ВЕРХНИЙ ПРИВОД И СПОСОБ БУРЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЕГО Российский патент 2011 года по МПК E21B3/02 

Сущность изобретения

Настоящее изобретение в общем имеет отношение к области бурения нефтяных или газовых скважин, а более конкретно имеет отношение к способу и устройству для бурения скважин и перемещения труб.

Уровень техники

Верхний привод представляет собой буровой инструмент, который висит на талевом блоке и имеет один или несколько электродвигателей для приведения в движение приводного вала, с которым операторы соединяют бурильную колонну. Так как электродвигатель верхнего привода может вращать бурильную колонну, не требуется использовать вкладыш под рабочую трубу. Верхний привод также включает в себя средство создания вращения и гаечный ключ (гайковерт) с ограничением по крутящему моменту. Кроме того, верхний привод имеет подъемники на звеньях. Верхние приводы преимущественно могут работать с приращениями 90 футов вместо 30 футов, типичных для случая использования вкладыша под рабочую трубу. Следует иметь в виду, что плети труб типично имеют длину 30 футов. Таким образом, верхний привод позволяет оператору в конкретной операции работать с тремя плетями труб на приращение. Например, верхние приводы позволяют операторам соединять три плети труб, чтобы получить звено буровых штанг длиной 90 футов, что приводит к экономии времени. Аналогично в некоторых случаях, например в применениях, в которых имеется горизонтальное отклонение стволов скважин, может быть желательно извлекать трубу из ствола скважины по способу, известному как разбуривание скважины снизу вверх. Верхний привод позволяет операторам райберовать назад из ствола скважин звено буровых штанг, имеющее три плети труб, которые затем могут быть уложены неповрежденными.

На буровой установке оборудование включает в себя все средства и виды оборудования, которые требуются для продолжения бурения без прерывания. Когда средства и виды оборудования останавливаются, прекращается вся операция бурения. Поэтому, так как механические устройства требуют проведения некоторого ремонта и/или регламентных работ, многие компоненты оборудования используют с резервированием, чтобы уменьшить время простоя за счет неизбежного ремонта и технического обслуживания. Обычные верхние приводы являются исключением, так как они не позволяют использовать этот принцип резервирования. Поэтому если верхний привод выходит из строя, то останавливается вся операция бурения и прекращается работа всей буровой установки, пока вновь не начнет работать верхний привод. Обычно проводят диагностику на рабочем тракте ранее проведения ремонта, что приводит к дополнительному простою ранее начала ремонта. Аналогично регламентные работы также создают простои.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается система верхнего привода, которая содержит первый верхний привод и второй верхний привод, причем первый и второй верхние приводы выполнены с возможностью быстрой замены.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается система верхнего привода, которая содержит множество модулей, причем модули выполнены с возможностью быстрой замены.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ повышения производительности бурения, который включает в себя следующие операции: использование первого модуля верхнего привода (в рабочем тракте); использование второго модуля верхнего привода вне рабочего тракта; замена первого модуля верхнего привода на второй модуль верхнего привода, таким образом, что второй модуль верхнего привода будет находиться на рабочем тракте, а первый модуль верхнего привода будет находиться вне рабочего тракта.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых аналогичные детали имеют одинаковые позиционные обозначения.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показан вид в перспективе варианта системы верхнего привода, имеющей следующие модули верхнего привода: основной корпус, редуктор, два модуля приводного двигателя, манипулятор труб, верхний флюидный модуль, нижний распределительный клапан скважины, сопряжение блока, два модуля ограждения рабочего помоста (рабочей площадки), два модуля системы охлаждения, модуль замены предохранителя сменного шпинделя и модуль рамы сопряжения системы отвода.

На фиг.2 показано перспективное изображение с пространственным разделением деталей варианта системы верхнего привода, показанной на фиг.1.

На фиг.3 показан вид в перспективе с частичным разрезом варианта системы смазки подшипников.

На фиг.4 показан вид в перспективе с частичным разрезом варианта системы смазки редуктора.

Подробное описание изобретения

Обратимся к рассмотрению фиг.1, на которой показана система 1000 верхнего привода в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения, которая содержит несколько модулей верхнего привода. На фиг.2 показаны модули верхнего привода, которые в соответствии с вариантом настоящего изобретения могут представлять собой один или несколько следующих модулей: модуль 1100 основного корпуса, модуль 1200 редуктора, два модуля 1300 приводного двигателя, модуль 1400 манипулятора труб, верхний флюидный модуль 1500, модуль 1600 нижнего распределительного клапана скважины, модуль 1700 сопряжения блока, два модуля 1800 ограждения рабочего помоста, два модуля 1900 системы охлаждения, модуль 2000 замены предохранителя сменного шпинделя и модуль 2100 рамы сопряжения системы отвода. Каждый из указанных модулей может иметь указанные далее компоненты и характеристики.

Когда становится необходимо произвести техническое обслуживание и ремонт специфического компонента модульной системы верхнего привода в соответствии с настоящим изобретением, например системы 1000 верхнего привода, в результате повреждения или в случае регламентных работ, модуль верхнего привода, содержащий этот компонент, может быть быстро заменен на соответствующий модуль верхнего привода, который находится в надлежащем рабочем состоянии. Это позволяет продолжить работу без существенных простоев. В ходе работы может быть проведено техническое обслуживание и/или ремонт компонента, находящегося вне рабочего тракта, так что удаленный модуль верхнего привода вновь может быть использован при возникновении необходимости. Альтернативно весь модуль верхнего привода может быть отправлен с буровой площадки для проведения его ремонта или же негодный модуль верхнего привода может быть выброшен.

В соответствии с дополнительным аспектом модульной верхний привод в соответствии с настоящим изобретением позволяет выполнять два вида работ одновременно. Можно указать в качестве примера (но без ограничения) на замену приводного электродвигателя обычного верхнего привода, которая является длительной, так как она связана с последовательностью нескольких операцией замены. Сначала электрик должен отключить электрические соединения приводного электродвигателя, после чего механик может снять приводной электродвигатель. Затем механик может произвести центровку и установить новый приводной электродвигатель. После этого электрик может подключить электрические соединения нового приводного электродвигателя. В отличие от этого, модульный верхний привод в соответствии с настоящим изобретением может быть собран так, что электрические соединения физически расположены достаточно далеко от механических соединений, так что электрик и механик могут работать параллельно, то есть одновременно или почти в одно и то же время, в результате снижается время простоя.

Взаимозаменяемые модули верхнего привода также могут быть желательны и по другим причинам, не связанным с техническим обслуживанием или ремонтом. Например, различные модули верхнего привода могут быть использованы для различных видов бурения и/или различных конфигураций рабочей компоновки. В некоторых случаях бурения могут потребоваться различные скорости бурения. В этом случае вместо использования редуктора переменной скорости или многоскоростного редуктора различные скорости могут быть созданы за счет замены различных односкоростных модулей редуктора, которые являются более простыми и более надежными. Аналогично с трубами различного диаметра можно работать за счет замены модулей нижнего распределительного клапана скважины. Аналогично могут быть выбраны разные модули приводного двигателя, которые лучше подходят для различных применений, таких как отбор кернов, бурение и капитальный ремонт скважины. Другие преимущества различных модульных конфигураций будут понятны специалистам в данной области после ознакомления с описанием настоящего изобретения.

В зависимости от специфической системы 1000 верхнего привода и специфических условий может быть использовано любое число модулей верхнего привода. Например, может быть использован единственный модуль верхнего привода. В этом случае модуль верхнего привода может содержать всю систему 1000 верхнего привода и может быть выполнен с возможностью замены на другой модуль, содержащий другую полную систему 1000 верхнего привода. Такая конфигурация не требует проведения диагностики для определения того, какой компонент создает проблему, до момента, пока система 1000 верхнего привода не будет выведена из эксплуатации. Аналогично малое время замены модуля упрощает ремонт или принятие решения о замене, так как модуль может быть быстро заменен на другой, а диагностика замененного модуля может быть проведена вне рабочего тракта. Если замена всей системы 1000 верхнего привода не является практичной или является нежелательной по другим причинам, могут быть использованы множества модулей верхнего привода. Компоненты системы 1000 верхнего привода могут быть сгруппированы в модули любым возможным образом, причем конфигурация индивидуальных модулей не ограничена специфическими вариантами, которые обсуждаются здесь ниже.

Модули верхнего привода модульной система верхнего привода в соответствии с настоящим изобретением могут быть соединены друг с другом самым различным образом, при условии, что это позволяет производить быструю замену модулей модульной система верхнего привода. Кроме того, также желательно, чтобы соединения позволяли легко производить замену одного модуля верхнего привода на другой аналогичный модуль верхнего привода. Более того, может быть желательно, чтобы механизмы соединения позволяли производить вертикальный подъем и вертикальное опускание модулей верхнего привода при их отсоединении от модульной системы верхнего привода и при их вводе в нее. Подходящие устройства соединения включают в себя (но без ограничения) многоэлементную систему отвода, болты, вставки и штифты, ползуны типа ласточкин хвост, эксцентриковые зажимные устройства, шпоночные канавки, направляющие кольца и зажимы, шпоночные соединения, разрезные кольца, направляющие штифты, механизмы торможения вращающего момента, кольцевые уплотнения, фланцы, шпильки и шлицы и любую их комбинацию. Кроме того, следует иметь в виду, что специалисты в данной области после ознакомления с описанием настоящего изобретения могут предложить и другие устройства соединения модулей модульной системы верхнего привода.

В соответствии с примерным вариантом, показанным на фиг.2, система 100 верхнего привода может иметь модуль 1100 основного корпуса, модуль 1200 редуктора, два модуля 1300 приводного двигателя, модуль 1400 манипулятора труб, верхний флюидный модуль 1500, модуль 1600 нижнего распределительного клапана скважины, модуль 1700 сопряжения блока, два модуля 1800 ограждения рабочего помоста (рабочей площадки), два модуля 1900 системы охлаждения, модуль 2000 замены предохранителя (защиты) сменного шпинделя и модуль 2100 рамы (каркаса) сопряжения системы отвода.

Модуль 1100 основного корпуса может служить в качестве основания, а другие модули верхнего привода или компоненты могут быть соединены с модулем 1100 основного корпуса, прямо или косвенно, с использованием одного или нескольких указанных выше устройств соединения. Модуль 1100 основного корпуса может иметь один или несколько следующих компонентов: корпус верхнего привода с держателями для модуля 1700 сопряжения блока; основные подшипники; полый шпиндель, который может иметь шпоночное соединение с модулем 1200 редуктора; плавающий сменный шпиндель, который может иметь свободный ход поплавка 8 дюймов и охватываемое шпоночное соединение; несущий элемент верхнего подшипника с держателями двигателя; раму сопряжения системы отвода с воздуходувками для охлаждения двигателя; и систему автоматической смазки. В некоторых вариантах может быть предусмотрена автономная система смазывания разбрызгиванием, которая сама по себе является модульной. Аналогично в некоторых вариантах, например, система 1000 верхнего привода может иметь раму сопряжения системы отвода, которая сама по себе является модульной. Модуль 1100 основного корпуса может дополнительно или альтернативно содержать любые другие компоненты, которые типично не затрагивают при замене других модулей верхнего привода.

Модуль 1200 редуктора может быть быстро соединен с модулем 1100 основного корпуса или отсоединен от него с использованием одного или нескольких устройств соединения, описанных здесь выше. Например, может быть использовано соединение с использованием паза и шпилек, которое действует как средство удержания за счет силы тяжести, а также как механизм торможения вращающего момента. Это позволяет модуль 1200 редуктора полностью удалять и заменять на другой модуль 1200 редуктора, что, в свою очередь, позволяет производить ремонт любых компонентов вне рабочего тракта. Модуль 1200 редуктора может иметь один или несколько следующих компонентов: простой односкоростной редуктор, который может иметь передаточное отношение ориентировочно от 6.890 к 1 до 9.000 к 1; входные валы для одного или нескольких подключенных приводных двигателей; одно или несколько соединений с защитой и приводным валом; смотровые окна; один или несколько узлов гаечный ключ с ограничением по крутящему моменту - быстрая защелка, для легкого демонтажа и установки; шпоночное зубчатое колесо многопоточной зубчатой передачи для передачи вращающего момента на шпиндель; и автономную систему смазки редуктора. Автономная система смазки редуктора может иметь следующие компоненты: сухой отстойник; сетчатый фильтр на всасывающей линии насоса; один или несколько винтовых насосов и один или несколько электродвигателей; один или несколько фильтров с визуальными индикаторами и телеметрическими датчиками; распределительный коллектор; телеметрический датчик для измерения давления масла; и охладитель смазочного масла с электровентилятором. В соответствии с некоторыми вариантами модуль 1200 редуктора может иметь многоскоростной редуктор. В соответствии с другими вариантами множество односкоростных редукторов, которые можно быстро заменять, являются более предпочтительными, чем один или несколько многоскоростных редукторов, по соображениям надежности. Модуль 1200 редуктора может дополнительно или альтернативно содержать любые другие компоненты, которые типично используют в качестве компонентов зубчатой передачи.

Модуль 1300 приводного двигателя может быть быстро соединен с модулем 1100 основного корпуса или отсоединен от него с использованием одного или нескольких устройств соединения, описанных здесь выше. Это позволяет модуль 1300 приводного двигателя полностью удалять и заменять на другой модуль 1300 приводного двигателя, что позволяет производить ремонт любых компонентов модуля 1300 приводного двигателя вне рабочего тракта. Модуль 1300 приводного двигателя может иметь один или несколько двигателей, например электродвигателей переменного тока, таких как GE модель GEB-20, 1150 л.с.; каркас модуля двигателя, позволяющий производить быструю установку и демонтаж всего модуля 1300 приводного двигателя; средство соединения с модулем 1200 редуктора для быстрой центровки или изоляции в случае повреждения; тормозную систему; распределительную коробку с программируемым логическим контроллером (ПК) или простую электрическую распределительную коробку для управления и подключения датчиков; и узел защиты и подъема. Тормозная система может иметь следующие компоненты: пять (5) дисковых тормозных суппортов; гидравлические средства управления; автоматическую систему стравливания. В соответствии с некоторыми вариантами желательно размещать электрические соединения модуля приводного двигателя отдельно от механических соединений, чтобы можно было проводить два вида работ одновременно при замене, техническом обслуживании и/или ремонте. Модуль 1300 приводного двигателя может дополнительно или альтернативно содержать любые другие компоненты, которые типично используют в качестве компонентов системы двигателя.

Модуль 1400 манипулятора труб может быть быстро соединен с модулем 1100 основного корпуса или отсоединен от него с использованием одного или нескольких устройств соединения, описанных здесь выше. Например, соединение может быть осуществлено при помощи скользящего модуля с использованием разрезных колец в качестве основного средства соединения, совместно с направляющими штифтами, которые действуют как средство локализации и как средство торможения вращающего момента. Это позволяет модуль 1400 манипулятора труб полностью удалять и заменять на другой модуль 1400 манипулятора труб, что позволяет производить ремонт любых компонентов вне рабочего тракта. Модуль 1400 манипулятора труб может иметь один или несколько следующих компонентов: установочную плиту; поворотный коллектор для гидравлических и пневматических соединений; опору связи подъемника; систему уравновешивания объединенной связи; блок наклона связи; резервный гаечный ключ; раму кантовки для облегчения перемещения при удалении; и систему автоматической смазки. Установочная плита может содержать следующие компоненты: группы гидроклапанов, непосредственно установленные на плите с отверстиями, чтобы исключить шланги и места утечки; дублирующий манипулятор для поворота модулей; дублирующий манипулятор для фиксации модулей; сдвоенные ПК распределительные коробки с быстрыми соединителями; и складное ограждение, которое может работать как рабочий помост. В соответствии с некоторыми вариантами, например, система 1000 верхнего привода может иметь одно или несколько складных ограждений, которые сами по себе являются модульными, например, может иметь ограждения 1800 рабочего помоста. Поворотный коллектор может иметь следующие компоненты: двадцать (20) каналов с испытательными отверстиями и радиальными подшипниками для централизации. Узел наклона связи может иметь двунаправленное гидравлическое включение и плавучесть. Резервный гайковерт обеспечивает возможность быстрой замены при контроле бурильщиком вертикального положения и содержит следующие компоненты: гидравлический захват трубы диаметром до 11 дюймов с моментом кручения 120,000 футов на фунт; средство контроля бурильщиком вертикального положения; съемные зажимные губки; и направляющая завода конца трубы. Модуль 1400 манипулятора труб может дополнительно или альтернативно содержать любые другие компоненты, которые типично используют в качестве компонентов системы манипулятора труб.

Верхний флюидный модуль 1500 может быть быстро соединен с модулем 1100 основного корпуса или отсоединен от него с использованием одного или нескольких устройств соединения, описанных здесь выше. Например, колпак может быть соединен с использованием болтов или шпилек с модулем основного корпуса при помощи шпоночного соединения и кольцевого уплотнения. Альтернативно могут быть использована скоба или фланец и кольцевое уплотнение. Это позволяет верхний флюидный модуль 1500 полностью удалять и заменять другим верхним флюидным модулем 1500, что позволяет производить ремонт компонентов вне рабочего тракта. Верхний флюидный модуль 1500 может иметь узел грязевой трубы с рабочим давлением 7500 фунтов на квадратный дюйм и внутренним диаметром 4 дюйма; с верхним уплотнением, содержащим грязесъемник, маслобойное кольцо, лабиринтное уплотнение и уплотнения смазочного масла для исключения проникновения грязи; и грязевую трубу с верхним доступом, с рабочим давлением 7500 фунтов на квадратный дюйм и внутренним диаметром 4 дюйма. Верхний флюидный модуль 1500 может дополнительно или альтернативно содержать любые другие компоненты, которые типично используют в качестве компонентов флюидной системы.

Модуль 1600 нижнего распределительного клапана скважины может быть быстро соединен с модулем 1100 основного корпуса или отсоединен от него с использованием одного или нескольких устройств соединения, описанных здесь выше. Например соединение может быть осуществлено с использованием разрезного кольца модуля 2000 замены предохранителя сменного шпинделя. Это позволяет модуль 1600 нижнего распределительного клапана скважины полностью удалять и заменять другим нижним модулем 1600 распределительного клапана скважины, что позволяет производить ремонт компонентов (компонентов нижнего модуля 1600 распределительного клапана скважины. - Прим. переводчика) вне рабочего тракта. Модуль 1600 нижнего распределительного клапана скважины может иметь шпоночный предохранитель сменного шпинделя, например модуль 2000 замены предохранителя сменного шпинделя, который может быть установлен на шпонке для быстрого удаления, что позволяет соединять множество сменных шпинделей с данной бурильной колонной. Дополнительно шпоночный предохранитель сменного шпинделя, например модуль 2000 замены предохранителя сменного шпинделя, позволяет осуществлять планируемые в дальнейшем и непредусмотренные соединения бурильной колонны. Предохранитель может иметь нижний распределительный клапан скважины с дистанционным управлением; гидравлический исполнительный механизм клапана; два нижних распределительных клапана скважины с ручным управлением; и соединительные зажимы. Примеры предохранителей сменного шпинделя и их характеристики приведены в заявке на патент США No. 11/405,940. Модуль 1600 нижнего распределительного клапана скважины может дополнительно или альтернативно содержать любые другие компоненты, которые типично используют в качестве компонентов системы нижнего управления скважиной.

Модуль 1700 сопряжения блока может быть быстро соединен с модулем 1100 основного корпуса или отсоединен от него с использованием одного или нескольких устройств соединения, описанных здесь выше. Например, соединение может быть выполнено с использованием штифта и паза или разрезного кольца. Это позволяет производить ремонт или инспекцию компонентов пути нагружения вне рабочего тракта. Модуль 1700 сопряжения блока может иметь четыре верхних связи; две связи с переходниками черпака; переходник блока; и четыре штыревых контакта тензодатчика. Модуль 1700 сопряжения блока может дополнительно или альтернативно содержать любые другие компоненты, которые типично используют в качестве компонентов системы блока. Модуль 1700 сопряжения блока может быть заменен на другой модуль сопряжения блока, например, при замене буровой установки.

Модуль 1900 системы охлаждения может быть быстро соединен с одним или несколькими следующими модулями (или отсоединен от них): модуль 1100 основного корпуса, модуль 1300 приводного двигателя и модуль 2100 рамы сопряжения системы отвода, с использованием одного или нескольких устройств соединения, описанных здесь выше. Это позволяет модуль 1900 системы охлаждения полностью удалять и заменять другим модулем 1900 системы охлаждения, что позволяет производить ремонт компонентов (компонентов модуля 1900 системы охлаждения) вне рабочего тракта. В соответствии с некоторыми вариантами модуль 1900 системы охлаждения может быть соединен шарнирно или иным образом с частью модульной системы верхнего привода, например, с модулем 2100 рамы сопряжения системы отвода, так что модуль 1900 системы охлаждения может быть повернут, например, в сторону удаления от модуля 1300 приводного двигателя, чтобы улучшить доступ к нему. Модуль 1900 системы охлаждения может иметь один или несколько циркуляционных насосов, например воздуходувку и/или насос, и один или несколько вентиляционных каналов. В соответствии с некоторыми вариантами один или несколько циркуляционных насосов и один или несколько вентиляционных каналов сами по себе могут быть модульными. В модуле 1900 системы охлаждения типично используют воздух для охлаждения. Однако следует иметь в виду, что вместо воздуха может быть использован и любой другой охладитель. Модуль 1900 системы охлаждения может дополнительно или альтернативно содержать любые другие компоненты, которые типично используют в качестве компонентов системы охлаждения.

Модуль 2100 рамы сопряжения системы отвода может быть особенно полезен при замене всей системы 1000 верхнего привода. Модуль 2100 рамы сопряжения системы отвода может иметь конфигурацию штырей, которая позволяет производить сопряжение с множеством различных направляющих трубных тележек и/или систем отвода, так что модуль 2100 рамы сопряжения системы отвода может быть использован на различных буровых установках. Модуль 2100 рамы сопряжения системы отвода также может иметь автоматическую систему смазки. Модуль 2100 рамы сопряжения системы отвода также может дополнительно или альтернативно содержать другие компоненты, например распределительные коробки, охлаждающие контуры, программируемые логические контроллеры, системы смазки, фильтры для систем смазки, и т.п., что позволяет осуществлять одновременно два вида работы при замене модулей модульной система верхнего привода в соответствии с настоящим изобретением. Модуль 2100 рамы сопряжения системы отвода может дополнительно или альтернативно содержать любые другие компоненты, которые типично используют в качестве компонентов узла рамы сопряжения системы отвода.

В соответствии с другими вариантами модульная система верхнего привода в соответствии с настоящим изобретением может быть выполнена как взаимозаменяемая система верхнего привода, которая содержит сдвоенные системы верхнего привода, такие как, например, система 1000 верхнего привода. Это позволяет операторам производить поиск неисправностей и/или выводить из рабочего тракта один верхний привод, при продолжении работы другого верхнего привода. Операторы могут производить замену всего верхнего привода. Каждый из верхних приводов может иметь постоянно введенные контуры обслуживания. Каждый верхний привод может быть выполнен с возможностью предварительного выбора конфигурации для различных видов бурения и/или для различных рабочих компоновок.

Другой вариант настоящего изобретения имеет отношение к различным конфигурациям модульной система верхнего привода. Например, в дополнение к примерному варианту системы 1000 верхнего привода, может быть образован другой вариант из следующих модулей верхнего привода: спаренные двигатели основного привода, быстрозаменяемый IВОР (LWCV), модуль 1400 манипулятора труб, модуль 1200 редуктора, система смазки и сменный гайковерт. Более того, с использованием принципов модульного конструирования системы верхнего привода, которые обсуждались здесь выше, специалисты в данной области могут предложить различные другие модульные конструкции системы верхнего привода, которые фактически содержат любое число модулей верхнего привода и которые подходят для различных операций бурения, обсадки и любых других манипуляций с трубами.

Некоторые варианты системы 1000 верхнего привода имеют систему охлаждения с двигателем. В соответствии с некоторыми вариантами система охлаждения может иметь модульные компоненты, например модуль 1900 системы охлаждения. Система охлаждения может быть системой охлаждения для одного или нескольких главных приводных двигателей. Она также может иметь вентиляционные каналы, введенные в опорную конструкцию верхнего привода, которая может иметь модульный или немодульный каркас (раму) и/или конструкции ограждения, так что вентиляционные каналы находятся внутри полых балок опорной конструкции. Один или несколько циркуляционных насосов могут быть соединены с одним или несколькими двигателями через коллектор и/или через систему вентиляционных каналов, так что любые один или несколько циркуляционных насосов могут охлаждать любой один и/или все двигатели. В системе охлаждения может циркулировать воздух или любой другой охладитель. Это создает избыточность в системе.

Возможны также варианты, в соответствии с которыми, например, система 1000 верхнего привода может иметь отдельные системы смазки для редуктора и для подшипников. Это исключает поступление любых продуктов износа из редуктора к подшипникам, которые потенциально могут их повредить. В системе смазки подшипников могут отсутствовать принудительная циркуляция и фильтрация, причем циркуляция может быть обеспечена за счет естественной конвекции и силы тяжести. На фиг.3 показан примерный вариант такой системы 2200 смазки подшипников. Система 2200 смазки подшипников может иметь отстойник 2210, связанный со стояком 2220, который соединен с резервуаром 2230. Смазка протекает между стояком 2220 и подшипниками 2240.

В системе смазки редуктора обладающие износом компоненты редуктора, которые загрязняют смазку, обычно требуют принудительной циркуляции и фильтрации. На фиг.4 показан примерный вариант такой системы 2300 смазки редуктора. Система 2300 смазки редуктора может иметь маслоотстойник 2310, каналы 2320 для смазки, один или несколько циркуляционных насосов (не показаны) и один или несколько фильтров (не показаны), которые служат для смазки контактной поверхности между входной шестерней 2330 и зубчатым колесом 2340 многопоточной зубчатой передачи. Когда используют множество циркуляционных насосов и/или фильтров, они могут быть выполнены так, чтобы создавать избыточность в системе.

В вариантах со сменными грязевыми трубами замена грязевой трубы может быть произведена очень быстро, так что простои сводятся к минимуму. Эта замена может быть осуществлена дистанционно при наличии автоматических средств замены.

Возможность замены различных модулей верхнего привода позволяет производить ремонт, техническое обслуживание, осмотр и/или изменение рабочей конфигурации вне рабочего тракта. Это позволяет уменьшить время простоя модульной системы верхнего привода, что приводит к снижению времени простоя всей буровой установки. Некоторые или все модули верхнего привода могут быть симметричными, что позволяет производить установку верхнего привода в нескольких местах.

Следовательно, настоящее изобретение позволяет решить поставленные задачи и обеспечить указанные здесь и другие преимущества. Несмотря на то, что были описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят, однако, за рамки формулы изобретения. Например, настоящее изобретение может быть использовано для работы как с бурильной трубой, так и с обсадной трубой, или с другими трубами.

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к способу и устройству для бурения скважин и перемещения труб. В изобретении предлагается система верхнего привода с множеством модулей верхнего привода, которые выполнены с возможностью быстрой замены. Модули верхнего привода могут иметь один или несколько следующих компонентов: модуль основного корпуса, модуль редуктора, модуль приводного двигателя, модуль манипулятора труб, верхний флюидный модуль, модуль нижнего распределительного клапана скважины, модуль сопряжения блока, модуль рамы сопряжения системы отвода, модуль системы охлаждения, модуль ограждения рабочего помоста и модуль замены предохранителя сменного шпинделя. Альтернативно верхний привод может иметь первый верхний привод и второй верхний привод, которые выполнены с возможностью быстрой замены. Позволяет производить ремонт, техническое обслуживание, осмотр и/или изменение рабочей конфигурации вне рабочего тракта, что приводит к снижению времени простоя всей буровой установки. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система верхнего привода, которая содержит:
верхний привод, содержащий множество модулей верхнего привода на рабочем тракте; и
заменяющий модуль верхнего привода, находящийся не на рабочем тракте; причем заменяющий модуль верхнего привода выполнен с возможностью взаимной замены с, по меньшей мере, одним из модулей верхнего привода на рабочем тракте.

2. Система верхнего привода по п.1, в которой верхний привод дополнительно содержит, по меньшей мере, один постоянно установленный контур обслуживания.

3. Система верхнего привода по п.1 или 2, в которой заменяющий модуль верхнего привода предварительно сконфигурирован для другого вида бурения, чем, по меньшей мере, один из множества модулей верхнего привода на рабочем тракте.

4. Система верхнего привода, которая содержит:
верхний привод, содержащий один или более модулей верхнего привода;
множество циркулирующих насосов, адаптированных для охлаждения верхнего привода; и
общий вентиляционный канал, попарно соединенный с каждым множеством циркуляционных насосов, при этом общий вентиляционный канал проходит через опорную конструкцию верхнего привода и выполнен с возможностью непрерывного охлаждения при помощи, по меньшей мере, одного не отказавшего циркуляционного насоса при отказе одного из множества циркуляционных насосов.

5. Система верхнего привода по п.4, в которой один или более модулей верхнего привода находится на рабочем тракте, и заменяющий модуль верхнего привода находится не на рабочем тракте, причем заменяющий модуль верхнего привода выполнен с возможностью взаимной замены с, по меньшей мере, одним из модулей верхнего привода на рабочем тракте.

6. Система верхнего привода по п.4, в которой один или более модулей верхнего привода на рабочем тракте выбраны из группы, в которую входят модуль основного корпуса, модуль редуктора, модуль приводного двигателя, модуль манипулятора труб, верхний флюидный модуль, модуль нижнего распределительного клапана скважины, модуль сопряжения блока, модуль рамы сопряжения системы отвода, модуль системы охлаждения, модуль ограждения рабочего помоста и модуль замены предохранителя сменного шпинделя.

7. Система верхнего привода по п.4, которая дополнительно содержит систему смазки редуктора и систему смазки подшипников, причем система смазки редуктора и система смазки подшипников являются раздельными.

8. Система верхнего привода по п.7, в которой циркуляция смазки в системе смазки подшипников осуществляется при помощи конвекции.

9. Система верхнего привода по любому из пп.4, 5 или 6, которая дополнительно содержит множество взаимозаменяемых грязевых труб.

10. Система верхнего привода по п.8, в которой грязевые трубы сконфигурированы с возможностью их дистанционной замены с использованием автоматических средств быстрой замены.

11. Система верхнего привода по п.4, которая дополнительно содержит модуль рамы сопряжения системы отвода, который имеет конфигурацию штырей, позволяющую производить сопряжение с различными системами отвода.

12. Способ повышения эффективности бурения, который включает в себя: использование верхнего привода, содержащего множество модулей верхнего привода, где первый из указанного множества модулей верхнего привода находится на рабочем тракте, а второй из указанного множества модулей верхнего привода находится вне рабочего тракта;
замену первого модуля верхнего привода на второй модуль верхнего привода, так что второй модуль верхнего привода будет находиться на рабочем тракте, а первый модуль верхнего привода будет находиться вне рабочего тракта, при этом один из первых модулей верхнего привода выполнен с возможностью взаимной замены с одним из вторых модулей верхнего привода.

13. Способ по п.12, в котором верхний привод содержит, по меньшей мере, один постоянно установленный контур обслуживания.

14. Способ по п.12, в котором первый модуль верхнего привода и второй модуль верхнего привода выбраны из группы, в которую входят модуль основного корпуса, модуль приводного двигателя, модуль манипулятора труб, верхний флюидный модуль, модуль нижнего распределительного клапана скважины, модуль сопряжения блока, модуль рамы сопряжения системы отвода, модуль системы охлаждения, модуль ограждения рабочего помоста и модуль замены предохранителя сменного шпинделя.

15. Способ по п.12, который дополнительно предусматривает использование, по меньшей мере, одного дополнительного модуля верхнего привода, который имеет ту же функцию, что и один из первых модулей верхнего привода на рабочем тракте, и продолжает работать при отказе первого модуля верхнего привода.

16. Способ по п.12, в котором множество модулей верхнего привода выбирают из группы, в которую входят модуль основного корпуса, модуль редуктора, модуль приводного двигателя, модуль манипулятора труб, верхний флюидный модуль, модуль нижнего распределительного клапана скважины, модуль сопряжения блока, модуль рамы сопряжения системы отвода, модуль системы охлаждения, модуль ограждения рабочего помоста и модуль замены предохранителя сменного шпинделя.

17. Способ по п.12, который дополнительно предусматривает ремонт первого модуля верхнего привода после его выхода из рабочего тракта.

18. Способ по п.12, который дополнительно предусматривает инспектирование первого модуля верхнего привода после его вывода из рабочего тракта.

19. Способ по п.12, который дополнительно предусматривает техническое обслуживание первого модуля верхнего привода после его вывода из рабочего тракта.

20. Способ по п.12, который дополнительно предусматривает диагностирование первого модуля верхнего привода после его вывода из рабочего тракта.

21. Способ по п.12, который дополнительно предусматривает проведение двух видов работы одновременно на одном или нескольких модулях верхнего привода.

22. Способ по п.12, который дополнительно включает третий модуль верхнего привода на рабочем тракте, который может работать, когда первый и второй модули верхнего привода не работают.