек и выдвигаются из них (смотри, например, фиг. 5А, 5C) (хотя в объеме настоящего изобретения предусмотрено использование и сплошной нетелескопической стойки).
Половины направляющей воронки 533 и 535 облегчают центрирование трубного инструмента. Направляющая воронка 533, 535 также облегчает выравнивание устройства захвата вокруг трубного инструмента для прикрепления к ведущему валу 528.
На фиг. 5G показана часть внутренней компоновки захватывающего устройства 600. Каждая половина 612, 614 имеет два кожуха 641, 642 (половины 612) и 643, 644 (половины 614). Захват 650 размещен подвижно в каждом из кожухов 641-644.
Каждый захват 650 включает в себя подвижный поршень 652 с держателем 654 плашек, прикрепленным к нему болтами 656. Уплотнение 662 герметизирует стык кожух/поршень, и уплотнение 664 герметизирует стык крепление/поршень между креплением 668 и поршнем 652. Каждый держатель 654 плашек имеет плашку 672, закрепленную на нем. Каждый кожух 641-644 имеет отверстия для текучей среды PF и PO для подачи текучей среды под давлением для перемещения поршней 652 для перемещения плашек 672 в зацепление с трубой TB и из него для захвата устройством 600. Поршни 652 перемещаются на штоках 678.
Как показано на фиг. 5G, каждый поршень 652 перемещается так, что соответствующая ему плашка 672 входит в зацепление с трубой TB, зажав трубу TB в центре захватывающего устройства 600. С приемлемой системой CS управления текучая среда под давлением из источника FS текучей среды (например, гидравлическая жидкость или рабочий газ пневмосистемы) воздействует на поршни 652. Это можно выполнять так, чтобы поршни 652 перемещались одновременно, в унисон, или нет.
На фиг. 5H показана альтернативная структура устройства 600 для перемещения четырех захватов в зацеплении с трубой. Четыре захвата 700 установлены на кожухе 702. Кожух 702 имеет отверстия 704 для размещения нижних участков несущих стоек (аналогичных стойкам 516).
Каждый захват 700 имеет кожух 712 с первым концом 714, поворотно установленным на палец 716, вторым концом 718 и отверстием 722, через которое проходит шток 724. Каждый шток 724 имеет держатель 726 плашки (с плашкой 728), закрепленный на нем.
Рычаг 732 проходит от каждого держателя 726 плашки. Каждый рычаг 732 имеет конец, поворотно закрепленный на кожухе 702 поворотным пальцем 734. Каждый шток 724 соединен с внутренним поршнем P (один поршень показан пунктирной линией). Перемещение поршня P перемещает шток 724 для перемещения держателей 726 плашки к трубе в центре устройства 700 захвата труб и от нее. При перемещении штоков 724 каждый рычаг 732 поворачивается вокруг соответствующего поворотного пальца 734, и каждый кожух 712 захвата поворачивается вокруг соответствующего своего пальца 716. Текучая среда под давлением для перемещения поршней P подается по линиям 738, 739.
На фиг. 6 показана система 800 согласно настоящему изобретению, включающая в себя захватывающую систему 802 согласно настоящему изобретению (любая раскрытая в данном документе, например система 100). Стойки 804 соединяют систему 802 с устройством 810. При вращении устройство 810 вращает систему 802 и трубу, с которой скреплена система 802. Стойки 804 показаны не телескопическими, но телескопические опоры можно использовать.
Стойки 516 в некоторых аспектах являются относительно более массивными, чем стойки, аналогичные стойкам 285 (фиг. 2). В некоторых аспектах стойки 516 имеют большее поперечное сечение, чем стойки, аналогичные сравнительно плоским стойкам 285, и/или являются более длинными, чем стойки, аналогичные стойкам 285, и выполнены более массивными, чтобы лучше противодействовать крутящему моменту, воздействующему на систему захвата, опирающуюся на стойки.
Настоящим изобретением, таким образом, создано в некоторых, но не обязательно во всех, вариантах осуществления устройство верхнего привода с блоком верхнего привода и системой, захватывающей трубы, соединенной с блоком верхнего привода и находящейся под ним.
Настоящим изобретением, таким образом, создано в некоторых, но не обязательно во всех, вариантах осуществления устройство верхнего привода с блоком верхнего привода и системой, захватывающей трубы, соединенной с блоком верхнего привода и находящейся под ним и имеющей корпус, четыре захвата, подвижно соединенных с корпусом, четыре устройства с силовыми цилиндрами, по одному подвижно присоединенные к каждому из захватов, и устройства с силовыми цилиндрами предназначены для перемещения захватов для закрепления трубного инструмента, например бурильной трубы.
Настоящим изобретением, таким образом, создано в некоторых, но не обязательно во всех, вариантах осуществления система, захватывающая трубы, соединяемая с блоком верхнего привода, находящаяся под ним и имеющая корпус, четыре захвата, подвижно соединенные с корпусом, четыре устройства с силовыми цилиндрами, по одному подвижно присоединенные к каждому из захватов, при этом устройства с силовыми цилиндрами предназначены для избирательного перемещения захватов для закрепления трубы, например бурильной трубы. В такой захватывающей системе захваты могут перемещаться в унисон и одновременно.
Согласно настоящему изобретению предусмотрены четыре захвата, равномерно разнесенные вокруг отверстия или горловины размещения трубы (например, на девяносто градусов). В другом аспекте объемом настоящего изобретения предусмотрены два примыкающих захвата на противоположных половинах системы захвата, расставленные под острым углом (смотри захваты А, B, на фиг. 5G), и два захвата на одной половине, расставленные под тупым углом (смотри захваты А, C, на фиг. 5G). С расстановкой, показанной на фиг. 5G, размер DD можно уменьшить, и относительно меньше пространства может быть занято системой захвата согласно настоящему изобретению, что в некоторых аспектах облегчает установку такой системы между несущими штропами.
Настоящим изобретением, таким образом, созданы в некоторых, но не обязательно во всех, вариантах осуществления способы захвата трубы под блоком верхнего привода, включающие в себя перемещение части трубы в систему, захватывающую трубы, расположенную под блоком верхнего привода.
Настоящим изобретением, таким образом, создано в некоторых, но не обязательно во всех, вариантах осуществления устройство верхнего привода с системой, захватывающей трубы, соединенной с устройством верхнего привода, находящейся под ним и имеющей корпус, в котором размещается труба, подлежащая захвату, и четыре захвата для зацепления трубы, подвижно соединенные с корпусом. Настоящим изобретением, таким образом, создано в некоторых, но не обязательно во всех, вариантах осуществления устройство верхнего привода с системой, захватывающей трубу, соединенной с устройством верхнего привода, находящейся под ним и имеющей корпус, первый захват, подвижно соединенный с корпусом, второй захват, подвижно соединенный с корпусом, третий захват, подвижно соединенный с корпусом, четвертый захват, подвижно соединенный с корпусом, первый силовой цилиндр, подвижно соединенный с первым захватом, второй силовой цилиндр, подвижно соединенный со вторым захватом, третий силовой цилиндр, подвижно соединенный с третьим захватом, четвертый силовой цилиндр, подвижно соединенный с четвертым захватом, каждый силовой цилиндр, предназначенный для перемещения соответствующего своего захвата для закрепления трубы. Такая система может включать в себя одно или несколько, в любых возможных комбинациях, из следующего: первый захват, расположенный под первым углом ко второму захвату, являющимся острым углом, под вторым углом к третьему захвату, являющимся тупым углом, корпус захватывающей системы состоит из первой половины и второй половины, при этом первая половина является отделяемой от второй половины; и/или шлицевой элемент первой половины корпуса, шлицевой элемент для стыковки с соответствующим шлицевым элементом на другой детали.
Настоящим изобретением, таким образом, создана в некоторых, но не обязательно во всех вариантах осуществления, система, захватывающая трубы с корпусом, в котором размещается труба, подлежащая захвату, и четыре захвата для сцепления с трубой, подлежащей захвату, причем захваты подвижно соединены с корпусом. Такая система может включать в себя одно или несколько, в любых возможных комбинациях, из следующего: система, имеющая четыре захвата, содержащая первый захват, подвижно соединенный с корпусом, второй захват, подвижно соединенный с корпусом, третий захват, подвижно соединенный с корпусом, четвертый захват, подвижно соединенный с корпусом, первый силовой цилиндр, подвижно присоединенный к первому захвату, второй силовой цилиндр, подвижно присоединенный ко второму захвату, третий силовой цилиндр, подвижно присоединенный к третьему захвату, четвертый силовой цилиндр, подвижно присоединенный к четвертому захвату, при этом каждый силовой цилиндр приспособлен для перемещения соответствующего своего захвата для закрепления трубы, при этом захваты являются перемещаемыми одновременно или независимо не в унисон; первый захват расположен под первым углом ко второму захвату, который является острым углом, под вторым углом к третьему захвату, который является тупым углом; корпус захватывающей системы имеет первую половину и вторую половину, при этом первая половина является отделяемой от второй половины; и/или шлицевой элемент первой половины корпуса, шлицевой элемент для стыковки с соответствующим шлицевым элементом на другой детали.
Настоящим изобретением, таким образом, создан в некоторых, но не обязательно во всех, вариантах осуществления способ захвата трубы под блоком верхнего привода, включающий перемещение части трубы в захватывающую систему, расположенную под блоком верхнего привода и имеющую корпус, в котором размещается труба, подлежащая захвату, и четыре захвата для зацепления трубы, подлежащей захвату, причем захваты подвижно соединены с корпусом, и захват трубы четырьмя захватами захватывающей системы.
Настоящим изобретением, таким образом, созданы в некоторых, но не обязательно во всех, вариантах осуществления способы для захватывающей системы для удержания первого элемента и облегчения отсоединения первого элемента от второго элемента, при этом первый элемент соединен резьбой со вторым элементом, захватывающая система имеет корпус с первичной шлицевой структурой на нем, и первый элемент имеет вторичную шлицевую структуру, причем способ включает зацепление первичной шлицевой структуры с вторичной шлицевой структурой и предотвращение, тем самым, вращения первого элемента относительно захватывающей системы.