СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ БУРОВЫМИ ШТАНГАМИ, БУРОВЫМ ИНСТРУМЕНТОМ, ОБСАДНЫМИ ТРУБАМИ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ БУРОВОЙ СКВАЖИНЫ ПРИ БУРЕНИИ ПОЧВЫ И ПРИМЕНЕНИЕ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СКЛАДСКОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2017 года по МПК E21B19/14 G06Q10/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу управления буровыми штангами, буровым инструментом, обсадными трубами для крепления буровой скважины и т.п.при бурении почвы, в частности, при вскрытии месторождений ископаемых видов топлива или аккумуляторов теплоты Земли, а также к применению автоматической складской системы.

Уровень техники

Как правило, при разведке и вскрытии нефтяных месторождений и месторождений природного газа требуется бурение почвы на значительную глубину, поскольку скважины должны проникать в глубоко лежащие слои горной породы, или необходимо проводить бурение в море. Это относится и к бурению, осуществляемому, например, для использования естественных резервуаров горячей воды с целью получения энергии или для вскрытия месторождений CO₂.

Во всех этих случаях при проходке скважины применяется буровое долото или ему подобное, установленное на конце бурильной колонны, при этом бурильная колонна состоит из буровых штанг или смонтированных вместе бурильных труб, которые удлиняются с продолжением проходки скважины. При этом приведение в действие бурового долота или иного бурового инструмента производится с земной поверхности или при необходимости с плавучего деррик-крана, т.е. с водной поверхности, причем либо бурильная колонна служит для механической передачи бурильных усилий, либо промывочный буровой раствор нагнетается в скважину для гидравлического приведения в действие бурового долота. Как правило, бурильная колонна состоит из стальных труб в качестве буровых штанг, в результате чего образующаяся при бурении буровая мелочь может выводиться из скважины наверх поступающей по буровой штанге жидкостью. Часто крепление скважины обсадными трубами проводится соосно с буровыми штангами.

Для того чтобы завести в скважину бурильную колонну, длина которой возрастает с подвиганием забоя скважины, вблизи скважины располагают элементы буровых штанг, обсадных труб и т.п., длина которых обычно составляет 12-20 м, и последовательно вводят в буровую скважину, причем каждый новый, заводимый в скважину элемент крепится на предыдущем элементе. Такое крепление производится обычно посредством винтовой резьбы на концах элементов.

Бурение почвы начинают обычно вертикально, вследствие чего, воздвигают, как правило, буровую вышку, с которой отдельные элементы буровой штанги и т.п. опускают вертикально в скважину. Трубный манипулятор обеспечивает автоматический захват горизонтально расположенных элементов буровых штанг, элементов обсадных труб и т.д. и придает им вертикальное положение над буровой скважиной, в которую они вводятся скважинным загрузочным устройством на буровой вышке.

Чем больше удлиняется бурильная колонна, тем важнее обеспечить по возможности короткое время для приготовления и заведения отдельных элементов в буровую скважину, поскольку время для манипулирования элементами возрастает в несколько раз в пределах периода общего подвигания забоя скважины вследствие того, что периодически приходится извлекать из скважины всю бурильную колонну, например, для замены изношенного или поврежденного бурового долота, после чего бурильную колонну снова опускают в буровую скважину, монтируя при этом элемент за элементом. Долговечность бурового долота в тяжелых геологических условиях может быть ограничена несколькими часами, из-за чего бурильную колонну приходится извлекать, разбирать, снова собирать и опускать в скважину несколько раз, причем количество подлежащих манипуляции элементов возрастает с увеличением подвигания забоя скважины.

Наряду со временем манипуляции с отдельными элементами бурильной колонны, которое должно поддерживаться по возможности коротким, также важно, чтобы отдельные элементы извлекаемой из скважины бурильной колонны укладывались в определенном порядке с тем, чтобы их можно было снова заводить в скважину в прежней последовательности. Это, в частности, имеет большое значение в том случае, когда в бурильной колонне на определенных местах должны располагаться проставки со специальными свойствами или инструменты.

Раскрытие изобретения

В изобретении поставлена задача создания способа управления вводимыми в буровую скважину элементами при поддержке системой электронной обработки данных, сокращающей, в частности, затраты времени на манипуляцию с отдельными элементами буровой штанги и на их сборку.

Указанная задача решается в способе признаками п.1, а также пп.2-9 формулы изобретения, а также при применении по п.10 формулы изобретения.

Согласно настоящему изобретению предложена автоматическая складская система, оборудованная, в частности, штабельными хомутами и/или стеллажами и, по меньшей мере, одним механизмом стеллажного обслуживания для питания скважинной загрузочной системы буровыми штангами, бурильными трубами, обсадными трубами, проставками, буровыми долотами и т.п. и/или для обратного складирования соответствующих извлеченных из буровой скважины элементов. При помощи такого автоматического устройства складирования, подачи и обратного складирования возможны упорядоченное и однозначное расположение, в частности, буровых штанг, бурильных труб и обсадных труб, их своевременная подача в скважинную загрузочную систему, содержащую обычно трубный манипулятор, и при необходимости обратное складирование с однозначно заданным и запоминаемым расположением, из которого они затем в нужной последовательности могут снова подаваться к буровой скважине.

Для этого в рамках настоящего изобретения применяется система электронной обработки данных, в памяти которой хранится информация о наличности и действительном месте хранения предназначенных для введения в буровую скважину элементов, таких, как буровые штанги, бурильные трубы, обсадные трубы, проставки, буровые долота и т.п. Кроме того в системе электронной обработки данных хранится информация о месте монтажа и/или последовательности монтажа всех предназначенных для введения в скважину элементов. В результате система электронной обработки данных способна управлять применяемой согласно изобретению автоматической системой складирования, подачи и обратного складирования.

В качестве альтернативы или дополнительно система электронной обработки данных может также извещать лишь пользователя о том, когда, откуда и какой вводимый в скважину элемент он должен подать в скважинную загрузочную систему, так как системе электронной обработки данных известно место хранения соответствующих элементов, и она может согласовывать это с ведомостью буровых работ, в которой указано, какие элементы должны образовывать при последовательном расположении бурильную колонну.

Особо оптимальна комбинация из управления автоматическим устройством складирования, подачи и обратного складирования и индикаторной функции, при которой исполняется ведомость буровых работ. В этом случае пользователь получает указание на подачу определенного элемента с определенного места хранения в скважинную загрузочную систему, если данный элемент не содержится в автоматическом устройстве складирования, подачи и обратного складирования или не может ею манипулироваться. Последнее относится, в частности, к буровым долотам, инструментам, проставкам и т.п. В таком случае последние хранятся на складе ручного обслуживания, при этом однако очень эффективно, чтобы согласно изобретению их точное местоположение было известно системе электронной обработки данных; в результате также при ручном обслуживании достигается большая экономия времени, что почти более важно. При обратном складировании после извлечения из буровой скважины и повторном расположении в бурильной колонне производится укладка манипулируемых вручную элементов на место, заданное системой электронной обработки данных и позже отыскиваемое ею.

Также предпочтительно в рамках настоящего изобретения, чтобы система электронной обработки данных хранила в памяти кроме того информацию о дальнейшей готовности извлеченных из буровой скважины элементов. Это касается в первую очередь борового долота или иного бурового инструмента, но также предпочтительно, чтобы в памяти системы электронной обработки данных хранилась, например, информация о дефектах резьбы и о том, что оба ответных элемента подлежат изъятию из бурильной колонны для замены или ремонта.

Этим достигается, в частности, оптимальный эффект при другом предпочтительном варианте развития способа согласно изобретению, при котором система электронной обработки данных сообщает о том, что состояние предназначенных для введения в скважину элементов требует их ремонта или получения новых элементов. В этом случае буровая бригада не окажется неожиданно в положении, при котором будет отсутствовать запас пригодных к работе буровых долот и не будет возможным продолжение бурения из-за отсутствия возможности наращивания бурового става.

В рамках настоящего изобретения также предпочтительно, чтобы в памяти системы электронной обработки данных хранилась кроме того информация о вновь поставляемых и/или заказанных, предназначенных для введения в буровую скважину элементах, которые собственно в наличии еще отсутствуют. Также информация о не готовых к использованию в данный момент элементах, находящихся на участке ремонта или технического обслуживания, могут в этих рамках храниться в памяти системы электронной обработки данных. В результате получают в некотором роде товарно-хозяйственную систему для применяемых в буровой колонне элементов, предпочтительно с использованием известного из уровня техники склада с ручным обслуживанием и автоматического склада или автоматического устройства складирования, подачи и обратного складирования.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения составляется ведомость заказов с указанием вида и количества предназначенных для введения в буровую скважину элементов и вводится в память системы электронной обработки данных. Одновременно в памяти системы электронной обработки данных хранится информация о наличности и действительном месте хранения вводимых в скважину элементов, таких, как буровые штанги, бурильные трубы обсадные трубы, проставки, буровые долота и т.п., а также при необходимости их коэффициент готовности. Согласно этому дополнительному аспекту настоящего изобретения система электронной обработки данных позволяет согласовать на основе этой информации ведомость заказов с наличностью и действительным местом хранения предназначенных для введения в буровую скважину элементов. Следовательно, имеющийся материал и предпочтительно также его место хранения привязаны к отдельным позициям ведомости заказов. Это, в частности, приводит преимущественно к тому, что система электронной обработки данных способна известить о том, что для исполнения ведомости заказов требуется ремонт элементов, получение новых элементов и/или реорганизация или пересортировка складских мест. Последнее может, например, означать, что несколько партий поставки в виде ящиков или поддонов с содержанием новых элементов предварительно поступают в автоматическую складскую систему для обеспечения по возможности эффективного исполнения ведомости заказов. При необходимости это может также означать, что проводится пересортировка на складе с штабельными хомутами или стеллажами для по возможности оперативного исполнения ведомости заказов.

В рамках этого дополнительного аспекта настоящего изобретения достигаются преимущества, выражающиеся в том, что при необходимости ведомость заказов также может быть обновлена во время буровых работ, что в таком случае при необходимости также может привести к пересортировке, реорганизации или новому заказу элементов.

Краткое описание чертежей

Пример осуществления способа согласно изобретению подробнее описан и пояснен ниже с помощью приложенных чертежей, на которых изображено:

фиг.1 - часть буровой платформы для морского бурения, на которой реализуется способ согласно изобретению;

фиг.2 - вырыв из фиг.1 в увеличении;

фиг.3 - отдельный элемент на фиг.2;

фиг.4 - отдельный элемент на фиг.3;

фиг.5 - блок-схема системы электронной обработки данных для применения в способе согласно изобретению.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показана часть буровой платформы для морского бурения со схематическим видом в перспективе. При этом показан вид на две палубы 1, Г буровой платформы с отверстием 2 для (не показанной) бурильной колонны, пропускаемой через это отверстие 2 вертикально вниз через водную толщу для бурения почвы. Для этого над отверстием 2 воздвигнута (также не показанная) буровая вышка с фиксирующими и направляющими элементами, а также с устройствами для привода бурильной колонны. На верхней палубе 1 буровой платформы находится множество бурильных труб 3, расположенных в автоматическом складе 4 с штабельными хомутами. На этом складе 4 с штабельными хомутами бурильные трубы 3 располагаются в горизонтальном положении. Трубный манипулятор 5 обеспечивает последовательное приведение бурильных труб 3 из горизонтального положения 6 готовности в вертикальное положение над отверстием 2 для их опускания посредством дополнительных (не показанных) элементов скважной загрузочной системы через отверстие 2 в буровую скважину.

Склад 4 с штабельными хомутами, используемый в данном случае в качестве устройства складирования, подачи и обратного складирования, показан в увеличении на фиг.2. Как можно видеть на этой фигуре, в соответственно двух штабельных хомутах 7 расположено вместе шесть бурильных труб 3; в соответствии с этим они могут захватываться механизмом 8 стеллажного обслуживания в виде «шестеричного пакета», транспортироваться и при необходимости пересортировываться. Несколько пар штабельных хомутов 7 вместе с пакетами бурильных труб штабелируются друг на друге для образования проходов на складе с штабельными хомутами; в данном случае штабелированы друг на друге восемь штабельных хомутов 7 и такой же штабель дополнительно закреплен или расположен на стеллаже 9 для транспортировки контейнеров.

Механизм 8 стеллажного обслуживания состоит в основном, как известно, из портального крана 10 с грузоподъемной траверсой и специально приспособленными под штабельные хомуты 7 захватными элементами 11. Он установлен на двух ходовых рельсах 12 с возможностью горизонтального перемещения для транспортировки бурильных труб 3 из каждого положения на складе 4 с штабельными хомутами в положение 6 готовности и для обратного складирования из этого положения. Лишь обозначенное защитное ограждение 13 предупреждает от не санкционированного доступа на автоматический склад 4 с штабельными хомутами.

На фиг.3 и 4 подробно показаны отдельные элементы склада 4 с штабельными хомутами, при этом на фиг.4 изображен отдельный штабельный хомут 7 с видом в перспективе. Такой штабельный хомут 7 известен сам по себе, например, из DE 202010002573 U1. Однако использованные здесь штабельные хомуты 7 приспособлены для применения в способе согласно изобретению, причем на поперечных балках 14 установлены на верхней стороне снабженная призматическими кулачками пластмассовая рейка 15 и на нижней стороне зажимная рейка 16. Зажимная рейка 16 воздействует на расположенный под изображенным штабельным хомутом 7 штабельный хомут с бурильными трубами, а пластмассовая рейка 15 снабжена вырезами 17 для обеспечения точного положения отдельных бурильных труб 3 в штабельном хомуте 7. На торцах штабельные хомуты 7 содержат установочные места 18 для захватных элементов 11 механизма 8 стеллажного обслуживания, а также направляющие скосы 19 для точного расположения друг на друге нескольких штабельных хомутов 7.

На фиг.3 показан вид в перспективе на штабель с восемью парами хомутов 7, в которые заключены соответственно шесть бурильных труб 3. Такой штабель с хомутами дополнительно упрочен стеллажом 9 для транспортировки контейнеров и образует складскую единицу. С помощью (не показанных на этой фигуре) находящихся в штабельных хомутах пластмассовых реек 15 обеспечивается точность расположения бурильных труб 3, в результате чего система электронной обработки данных согласно изобретению может однозначно представить изображенные здесь бурильные трубы 3 в виде матрицы с шестью столбцами и восемью строчками. После подъема одной пары штабельных хомутов, при необходимости, после предварительного изменения последовательности действий для доступа к расположенной внизу паре штабельных хомутов, ее транспортировки в положение 6 готовности и разобщения в этом положении можно выбрать любую отдельную бурильную трубу 3 и подать ее в скважинную загрузочную систему, следовательно, в данном случае на трубный манипулятор 5. Также и обратное складирование в любом заданном положении на складе 4 с штабельными хомутами может управляться с помощью компьютера.

Наконец, на фиг.5 приведена схематическая диаграмма системы электронной обработки данных, которая объединена в сеть со складом 4 с штабельными хомутами на предшествующих фигурах и осуществляет способ согласно изобретению. Сервер 21 и дублирующий, предусмотренный для замены сервер 22 образуют центральное устройство системы электронной обработки данных. Они расположены в защищенном помещении и посредством кабеля 23 сетевого питания подключены к терминалу 24, находящемуся на буровой платформе 1 и обеспечивающему управление системой. Через шину 25 данных происходит управление механизмом 8 стеллажного обслуживания и из нее получают данные для одновременного протоколирования текущей наличности бурильных труб 3 на складе 4 с штабельными хомутами. Дополнительные соединения через шину 25 данных предусмотрены с двумя местами 26, 27 хранения, из которых (не показанное здесь) положение 6 готовности может задаваться для трубного манипулятора 5 произвольно, в частности, попеременно. Работа с двумя Местами 26, 27 хранения для пар штабельных хомутов с их содержимым ускоряет манипуляцию с бурильными трубами 3 и предупреждает возможные задержки из-за времени хода механизма 8 стеллажного обслуживания. Складские площадки, на которых более или менее упорядоченно складированы манипулируемые вручную элементы, такие, как буровые долота, проставки и т.п., на фиг.5 не показаны, так как они не привязаны к линиям передачи данных.

Соединение с шиной 25 данных и, следовательно, с сервером 21 служит для того, чтобы серверу 21 была известна текущая наличность предназначенных для введения в скважину элементов и чтобы соответственно обеспечивалась индикация на терминале 24. Для обеспечения соответствующими данными сервер 21 и дублирующий сервер 22 соединены с зеркально выполненными жесткими магнитными дисками 28 и принтером 29. При необходимости сервер 21 может также подключаться к интернету 30, благодаря чему изготовитель системы может проводить в режиме «он-лайн» дистанционное обслуживание или решать возможно возникающие проблемы.

При использовании способа согласно изобретению терминал 24 исполняет ведомость, в которой приведены отдельные, четко обозначенные позиционированные бурильные трубы в заданной последовательности, а также при необходимости указано положение проставок и инструментов. Позиции этой ведомости, касающиеся бурильных труб 3, хранящихся на складе 4 с штабельными хомутами, автоматически сообщаются трубному манипулятору 5 в результате автоматического управления механизмом 8 стеллажного обслуживания, в то время как позиции ведомости, касающиеся элементов, хранящихся на складских площадках 26, 27 с ручным обслуживанием, вызывают прекращение исполнения и формируют указание для оператора терминала 24, касающееся подачи соответствующих элементов в скважинную загрузочную систему и подтверждения исполнения данного указания.

Если возникает необходимость в извлечении из скважины бурильной колонны и ее последовательной разборке на отдельные элементы, то сервер 21 исполняет ведомость в обратной последовательности. При последующем возобновлении бурения чрезвычайно важно, чтобы все отдельные элементы были уложены в определенной последовательности и чтобы серверу 21 были известны отдельные позиции.

Данный пример выполнения может быть кроме того реализован таким образом, что серверу 21 будет известна позиция всех отдельных элементов, предусмотренных для введения в буровую скважину, например, бурильных труб, которые складированы в другом месте бурильной платформы или плавучего деррик-крана для морского бурения и которые, например, еще не поступили на склад 4 с штабельными хомутами.

Способ согласно изобретению имеет также преимущества и в том случае, когда в буровую скважину заводятся рабочие трубы, поскольку в этом случае в системе электронной обработки данных даже по прошествии ряда лет будет храниться информация о точном положении конструктивного элемента в бурильной колонне.

Группа изобретений относится к способу управления буровыми штангами, буровым инструментом, обсадными трубами для крепления буровой скважины при бурении, а также к применению автоматической складской системы. Технический результат заключается в сокращении времени на манипуляцию с вводимыми в буровую скважину элементами и на их сборку. Способ управления буровыми штангами, буровым инструментом, обсадными трубами для крепления буровой скважины при бурении почвы, в частности при вскрытии месторождений ископаемых видов топлива или аккумуляторов теплоты Земли, содержит ввод и хранение информации о наличности и действительном месте хранения вводимых в буровую скважину элементов, а именно буровых штанг, бурильных труб, обсадных труб, проставок, бурильных долот, в вычислительной системе. Указанный способ также содержит хранение информации по меньшей мере об одном положении монтажа или последовательности монтажа всех вводимых в буровую скважину элементов в вычислительной системе. Вычислительная система управляет автоматическим устройством складирования, подачи и обратного складирования, в котором элементы хранятся для того, чтобы автоматически подавать эти элементы в буровую скважину или скважинную загрузочную систему, извещая пользователя о месте, куда он должен подать элементы в скважинную загрузочную систему, когда происходит подача упомянутых элементов в скважинную загрузочную систему, или о месте обратного складирования, куда будут возвращаться элементы для складирования после извлечения элементов из буровой скважины. Вычислительная система объединяет управление автоматическим устройством складирования, подачи и обратного складирования с управлением складом в ручном режиме. Вычислительная система обрабатывает ведомость буровых работ и вырабатывает отчет, который отображает пользователю вводимые в буровую скважину элементы, которые хранятся на складе, управляемом в ручном режиме, и извещает о том, какие элементы и из какого места должны подаваться в скважинную загрузочную систему, и ожидает подтверждения отчета для того, чтобы продолжить обработку ведомости буровых работ. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ управления буровыми штангами, буровым инструментом, обсадными трубами для крепления буровой скважины при бурении почвы, в частности при вскрытии месторождений ископаемых видов топлива или аккумуляторов теплоты Земли, содержащий:

ввод и хранение информации о наличности и действительном месте хранения вводимых в буровую скважину элементов, а именно буровых штанг, бурильных труб, обсадных труб, проставок, бурильных долот, в вычислительной системе;

хранение информации по меньшей мере об одном положении монтажа или последовательности монтажа всех вводимых в буровую скважину элементов в вычислительной системе, причем вычислительная система управляет автоматическим устройством складирования, подачи и обратного складирования, в котором элементы хранятся для того, чтобы автоматически подавать эти элементы в буровую скважину или скважинную загрузочную систему, извещая пользователя о месте, куда он должен подать элементы в скважинную загрузочную систему, когда происходит подача упомянутых элементов в скважинную загрузочную систему, или о месте обратного складирования, куда будут возвращаться элементы для складирования после извлечения элементов из буровой скважины; и

вычислительную систему, объединяющую управление автоматическим устройством складирования, подачи и обратного складирования с управлением складом в ручном режиме, причем вычислительная система обрабатывает ведомость буровых работ и вырабатывает отчет, который отображает пользователю вводимые в буровую скважину элементы, которые хранятся на складе, управляемом в ручном режиме, и извещает о том, какие элементы и из какого места должны подаваться в скважинную загрузочную систему, и ожидает подтверждения отчета для того, чтобы продолжить обработку ведомости буровых работ.

2. Способ по п. 1, при котором частичное количество вводимых в буровую скважину и извлекаемых из нее элементов складируют в автоматическом устройстве складирования, подачи и обратного складирования и в вычислительной системе хранят информацию о наличности и месте хранения как складированных в автоматическом устройстве складирования, подачи и обратного складирования элементов, так и элементов, которые в этом устройстве не складируют и не хранят.

3. Способ по п. 2, при котором вычислительная система дополнительно хранит информацию о готовности к применению извлеченных из буровой скважины элементов.

4. Способ по п. 1, дополнительно содержащий вычислительную систему, показывающую, когда запасы вводимых в буровую скважину элементов требуют ремонта упомянутых элементов или получения новых элементов.

5. Способ по п. 1, при котором в памяти вычислительной системы хранят дополнительную информацию, которая показывает о вновь поставленных и/или заказанных вводимых в буровую скважину элементах, которые еще не имеются в наличии, и/или информацию об отсутствующих в настоящий момент в наличии элементах, находящихся в месте для ремонта или технического обслуживания.

6. Способ по п. 1, при котором автоматическое устройство складирования, подачи и обратного складирования содержит автоматическую складскую систему со стеллажами и/или штабельными хомутами, а также по меньшей мере один механизм стеллажного обслуживания.

7. Способ по п. 1, при котором информация о наличности и действительном месте хранения вводимых в буровую скважину элементах хранится в вычислительной системе, причем элементы включают в себя по меньшей мере буровые штанги, бурильные трубы, обсадные трубы, проставки, буровые долота, ведомость заказов с указанием их вида и количества хранят в вычислительной системе и вычислительная система выполняет сравнение ведомости заказов с наличностью и действительным местом хранения вводимых в буровую скважину элементов и извещает о том, что для исполнения ведомости заказов требуется ремонт элементов, получение новых элементов и/или реорганизация или пересортировка мест хранения.

8. Способ по п. 7, при котором при необходимости ведомость заказов обновляется в ходе буровых работ.

9. Способ по п. 8, при котором в ведомости заказов учитывается также последовательность расположения предположительно вводимых в буровую скважину элементов.

10. Применение автоматической складской системы по меньшей мере со штабельными хомутами и/или стеллажами и по меньшей мере одним механизмом стеллажного обслуживания для складирования и подачи вводимых в буровую скважину элементов, таких как буровые штанги, бурильные трубы, обсадные трубы, проставки, буровые долота и т.п., в скважинную загрузочную систему, а также для обратного складирования этих элементов согласно способу по п. 1.