УСТАНОВКА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ НЕПРЕРЫВНУЮ ЦИРКУЛЯЦИЮ БУРОВОГО РАСТВОРА ВО ВРЕМЯ БУРОВЫХ РАБОТ Российский патент 2017 года по МПК E21B19/16 E21B21/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Раскрывается циркуляционный блок, а также установка, обеспечивающая непрерывную циркуляцию бурового раствора во время непрерывного бурения, в которой указанный циркуляционный блок расположен между верхним и нижним роторными блоками, при этом циркуляционный блок и роторные блоки выполнены с возможностью перемещения по направляющей в вертикальном направлении.

Уровень техники

В нефте- и газодобывающей промышленности известны способы обеспечения циркуляции бурового раствора в скважине во время наращивания колонны бурильных труб. Патентный документ № 326427 раскрывает систему, в которой бурильная машина с верхним приводом и полым приводным валом соединяется со шлюзовой камерой, снабженной уплотнениями, которые окружают трубу, при этом буровой раствор направляется поочередно через приводной вал и первую точку входа, когда непрерывная колонна бурильных труб соединяется с бурильной машиной, и через шлюзовую камеру и вторую точку входа, когда верхний конец колонны труб расположен в шлюзовой камере и готовится к соединению с новой секцией трубопровода.

Недостаток известного технического решения согласно № 326427 заключается в том, что вращение колонны труб прекращается, когда ее нужно нарастить. Специалистам в данной области известно, что продолжение вращения колонны труб является предпочтительным как для уменьшения опасности прихвата колонны труб, так и для повышения производительности, например для увеличения скорости бурения, благодаря тому, что фактическая операция бурения не прекращается во время наращивания колонны бурильных труб.

Из документа № 20100123 известна установка, в которой между первой бурильной машиной с верхним приводом и скважиной расположена вторая бурильная машина, снабженная роторным столом, который служит опорой для веса колонны труб, при этом роторный привод обеспечивает непрерывное вращение колонны труб, и жидкостной камерой, которая предназначена для обеспечения гидравлического соединения концевой части колонны труб с системой подачи бурового раствора, при этом жидкостная камера снабжена отверстиями для колонны труб, содержащими устройства, которые герметично закрывают указанные отверстия для колонны труб, а вторая бурильная машина также снабжена приводным ключом, который предназначен для соединения элемента с колонной труб или отсоединения элемента от колонны труб, при этом указанный приводной ключ установлен в жидкостной камере. Недостаток этой установки заключается в том, что роторный привод непосредственно связан с жидкостной камерой (шлюзовой камерой), а приводной ключ установлен в жидкостной камере. Поэтому настройку приводного ключа в соответствии с размером устанавливаемой трубы приходится осуществлять в жидкостной камере.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является устранение или уменьшение по меньшей мере одного из недостатков уровня техники или, по меньшей мере, обеспечение полезной альтернативы уровню техники.

Эта цель достигнута за счет установки, раскрытой в нижеприведенном описании и в прилагаемой формуле изобретения.

Используемый далее термин "колонна бурильных труб" используется в качестве собирательного термина для обозначения всех типов колонн труб, которые путем вращения концевой части формируют в грунте скважину при помощи соответствующих бурильных элементов, размалывая материал породы, а поступающий буровой раствор обратным потоком выносит размолотый материал породы из скважины на поверхность.

Если однозначно не указано иного, термин "труба" используется в качестве собирательного термина для обозначения отдельных труб, трубных секций, состоящих из нескольких отдельных труб, колонны труб, образованной соединением нескольких отдельных труб, которые можно свинтить вместе, или нескольких трубных секций. Термин "трубы" может также включать в себя, так называемые «предохранительные переводники», которые используются для соединения между колонной труб и роторным блоком и могут служить для подачи бурового раствора в колонну труб.

Обеспечен циркуляционный блок, предназначенный для подачи бурового раствора через открытый верхний конец колонны труб. Циркуляционный блок выполнен в виде корпуса с центральным каналом, проходящим сквозь него. На обоих концах корпуса расположен уплотнительный элемент, выполненный с возможностью вращения и предназначенный для плотного охватывания участка трубы. Каждый из вращающихся уплотнительных элементов предназначен для закрытия соответствующего конца центрального канала, когда труба проходит через уплотнительный элемент, а также когда уплотнительный элемент не окружает трубу, например, под действием внутреннего гидравлического давления, приложенного к уплотнительному элементу посредством подключенного компрессора. Внутри уплотнительных элементов, иными словами, в направлении внутренней части корпуса расположена выполненная с возможностью вращения пакерная труба, герметично присоединенная к торцевой поверхности уплотнительного элемента и окруженная пакером, который упирается в часть периферии пакерной трубы и образует уплотняющий барьер между камерой, и опорой и наружной боковой поверхностью уплотнительного элемента. Благодаря этому, предотвращается поступление бурового раствора в каналы подачи рабочей жидкости, окружающие периферию уплотнительных элементов, и его смешивание с рабочей жидкостью, которая, предпочтительно, также используется в качестве смазки для опоры уплотнительного элемента. Пакер обычно представляет собой, так называемое «уплотнение промывной трубы», которое сохраняет свою уплотняющую функцию даже в том случае, когда пакерная труба вращается, а буровой раствор находится под высоким давлением. Опорная поверхность на пакерной трубе обычно является очень гладкой, поэтому пакер может в течение длительного времени опираться на вращающуюся пакерную трубу без существенного износа.

Корпус разделен на две камеры посредством запорного клапана, который в открытом положении образует центральное отверстие, соединяющее две указанные камеры, а в закрытом положении образует герметичную перегородку между указанными камерами. Запорный клапан, например, может представлять собой шаровой клапан, ось поворота которого расположена перпендикулярно центральной оси циркуляционного блока.

Каждая из двух камер содержит канал для входа бурового раствора, соединенный с системой подачи бурового раствора при помощи первого и второго трубопроводов для бурового раствора, и связанную с ними систему клапанов для направления бурового раствора в соответствующую камеру, а также, возможно, для обеспечения дренажа камеры.

Третий трубопровод для бурового раствора, который соединяется с указанной системой подачи бурового раствора и системой клапанов, соединяется также с предохранительным переводником, который предназначен для соединения с верхним концом трубы, чтобы направлять буровой раствор в трубу. Предохранительный переводник установлен с возможностью вращения относительно третьего трубопровода для бурового раствора. Предохранительный переводник содержит, по меньшей мере, верхнюю часть, которая подходит для того, чтобы служить опорой для трубного ключа при соединении и отсоединении труб.

В профессиональных кругах циркуляционный блок называют также блоком непрерывного бурения и циркуляции (CDU, от англ. continuous-drilling and circulation unit, CDU).

Установка обеспечивает непрерывную циркуляцию бурового раствора также во время непрерывного вращения колонны бурильных труб. В рабочем положении циркуляционный блок согласно изобретению расположен таким образом, чтобы его центральная ось совпадала с центральной осью бурения и проходила между первым и вторым роторными блоками. При помощи привода циркуляционный блок и два роторных блока могут перемещаться вертикально по соответствующим направляющим. Циркуляционный блок и по меньшей мере один из роторных блоков могут перемещаться вертикально независимо друг от друга.

Каждый из роторных блоков обычно содержит трубный ключ, который установлен с возможностью вращения и может охватывать часть трубы, удерживая ее в неподвижном положении, подвешивающее устройство, обычно выполненное в виде шлипсового узла известного типа, предназначенного для упора в обращенный вниз выступ трубной соединительной муфты или т.п., и поворотную опору, которая предназначена для поддерживания трубного ключа и/или подвешивающего устройства. Поворотный трубный ключ снабжен приводом вращения.

Операцию бурения с непрерывной циркуляцией бурового раствора и непрерывным вращением бурильной колонны согласно изобретению обычно может выполнять следующим образом:

1. В первой фазе последовательности бурения происходит следующее:

a) Верхний конец колонны бурильных труб выступает из циркуляционного блока. Третий трубопровод для бурового раствора при помощи предохранительного переводника соединяют с верхним концом колонны бурильных труб.

b) Буровой раствор подают в центральный канал колонны бурильных труб через предохранительный переводник.

c) Верхний роторный блок продолжает вращать колонну бурильных труб.

d) Верхний и нижний уплотнительные элементы открываются, и колонна бурильных труб свободно перемещается относительно циркуляционного блока.

e) Верхний роторный блок и колонна бурильных труб перемещаются вниз в соответствии с достигнутой скоростью проходки.

2. Во второй фазе последовательности бурения происходит следующее:

a) Циркуляционный блок и нижний роторный блок перемещаются вверх к верхнему роторному блоку.

b) Верхний конец колонны бурильных труб и нижняя часть предохранительного переводника перемещаются в циркуляционный блок, при этом верхний конец колонны бурильных труб оказывается в нижней камере.

c) Колонна бурильных труб захватывается нижним роторным блоком, который осуществляет вращение бурильной колонны. Предохранительный переводник остается подвешенным в верхнем роторном блоке. Уплотнительные элементы смыкаются вокруг вращающейся колонны бурильных труб и предохранительного переводника, соответственно.

d) Буровой раствор подается в нижнюю камеру через нижнее входное отверстие. Предохранительный переводник отсоединяется от колонны бурильных труб, при этом верхний роторный блок удерживает предохранительный переводник, в то время как нижний роторный блок вращает колонну бурильных труб. Предохранительный переводник выходит из нижней камеры, запорный клапан закрывается, и подача бурового раствора через предохранительный переводник прекращается.

e) Верхний уплотнительный элемент открывается, и предохранительный переводник выходит из циркуляционного блока.

f) Операция бурения выполняется при помощи нижнего роторного блока, циркуляционный блок вращается и перемещается, а подача бурового раствора осуществляется через нижнюю камеру, изолированную от окружающей среды при помощи закрытого запорного клапана и нижнего уплотнительного элемента, который плотно охватывает часть колонны бурильных труб.

3. В третьей фазе последовательности бурения происходит следующее:

a) Следующая труба, подлежащая соединению с колонной бурильных труб, перемещается к центральной оси бурения при помощи манипулятора или т.п. и удерживается там в неподвижном положении.

b) Верхний роторный блок вращает предохранительный переводник для его соединения с верхним концом трубы.

c) Нижний конец трубы вводится в циркуляционный блок, при этом верхний уплотнительный элемент является открытым.

d) Верхний уплотнительный элемент смыкается вокруг трубы.

e) Буровой раствор подается в верхнюю камеру через предохранительный переводник, возможно, через верхнее входное отверстие, запорный клапан открывается, при этом подача бурового раствора через нижнее входное отверстие прекращается, поскольку буровой раствор поступает в колонну бурильных труб из верхней камеры и через открытый запорный клапан.

f) Верхний роторный блок перемещает трубу во время вращения, чтобы соединить ее с колонной бурильных труб, при этом указанная труба вращается быстрее, чем колонна бурильных труб.

g) Буровой раствор подается в колонну бурильных труб через предохранительный переводник. Уплотнительные элементы открываются, возможно, после дренажа камер циркуляционного блока.

Операция бурения продолжается путем повторения шагов 1a)-3g).

Операцию бурения можно также осуществить с вариантами, которые несколько отклоняются от описанного выше, но без расхождений с объемом изобретения.

Значительное упрощение функционирования и технического обслуживания систем для непрерывной циркуляции бурового раствора во время непрерывного вращения колонны бурильных труб заключается в том, что все компоненты, которые обеспечивают вращение и подвешивание труб или колонны труб, расположены за пределами циркуляционного блока. Любую замену компонентов в связи с техническим обслуживанием или настройкой на другой размер трубы можно производить без вмешательства в циркуляционный блок.

Установка согласно изобретению имеет гораздо более высокую степень гибкости, если буровой раствор непрерывно циркулирует во время непрерывного вращения колонны бурильных труб, при этом верхний роторный блок можно перемещать независимо от нижнего роторного блока и циркуляционного блока. Дополнительную гибкость можно обеспечить, благодаря возможности перемещения нижнего блока независимо от циркуляционного блока.

В первом аспекте изобретение относится более конкретно к циркуляционному блоку для установки, обеспечивающей непрерывную циркуляцию бурового раствора во время бурения, в котором

- предусмотрен корпус с центральным каналом, предназначенным для размещения в нем части трубы;

- указанный центральный канал ограничен верхним и нижним кольцевыми уплотнительными элементами, которые опираются на корпус с возможностью вращения;

- уплотнительные элементы имеют центральное отверстие, которое, при расширении указанных уплотнительных элементов, может закрываться или плотно прилегать к трубе, при этом внутренняя уплотняющая поверхность упирается в трубу; и

- запорный клапан в закрытом положении образует герметичную перегородку между верхней камерой и нижней камерой в корпусе, отличающемуся тем, что

- каждый из уплотнительных элементов герметично соединяется с выполненной с возможностью вращения пакерной трубой, выступающей в соответствующую камеру и окруженную пакером, который плотно прилегает к периферии пакерной трубы и к корпусу.

Уплотнительный элемент может быть образован расширяемой полостью, которая сообщается по текучей среде с каналом подачи рабочей жидкости через несколько проточных каналов и кольцевой зазор, окружающий уплотнительный элемент.

Между пакером и уплотнением для рабочей жидкости, которое ограничивает кольцевой зазор, окружающий уплотнительный элемент, может быть предусмотрен дренажный канал пакера.

Пакерная труба может быть соединена с уплотнительным элементом при помощи опорного кольца, которое герметично прилегает к торцевым поверхностям уплотнительного элемента.

Во втором аспекте изобретение относится более конкретно к установке, обеспечивающей непрерывную циркуляцию бурового раствора во время непрерывного бурения, в которой циркуляционный блок, как описано выше, расположен между верхним и нижним роторными блоками, причем циркуляционный блок и роторные блоки установлены с возможностью перемещения в вертикальном направлении по направляющей, отличающейся тем, что

- по меньшей мере верхний роторный блок установлен с возможностью перемещения независимо от циркуляционного блока;

- циркуляционный блок содержит корпус, имеющий центральный канал, предназначенный для размещения в нем части трубы;

- центральный канал ограничен верхним и нижним кольцевыми уплотнительными элементами, которые опираются на корпус; и

- уплотнительные элементы имеют центральное отверстие, которое при расширении указанных уплотнительных элементов может закрываться или плотно прилегает к трубе, упираясь в трубу внутренней поверхностью.

Любое вращение колонны бурильных труб и любое вращение трубы во время соединения с колонной бурильных труб или отсоединения от колонны бурильных труб можно обеспечить при помощи поворотных трубных ключей, которые расположены снаружи корпуса циркуляционного блока.

Нижний роторный блок и циркуляционный блок могут быть снабжены общим линейным приводом, который предназначен для синхронного линейного перемещения указанного роторного блока и циркуляционного блока по направляющей буровой установки.

Корпус может быть снабжен запорным клапаном, который в закрытом положении образует герметичную перегородку между верхней камерой и нижней камерой.

Запорный клапан может представлять собой шаровой клапан, ось поворота которого перпендикулярна центральной оси корпуса, а центральное отверстие которого в открытом положении запорного клапана образует часть центрального канала циркуляционного блока.

Циркуляционный блок может содержать верхнюю камеру и нижнюю камеру, каждая из которых соединяется с системой подачи бурового раствора при помощи отдельных закрываемых каналов для бурового раствора, соединенных с системой клапанов.

Предохранительный переводник может быть соединен с возможностью вращения с закрываемым каналом для бурового раствора, который, в свою очередь, соединяется с системой подачи бурового раствора при помощи системы клапанов.

Торцевая поверхность каждого из уплотнительных элементов может иметь герметичное соединение с пакерной трубой, которая установлена с возможностью вращения и входит в верхнюю камеру и нижнюю камеру корпуса, соответственно, и окружена пакером, который плотно примыкает к периферии пакерной трубы и упирается в корпус.

Краткое описание чертежей

Ниже приведен пример предпочтительного варианта осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг. 1 показан осевой разрез циркуляционного блока согласно изобретению;

на фиг. 2 в уменьшенном масштабе показан вид сбоку установки согласно изобретению, в которой колонна бурильных труб вращается верхним роторным блоком, а буровой раствор подается через предохранительный переводник, соединенный с колонной бурильных труб, в то время как циркуляционный блок и нижний роторный блок перемещаются вертикально к верхнему роторному блоку;

на фиг. 3 показана принципиальная схема установки согласно изобретению в осевом разрезе через циркуляционный блок, при этом верхний конец колонны бурильных труб расположен в нижней камере циркуляционного блока, а предохранительный переводник отсоединен от колонны бурильных труб и его нижний конец расположен в верхней камере, колонна бурильных труб вращается нижним роторным блоком, и буровой раствор подается через нижнюю камеру циркуляционного блока; и

на фиг. 4 показана колонна бурильных труб, вращение которой продолжается при помощи нижнего роторного блока, а предохранительный переводник выдвинут из циркуляционного блока.

Подробное раскрытие изобретения

На буровой установке 1 верхний и нижний роторные блоки 2, 2' и циркуляционный блок 3 выполнены с возможностью вертикального перемещения по направляющим 11, 11'. Направляющие 11, 11' могут быть совмещенными или раздельными. Вертикальное перемещение обеспечивается при помощи линейных приводов 25, 25', которые, благодаря их соединению с направляющими 11, 11', обычно - при помощи зубчатых колес, которые входят в зацепление с зубчатыми частями (не показаны) направляющих 11, 11', могут принудительно приводить в действие соответствующие роторные блоки 2, 2' и циркуляционный блок 3 независимо от сил, действующих на блоки 2, 2', 3 через присоединенные элементы, например, от давления в скважине.

Вначале, рассмотрим, в частности, фиг. 2. Система 4 подачи бурового раствора содержит систему 44 клапанов, первый и второй трубопроводы 41, 42 для бурового раствора, соответственно соединенные с верхним и нижним каналами 35, 35', предусмотренными в циркуляционном блоке 3, и третий трубопровод 43 для бурового раствора, соединенный с предохранительным переводником 431 при помощи поворотного соединителя (вертлюг) 431а, таким образом, предохранительный переводник 431 может вращаться вокруг своей центральной оси независимо от присоединения трубопровода 43 для бурового раствора. Трубопроводы 41, 42, 43 для бурового раствора соединяются с системой 44 клапанов, поэтому поток бурового раствора в одном из трубопроводов 41, 42, 43 для бурового раствора можно регулировать независимо от потока бурового раствора в каждом из остальных трубопроводов 41, 42, 43 для бурового раствора.

Колонна 5 бурильных труб, которая выполнена известным способом из нескольких труб или трубных секций 51, 51', проходит в скважину (не показана), при этом ее центральная ось совпадает с центральной осью WC бурения.

Предохранительный переводник 431 может быть соединен с верхним концом 51а, 51а' трубы.

Рассмотрим теперь фиг. 1. Циркуляционный блок 3 содержит корпус 31, который посредством запорного клапана 34 разделен на верхнюю и нижнюю камеры 311, 312. Запорный клапан 34, который, для практических целей, может представлять собой шаровой клапан с осью поворота, перпендикулярной центральной оси корпуса 31, в своем открытом положении обеспечивает центральное отверстие 341, которое совпадает с центральным каналом 313, проходящим через весь корпус 31. На концах корпуса 31 расположены, соответственно, верхний и нижний уплотнительные элементы 32, 32' с закрываемым отверстием 321, которое при подаче рабочей жидкости из напорного блока (не показан) во внутреннюю полость 329 пакера, может расширяться в радиальном направлении до тех пор, пока внутренняя уплотняющая поверхность 324 герметично не упрется в окружаемую часть колонны 5 бурильных труб, труб 51, 51' или предохранительного переводника 431, или, если уплотнительный элемент 32, 32' не окружает колонну 5 бурильных труб, трубу 51, 51' или предохранительный переводник 431, до полного закрытия центрального отверстия 321. Рабочая жидкость подается к уплотнительным элементам 32, 32' из системы подачи рабочей жидкости (не показана) по каналу 326 и кольцевому зазору 327, окружающему уплотнительные элементы 32, 32'. Предусмотрено несколько каналов 328, расположенных между полостью 329 пакера и кольцевым зазором 327. В осевом направлении кольцевой зазор 327 герметично закрывается несколькими уплотнениями 320, непроницаемыми для рабочей жидкости.

Уплотнительные элементы 32, 32' упираются в корпус 31 с возможностью вращения вокруг центральной оси центрального канала 313, при этом опоры 323 расположены между опорными кольцами 32а, в которых установлены, соответственно, уплотнительные элементы 32, 32', а корпус 31 принимает на себя напряжения в радиальном и осевом направлениях. Торцевые поверхности 325 каждого из уплотнительных элементов 32, 32' герметично прилегают к опорному кольцу 32а. Из опорного кольца 32а пакерная труба 331, которая плотно прилегает торцевой частью к опорному кольцу 32а и вращается вместе с опорным кольцом 32а и уплотнительным элементом 32 и 32', соответственно, входит в соответствующую камеру 311, 312. Пакерная труба 331 окружена, соответственно, верхним и нижним пакерами 33, 33' такого типа, которые позволяют вращаться пакерной трубе 331 без какого-либо заметного ухудшения уплотняющей функции, например, так называемыми «уплотнениями для промывных труб». Это предотвращает проникновение бурового раствора через опору 323 уплотнительных элементов 32, 32' в кольцевой зазор 327 и смешивание с рабочей жидкостью, которая подается к уплотнительным элементам 32, 32'. Для дополнительного предотвращения такого смешивания бурового раствора и рабочей жидкости корпус 31 снабжен дренажными каналами 332 пакера, которые обеспечивают дренаж любой утечки бурового раствора из корпуса 31.

Внутреннее давление уплотнительных элементов 32, 32' может быть адаптировано к давлению бурового раствора, которое отражает действующее давление в скважине.

В нижней концевой части корпус 31 также снабжен нижним пакером 36, который, расширяясь, обеспечивает закрытие центрального канала 313. Корпус снабжен дренажным отверстием 37, которое расположено над нижним пакером 36.

Роторные блоки 2, 2' содержат установленный с возможностью вращения трубный ключ 21, 21' с приводом вращения 23, 23' и подвешивающее устройство 22, 22', обычно в виде шлипсового узла.

В одном из вариантов осуществления циркуляционный блок 3 соединяется с нижним роторным блоком 2', как показано на фиг. 2-4. Однако циркуляционный блок 3 может быть также независимым от указанного нижнего роторного блока 2'.

Операцию непрерывного бурения с использованием установки согласно изобретению можно осуществить следующим образом.

В первой фазе последовательности бурения верхний конец колонны 5 бурильных труб проходит через циркуляционный блок 3. Третий трубопровод 43 для бурового раствора при помощи предохранительного переводника 431 соединяется с верхним концом 51а колонны 5 бурильных труб. Буровой раствор подается в центральный канал колонны 5 бурильных труб через предохранительный переводник 431. Вращение колонны 5 бурильных труб обеспечивается верхним роторным блоком 2. Верхний и нижний уплотнительные элементы 32, 32' являются открытыми, и колонна 5 бурильных труб свободно перемещается относительно циркуляционного блока 3. Верхний роторный блок 2 и колонна 5 бурильных труб перемещаются вниз в соответствии с достигнутой скоростью проходки.

Во второй фазе последовательности бурения циркуляционный блок 3 и нижний роторный блок 2' перемещаются вверх к верхнему роторному блоку 2. Верхний конец 51а колонны 5 бурильных труб и нижняя часть 431а предохранительного переводника 431 перемещаются в циркуляционный блок 3, при этом верхний конец 51а колонны 5 бурильных труб входит в нижнюю камеру 312. Колонну 5 бурильных труб захватывает нижний роторный блок 2', который осуществляет ее вращение. Предохранительный переводник 431 остается подвешенным в верхнем роторном блоке 2. Уплотнительные элементы 32, 32' смыкаются вокруг вращающейся колонны 5 бурильных труб и предохранительного переводника 431, соответственно. Буровой раствор подается в нижнюю камеру 312 по нижнему каналу 35'. Предохранительный переводник 431 отсоединяется от колонны 5 бурильных труб верхним роторным блоком 2, который удерживает предохранительный переводник 431, в то время как нижний роторный блок 2' вращает колонну 5 бурильных труб. Предохранительный переводник 431 выводится из нижней камеры 312, запорный клапан 34 закрывается, и подача бурового раствора через предохранительный переводник 431 прекращается. Верхний уплотнительный элемент 32 открывается, и предохранительный переводник 431 выводится из циркуляционного блока 3. Остатки бурового раствора могут быть слиты через верхний канал 35. Операция бурения продолжается, благодаря вращению и перемещению нижнего роторного блока 2' и циркуляционного блока 3, при этом подача бурового раствора продолжается через нижнюю камеру 312, которая остается закрытой относительно окружающей формации при помощи закрытого запорного клапана 34 и нижнего уплотнительного элемента 32', который плотно охватывает часть колонны 5 бурильных труб.

В третьей фазе последовательности бурения следующая труба 51', которую требуется присоединить к колонне 5 бурильных труб, посредством манипулятора (не показан) или чего-либо подобного, подводится к центральной оси WC бурения и фиксируется в этом положении. Верхний роторный блок 2 вращает предохранительный переводник 431 для соединения его с верхним концом 51а труба 51'. Нижний конец 51b трубы 51' вводится в циркуляционный блок 3, в то время как верхний уплотнительный элемент 32 открывается. Верхний уплотнительный элемент 32 смыкается вокруг трубы 51'. Буровой раствор подается в верхнюю камеру 311 через предохранительный переводник 431, запорный клапан 34 открывается, и подача бурового раствора по нижнему каналу 35' прекращается, поскольку буровой раствор поступает в колонну 5 бурильных труб из верхней камеры 311 и через открытый запорный клапан 34. Верхний роторный блок 2 при вращении перемещает трубу 51' для ее соединения с колонной 5 бурильных труб, при этом труба 51' вращается быстрее, чем колонна 5 бурильных труб. Буровой раствор подается в колонну 5 бурильных труб через предохранительный переводник 431. Уплотнительные элементы 32, 32' открываются, возможно, после опорожнения камер 311, 312 циркуляционного блока 3 через верхний канал 35 и дренажное отверстие 37, соответственно.

Операция бурения продолжается путем повторения фазы 1, при этом происходит последовательное присоединение новых труб 51', в то время как колонна 5 бурильных труб углубляется в грунт.

При помощи установки согласно изобретению обеспечивается простая система для непрерывной подачи бурового раствора во время бурения, при этом бурение можно выполнять как непрерывный процесс. Используемые центральные блоки являются несложными, поскольку каждый из них должен выполнять только одну основную функцию, а именно:

a) Первый роторный блок 2 обеспечивает подвешивание, вращение и вертикальное перемещение колонны 5 бурильных труб или трубы 51, 51', соединенной с предохранительным переводником 431.

b) Второй роторный блок 2' обеспечивает подвешивание, вращение и вертикальное перемещение колонны 5 бурильных труб.

c) Циркуляционный блок 3 обеспечивает герметичное подвижное соединение между системой 4 подачи бурового раствора и вращающейся колонной 5 бурильных труб вместе с предохранительным переводником 431 для подачи бурового раствора, чередуя между подачей непосредственно в колонну 5 бурильных труб и подачей через следующую трубу 51, 51' в фазе соединения.

Циркуляционный блок 3 согласно изобретению обеспечивает экологически безопасное обращение с буровым раствором, поскольку остатки бурового раствора могут быть дренированы из циркуляционного блока до отвода уплотнительных элементов 32, 32' от колонны 5 бурильных труб и т.п. Пакеры 33, 33' циркуляционного блока 3 также обеспечивают повышение долговечности роторных опор 323 и т.п., благодаря тому, что рабочая жидкость, которая обычно служит смазкой для указанных опор, не загрязняется буровым раствором, поскольку предотвращается попадание бурового раствора в канал 327, 328 подачи рабочей жидкости.

Используя циркуляционный блок 3, единственной задачей которого является обеспечение подачи бурового раствора в колонну 5 бурильных труб, в то время как вращение, подвешивание и вертикальное перемещение колонны бурильных труб и трубы выполняется роторными блоками 2, 2', настроить установку на другие размеры труб можно более рационально, поскольку не требуется вмешательства в закрытый циркуляционный блок 3, когда приходится заменять захватные элементы и т.п. в поворотных трубных ключах 21, 21' и подвешивающих устройствах 22, 22'.

Циркуляционный блок 3 отделен от нижнего роторного блока 2' и снабжен отдельным линейным приводом (не показан) для вертикального перемещения циркуляционного блока 3 независимо от нижнего роторного блока 2', что позволяет получить дополнительные достоинства вследствие большей функциональной свободы во время непрерывного бурения с непрерывной циркуляцией бурового раствора.

Группа изобретений относится к установке, обеспечивающей непрерывную циркуляцию бурового раствора во время бурения, и к циркуляционному блоку для указанной установки. Технический результат заключается в обеспечении непрерывной циркуляции бурового раствора во время бурения, упрощении функционирования и технического обслуживания, предотвращении смешивания бурового раствора с рабочей жидкостью, подающейся к уплотнительным элементам. В циркуляционном блоке корпус содержит центральный канал, предназначенный для размещения в нем части трубы; центральный канал ограничен верхним и нижним кольцевыми уплотнительными элементами, которые опираются на корпус с возможностью вращения; уплотнительные элементы имеют центральное отверстие, которое, при расширении указанных уплотнительных элементов, выполнено с возможностью закрываться или плотно охватывать трубу, упираясь внутренней уплотняющей поверхностью в трубу; и запорный клапан в закрытом положении образует герметичную перегородку между верхней и нижней камерами в корпусе. Каждый из уплотнительных элементов герметично соединен с выполненной с возможностью вращения пакерной трубой, выступающей в соответствующую камеру и окруженной пакером, который плотно прилегает к периферии пакерной трубы и к корпусу. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Циркуляционный блок (3) для установки, обеспечивающей непрерывную циркуляцию бурового раствора во время бурения, в котором:

корпус (31) содержит центральный канал (313), предназначенный для размещения в нем части трубы (5, 51, 51', 431);

центральный канал (313) ограничен верхним и нижним кольцевыми уплотнительными элементами (32, 32'), которые опираются на корпус (31) с возможностью вращения;

уплотнительные элементы (32, 32') имеют центральное отверстие (321), которое, при расширении указанных уплотнительных элементов (32, 32'), выполнено с возможностью закрываться или плотно охватывать трубу (5, 51, 51', 431), упираясь внутренней уплотняющей поверхностью (324) в трубу (5, 51, 51', 431); и

запорный клапан (34) в закрытом положении образует герметичную перегородку между верхней и нижней камерами (311, 312) в корпусе (31), отличающийся тем, что

каждый из уплотнительных элементов (32, 32') герметично соединен с выполненной с возможностью вращения пакерной трубой (331), выступающей в соответствующую камеру (311, 312) и окруженной пакером (33 и 33', соответственно), который плотно прилегает к периферии пакерной трубы (331) и к корпусу (31).

2. Циркуляционный блок (3) по п. 1, отличающийся тем, что уплотнительный элемент (32, 32') содержит расширяемую полость (329), сообщающуюся по текучей среде с каналом (326) для рабочей жидкости посредством нескольких проточных каналов (328) и кольцевого зазора (327), окружающего уплотнительный элемент (32, 32').

3. Циркуляционный блок (3) по п. 1, отличающийся тем, что между пакером (33, 33') и уплотнением (320) для рабочей жидкости, ограничивающим кольцевой зазор (327), который окружает уплотнительный элемент (32, 32'), предусмотрен дренажный канал (332) пакера.

4. Циркуляционный блок (3) по п. 1, отличающийся тем, что пакерная труба (331) соединена с уплотнительным элементом (32, 32') при помощи опорного кольца (32а), которое герметично прилегает к торцевым поверхностям (325) уплотнительного элемента (32, 32').

5. Установка, обеспечивающая непрерывную циркуляцию бурового раствора во время непрерывного бурения, в которой циркуляционный блок (3) по любому из пп. 1-4 расположен между верхним и нижним роторными блоками (2, 2'), при этом циркуляционный блок (3) и роторные блоки (2, 2') выполнены с возможностью вертикального перемещения по направляющей (11), отличающаяся тем, что

по меньшей мере, верхний роторный блок (2) выполнен с возможностью перемещения независимо от циркуляционного блока (3);

циркуляционный блок (3) содержит корпус (31), снабженный центральным каналом (313), предназначенным для размещения в нем части трубы (5, 51, 51', 431);

центральный канал (313) ограничен верхним и нижним кольцевыми уплотнительными элементами (32, 32'), которые опираются на корпус (31) с возможностью вращения; и

уплотнительные элементы (32, 32') имеют центральное отверстие (321), которое выполнено с возможностью, при расширении указанных уплотнительных элементов (32, 32'), закрываться или плотно охватывать трубу (5, 51, 51', 431), упираясь внутренней поверхностью (324) в трубу (5, 51, 51', 431).

6. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что любое вращение колонны бурильных труб (5) и любое вращение трубы (51, 51') во время соединения с колонной бурильных труб (5) или отсоединения от колонны бурильных труб (5) обеспечено за счет трубных ключей (21, 21'), которые расположены снаружи корпуса (31) циркуляционного блока (3).

7. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что нижний роторный блок (2') и циркуляционный блок (3) имеют общий линейный привод (25'), выполненный с возможностью обеспечивать синхронное вертикальное перемещение указанного роторного блока (2') и циркуляционного блока (3) по направляющей (11) буровой установки (1).

8. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что корпус (31) содержит запорный клапан (34), который в закрытом положении образует герметичную перегородку между верхней и нижней камерами (311, 312).

9. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что запорный клапан (34) представляет собой шаровой клапан с осью поворота, которая перпендикулярна центральной оси корпуса (31), и центральным отверстием (341), которое в открытом положении запорного клапана (34) образует часть центрального канала (313) циркуляционного блока (3).

10. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что циркуляционный блок (3) содержит верхнюю и нижнюю камеры (311, 312), каждая из которых соединена с системой (4) подачи бурового раствора по отдельным закрываемым трубопроводам (41, 42) подачи бурового раствора, соединенным с системой (44) клапанов.

11. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что предохранительный переводник (431) соединен с возможностью вращения с закрываемым трубопроводом (43) подачи бурового раствора, который соединен с системой (4) подачи бурового раствора при помощи системы (44) клапанов.

12. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что торцевая поверхность (325) каждого из уплотнительных элементов (32, 32') герметично соединена с выполненной с возможностью вращения пакерной трубой (331), которая входит, соответственно, в верхнюю и нижнюю камеру (311, 312) корпуса (31) и окружена пакером (33 и 33', соответственно), который плотно прижат к периферии пакерной трубы (331) и к корпусу (31).