ВЫШЕЧНО-ЛЕБЕДОЧНЫЙ БЛОК УСТАНОВКИ ДЛЯ ГЛУБОКОГО БУРЕНИЯ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СКВАЖИН Российский патент 2006 года по МПК E21B15/00 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и к нефтегазовому машиностроению, а именно к буровым установкам для глубокого бурения преимущественно кустовых эксплуатационных скважин при перемещении основания (вышечно-лебедочного блока) в собранном виде - крупным блокам - в осложненных условиях - на болоте, умеренно пересеченной местности, мелких озерах и даже на мелководных шельфах морей.

Известно устройство для горизонтирования и перемещения буровой установки по рельсам, в котором средства для ограниченного перемещения основания (со смонтированным оборудованием) включают ходовые тележки, с помощью которых и посредством вертикальных силовых домкратов и наклонных переустанавливаемых тяг основание мелкими "шагами" перемещается по рельсам (SU 1218060 А, МПК⁴ Е 21 В 15/00, 1986); устройство входит в состав установки для кустового бурения скважин.

Технический недостаток устройства: перемещение основания на ограниченные прямолинейные расстояния вследствие "привязки" к рельсам; необходимость тщательной подготовки местности под рельсами и строгого горизонтирования основания; невозможность бурения скважин в указанных осложненных условиях.

Известно основание буровой установки, содержащее платформу, буровую площадку и балку с размещенными на ее концах вертикально-подвижными кронштейнами. Под кронштейны на платформе и под указанные кронштейны подводят гусеничные тяжеловозы, с помощью которых основание в собранном виде (крупные блоки) перемещают на новую точку бурения, обеспечивая бурение как одиночных, так и кустовых скважин (SU 1076567 А, МПК³ E 21 B 15/00, 1984).

Технический недостаток данного основания: ограниченные функциональные возможности, в частности необходимость переустановки в ряде случаев балки, подвод четырех тяжеловозов, что влечет за собой некоторую неустойчивость системы, несмотря на наличие канатно-полиспастной системы, нивелирующей распределение нагрузок между тяжеловозами; необходимость предварительной подготовки трассы для перемещения установки, поскольку в тяжеловозах отсутствуют средства, "копирующие" местность; невозможность бурения скважин в указанных осложненных условиях.

Известна схема транспортировки вышечно-лебедочного блока (в собранном виде) в сторону от приемных мостов на трех гусеничных тяжеловозах, центры которых в плане находятся на вершинах треугольника (см. Руководство по эксплуатации буровой установки БУ 2900/175 ДЭП-5, обозначение документа Б 93.00.00.000 РЭ, лист 84, рис.26а; прилагается). Эта дизельэлектрическая установка дополнительно включает (частично показано на указанном рисунке): основание с буровой площадкой, буровой вышкой, буровой лебедкой и ротором, приемные мосты и дизельэлектрические агрегаты.

Технический недостаток этого вышечно-лебедочного блока: несовершенство системы транспортировки (перемещения) - тяжеловозы выполнены с четырьмя гусеницами (две пары гусеничных движетелей ограниченных размеров); тяжеловозы не имеют средств самодвижения - буксируются тракторами; тяжеловозы имеют выдвижные опоры с незначительным ходом, которые предназначаются только для вывешивания (отрыва от грунта) основания блока; тяжеловозы не имеют собственных средств для поворота при движении; при перемещении блока собственный дизельэлектрический агрегат не используется и располагается за пределами блока; отсутствуют средства автоматического выравнивания блока при его перемещении в собранном виде - в случае "провала" одного из тяжеловозов блок с поднятой нетелескопируемой буровой вышкой может опрокинуться; невозмозможность перемещения блока и бурения скважин в указанных осложненных условиях; перемещение блока тракторами увеличивает длину и снижают маневренность "поезда", требует подготовки трассы (удельное давление на тяжеловоз - не более 0,24 МПа, расчетное сопротивление грунта - не менее 0,25 МПа; с.84 цитируемого "Руководства...").

Техническая задача: повышение эксплуатационно-технологических показателей за счет перемещения, горизонтирования и поворота блока собственными электроприводными тяжеловозами в осложненных условиях (на болотах, умеренно пересеченной местности, мелких озерах, мелководном шельфе) при снижении удельного давления на грунт.

Согласно изобретению блок снабжен длинноходовыми вертикальными гидроцилиндрами, корпуса которых жестко закреплены на основании, а штоки шарнирно соединены с тяжеловозами, при этом система управления длинноходовыми вертикальными гидроцилиндрами имеет устройства для определения и поддержания усилий на штоках цилиндров, гусеничные движители тяжеловозов имеют автономный электропривод, между основанием и тяжеловозами предусмотрены дополнительные горизонтальные гидроцилиндры, смонтированные с возможностью независимого поворота гусеничных движителей, при этом основание снабжено опорами, установленными с возможностью опирания на грунт с исключением соприкосновения с тяжеловозами и устьевым оборудованием при перемещении блока.

Наряду с этим тяжеловозы выполнены с двумя параллельными гусеничными движителями, отношение ширины одной гусеницы к длине ее опорной части составляет 1:(4,0...4,5) при высоте обвода гусеницы, равной 2,5...3,0 ее ширины.

На фиг.1 изображен общий вид вышечно-лебедочного блока, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид в плане (буровая вышка условно не показана); на фиг.3 - тяжеловоз и его вертикальный гидроцилиндр; на фиг.4 - схема привода и поворота тяжеловоза; на фиг.5 - выноска I на фиг.1; на фиг.6 - выноска II на фиг.3.

Вышечно-лебедочный блок является составной частью установки для глубокого бурения преимущественно эксплуатационных скважин и включает (фиг.1 и 2): основание 1 с буровой площадкой 2, возвышающейся над основанием, буровой вышкой 3, электроприводной буровой лебедкой 4 и электроприводным ротором 5, приемные мосты 6. В состав блока входят дизельэлектрические агрегаты (на чертежах не показаны). Основание 1 смонтировано на трех тяжеловозах 7-9, центры которых в плане находятся на вершинах треугольника АВС. Тяжеловозы характеризуются внушительными данными: в отличие от серийных тяжеловозов здесь имеются два параллельных гусеничных движителя 10 и 11 (фиг.4); отношение ширины b одной гусеницы к длине l ее опорной части b:l=1:(4,0...4,5), при высоте h обвода гусеницы, равной 2,5...3,0 ее ширины b. При ширине гусеницы b=1 м (это достаточно широкая гусеница, приемлемая для болотоходного транспортного средства) длина опорной части l=4,0...4,5 м. Следовательно, площадь опорной части всех шести гусениц А=6bl=27 м² (27·10⁶ мм²). Собственная масса блока - 150 т (вес Q≈1500000 H). При примерно равномерном распределении веса блока между тяжеловозами удельное давление гусениц на грунт составляет: q=Q/A=(15·10⁵)/(27·10⁶)≈0,055 МПа, что в 4,36 раза меньше по сравнению с удельным давлением серийных тяжеловозов (с.84 указанного "Руководства..."). При той же ширине гусеницы (b==1 м) высота h обвода гусеницы будет равной 2,5...3,0 м, что лишний раз подтверждает неординарные размеры гусеничного движителя.

Силовая часть основания 1 блока набрана из продольных 12, 13 и поперечных 14-16 балок; под буровой площадкой 2 предусмотрены соответствующие подкрепления; тяжеловозы опираются на балки 14 и 15. Основание снабжено опорами 17-20 (на фиг.2 для наглядности заштрихованы). В свою очередь, опоры снабжены съемными балками 21 (фиг.1 и 5). Опоры вместе со съемными балками 21 установлены с возможностью опирания на грунт с исключением сопрокосновения с тяжеловозами и устьевым оборудованием при перемещении блока. По центру оси скважины (фиг.1) монтируются элементы устьевого оборудования 22, которые формально не входят в состав блока, но ее положение учитывается при компоновке основания и направлении перемещения блока. Тяжеловозы 7-9 (при перемещении блока) задействованы от дизельэлектрических агрегатов. Электроприводная буровая лебедка 4 и ротор 5 могут быть задействованы как от электрического агрегата, так и от промышленной электросети (при ее наличии).

Блок снабжен длинноходовыми вертикальными гидроцилиндрами 23-25 (фиг.1 и 3). Мощность каждого длинноходового вертикального гидроцилиндра косвенно характеризуется усилием, воспринимаемым его штоком, F≥Q/3≥(15·10⁵)3≥5·10⁵ Н. Корпуса этих гидроцилиндров жестко закреплены на основании 1, а их штоки 26 шарнирно соединены с корпусом 27 гусеничного движителя. Шарнирный узел 28 штоков (фиг.3 и 6) - это устройство карданного типа с проушиной 29 на одной стороне и вилкой 30 - на другой стороне. Между ними - переходная деталь 31 со взаимно перекрещивающимися (но не пересекающимися) осями. Это предотвращает "излом" шарнирного узла 28, обеспечивает ему две степени свободы и устойчивую, без перекосов и заеданий, работу. Благодаря этому штоки 26 зафиксированы от поворота вокруг собственной оси.

На концах каждого штока 26 установлено электрогидравлическое силоизмерительное средство 32, которое является составной частью устройства для определения и поддержания усилий на штоках длинноходовых вертикальных гидроцилиндров 23-25. Силоизмерительное средство 32 гидролинией 33 соединено с гидрораспределителем 34, вторая гидролиния 35, отходящая от гидрораспределителя 34, соединена с корпусом длинноходового вертикального гидроцилиндра. Силоизмерительное средство электролинией 36 (с автономным блоком управления 37) соединено с электроуправлением 38 гидрораспределителя 34. В состав гидропривода описываемого устройства входят электроприводной автономный гидронасос 39, бак 40 для рабочей жидкости и другие известные элементы.

В каждом тяжеловозе 7-9 имеется электродвигатель 41 (фиг.4) и редуктор 42 - усилитель крутящего момента. Электродвигатель имеет известную систему регулирования частоты вращения. Редуктор 42 посредством муфты соединен с дифферециалом 43. Его полуоси 44 жестко скреплены с бортовыми ведущими катками 45, снабженными разнесенными зубчатыми ободами для захвата соответствующих широких гусениц 46 гусеничных движителей 10 и 11. Между основанием 1 и тяжеловозами 7-9 предусмотрены дополнительные горизонтальные гидроцилиндры 47 (фиг.4) для независимого поворота на определенные углы гусеничных движетелей. Корпус каждого из горизонтальных гидроцилиндров посредством рычага 48 соединен с концом штока 26 вертикального гидроцилиндра, а шток горизонтального гидроцилиндра 47 - с корпусом 27 гусеничных движетелей.

Вышечно-лебедочный блок установки для глубокого бурения преимущественно эксплуатационных скважин работает следующим образом.

При подготовке блока к бурению скважин требуется "косметическая" подготовка площадки. Горизонтирование основания 1 и, прежде всего, буровой площадки 2, выставка буровой вышки 3 производится в основном посредством тяжеловозов 7-9 и их вертикальных гидроцилиндров 23-25, в том числе заезд блока на точку бурения и его ориентирование с учетом предстоящего после бурения перемещения. Под съемные балки 21 опор 17-20 целесообразно подложить настил из бревен, затем с помощью длинноходовых вертикальных гидроцилиндров 23-25 опоры со съемными балками 21 опускают таким образом, что тяжеловозы не отрываются от грунта, но разгружаются. При скоротечном бурении скважины и удовлетворительном состоянии грунта на площадке бурения (это относится и при бурении на мелководье) блок можно не вывешивать на опоры 17-20 со съемными балками 21, а установить на тяжеловозы 7-9, выровняв буровую площадку 2 с помощью вертикальных гидроцилиндров 23-25.

Перед перемещением на новую точку бурения блок снимают с опор 17-20 со съемными балками 21. Для этого с помощью вертикальных гидроцилиндров 23-25 блок приподнимают. Если съемные балки 21 окажутся "затопленными" в засохшей или замершей грязи и оторвать их от такого "грунта" будет проблематично, то балки 21 отсоединяют от опор 17-20 и оставляют их на старой площадке бурения. Движением тяжеловозов 7-9 (с собственным электроприводом 41, 42 от дизельэлектрических станций) вышечно-лебедочный блок перемещают в сторону от приемных мостов, предварительно приподняв концы последних. Скорость движения является минимальной (≤5 км/ч) и регулируется частотой вращения электродвигателей 41. Направление движения блока на фиг.1 и 2 показано стрелками с надписью "НД". Это обусловлено тем, что необходимо исключить соприкосновение с устьевым оборудованием 22 и тяжеловозами. Перемещение блока может происходить на несколько метров, когда устьевое оборудование остается под основанием 1, и на значительно большие расстояния, в том числе с преодолением предварительно разведанных болот, мелких озер и мелководного шельфа. При первичном заезде, когда еще нет устьевого оборудования 22, направление движения блока не лимитируется.

Перемещение блока производится в собранном виде (крупным блоком), в том числе с поднятой буровой вышкой 3. При таком движении штоки 26 длинноходовых вертикальных гидроцилиндров 23-25 выставляют в среднее положение. В случае некоторого "провала" одного из тяжеловозов поступает электрогидравлический сигнал на силоизмерительное средство 32 и сработает система управления вертикальными гидроцилиндрами с устройствами для определения и поддержания усилий на штоках вертикальных гидроцилиндров (фрагменты системы показаны на фиг.3), и за счет автоматического перемещения соответствующего штока 26 блок будет выравниваться.

О большой грузовой устойчивости вышечно-лебедочного блока свидетельствует тот факт, что к внушительным размерам гусеничных движетелей прибавляются огромные размеры упомянутого треугольника: AD≈BC≈14 м. Это означает, что транспортное средство блока не в состоянии опрокидываться - оно может лишь накрениться в случае провала в далеко заметную "яму" - с размерами тяжеловоза в плане: 3 м на 4 м. С учетом высоко поднятого основания 1 (не менее, чем на 4 м) и возможности "затопления" балок 12-16 основания блок может бурить скважины на глубине водоема до 5 метров. Маневрирование блока осуществляется не только прямолинейным перемещением тяжеловозов 7-9, но и их независимым поворотом на угол α≤±10° посредством горизонтальных гидроцилиндров 47 (фиг.4). Разумеется, оборудование, работающее в воде, должно быть герметичным и коррозионно-стойким.

В итоге, решается давно назревшая проблема - бурение скважин и освоение нефтегазовых месторождений в местностях, где применение традиционных буровых установок требует большого объема подготовительных работ, а в ряде случаев - и невозможно. Особый эффект предложенного вышечно-лебедочного блока будет проявляться на "нейтральных" мелководных месторождениях, на освоение которых не рассчитаны ни наземные, ни морские буровые установки. Север и северо-восток России богат месторождениями, расположенными на многочисленных болотах, малых реках и озерах. Перемещение установок в этих экологически уязвимых краях возможно лишь в зимнее время. Предлагаемая разработка решает и эту объемную проблему. Наряду с кустовыми скважинами, блок обеспечивает бурение и одиночных - поисковых и разведочных - скважин.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и к нефтегазовому машиностроению. Блок снабжен длинноходовыми вертикальными гидроцилиндрами, корпуса которых жестко закреплены на основании, а штоки шарнирно соединены с тяжеловозами. Система управления гидроцилиндрами имеет устройства для определения и поддержания усилий на штоках цилиндров. Гусеничные движители тяжеловозов имеют автономный электропривод, между основанием и тяжеловозами предусмотрены дополнительные горизонтальные гидроцилиндры, смонтированные с возможностью независимого поворота гусеничных движителей, основание снабжено опорами, установленными с возможностью опирания на грунт. Техническая задача: повышение эксплуатационно-технологических показателей за счет перемещения, горизонтирования и поворота блока собственными электроприводными тяжеловозами в осложненных условиях. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Вышечно-лебедочный блок установки для глубокого бурения преимущественно эксплуатационных скважин, включающий основание с буровой площадкой, буровой вышкой, буровой лебедкой и ротором, приемные мосты и дизельэлектрические агрегаты, три гусеничных тяжеловоза, центры которых в плане находятся на вершинах треугольника, отличающийся тем, что блок снабжен длинноходовыми вертикальными гидроцилиндрами, корпуса которых жестко закреплены на основании, а штоки шарнирно соединены с тяжеловозами, при этом система управления длинноходовыми вертикальными гидроцилиндрами имеет устройства для определения и поддержания усилий на штоках длинноходовых вертикальных гидроцилиндров, гусеничные движители тяжеловозов имеют автономный электропривод, между основанием и тяжеловозами предусмотрены дополнительные горизонтальные гидроцилиндры, смонтированные с возможностью независимого поворота гусеничных движителей, при этом основание снабжено опорами, установленными с возможностью опирания на грунт с исключением соприкосновения с тяжеловозами и устьевым оборудованием при перемещении блока.2. Блок п.1, отличающийся тем, что тяжеловозы выполнены с двумя параллельными гусеничными движителями, отношение ширины одной гусеницы к длине ее опорной части составляет 1:(4,0-4,5) при высоте обвода гусеницы, равной 2,5-3,0 ее ширины.