НАПРАВЛЯЮЩАЯ ТРУБА ДЛЯ ПОДДАЮЩЕЙСЯ ИЗГИБУ БУРИЛЬНОЙ ШТАНГИ Российский патент 2017 года по МПК E21B17/20 E21B19/22 

Изобретение относится к бурению и, конкретнее, к направляющей трубе для поддающейся изгибу бурильной штанги для бурения, к бурильной машине и способу бурения.

Скважины можно бурить в горной породе с помощью различных горных бурильных машин. Бурение можно выполнять способом, объединяющим удары и вращение (ударно-вращательное бурение), или бурение можно выполнять на основе только вращения без ударного действия (вращательное бурение). Дополнительно, ударно-вращательное бурение можно классифицировать согласно расположению ударного устройства, вне скважины или в скважине во время бурения. Когда ударное устройство расположено вне скважины, бурение обычно называют бурением с верхним ударником, в котором применяютcя так называемые верхние пневмоударники, и когда ударное устройство расположено в скважине, бурение обычно называют бурением с погружным ударником и бурильную машину могут называть бурильной машиной или станком с погружным ударником, например.

Буровое оборудование данных двух типов может содержать одну или несколько бурильных штанг, которые могут также называться бурильными трубами, для направления бурового долота в скважину и передачи по меньшей мере вращения, создаваемого вращательным блоком, на буровое долото. В особенности в туннелях очень малой высоты, например, низкопрофильных горных выработках и сверхнизкопрофильных горных выработках, высота туннеля обычно ограничивает длину бурильных штанг. Это вызывает проблемы, особенно когда скважина, подлежащая бурению глубже высоты туннеля, что является частым случаем в особенности в данных низкопрофильных горных выработках и сверхнизкопрофильных горных выработках.

Известны несколько заявок, где данные проблемы решены с применением наращиваемых вручную штанг, то есть нескольких бурильных штанг или т.п., которые стыкуются или соединяются вместе по одной. В некоторых заявках, элементы данного типа можно располагать вокруг шланга. Вместе с тем, проблема данных решений состоит в значительном замедлении технологического процесса, поскольку бурение должно прекращаться для наращивания нового элемента. Ручная работа, которую должен выполнять оператор, обычно требуемая по данным заявкам, обуславливает разнообразные проблемы, включающие в себя угрозы безопасность при работе, в особенности при работе в туннелях горных выработок низкого профиля и сверхнизкого профиля, например.

В публикации US 2012/155813 раскрыта композитная гибкая труба, хранящаяся на барабане, и компоновка инжектора для направления композитной гибкой трубы в ствол скважины.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является создание новой и улучшенной направляющей трубы для поддающейся изгибу бурильной штанги, бурильной машины и способа бурения скважины. Задача изобретения решается устройством, расположением и способом, которые описаны в независимых пунктах формулы изобретения. Некоторые предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Изобретение основано на идее создания изогнутой направляющей трубы для приема по меньшей мере части поддающейся изгибу бурильной штанги, конкретнее по меньшей мере части поддающейся изгибу бурильной штанги на конце бурильной штанги, которая не вставлена в скважину. Наружный конец поддающейся изгибу бурильной штанги может таким образом вставляться в направляющую трубу для хранения и извлечения для бурения. Поскольку бурильная штанга является гибкой в направлении поперечном продольному направлению бурильной штанги, изогнутая направляющая труба также направляет бурильную штангу в изогнутую конструкцию для хранения и/или для подачи в скважину.

Преимуществом решения является то, что однокомпонентная непрерывная бурильная штанга, выполненная одновременно гибкой и жесткой может храниться в изогнутой направляющей трубе, при этом направляющая труба также направляет бурильную штангу в аналогичную изогнутую конструкцию для хранения части бурильной штанги, которая в данный момент не установлена внутри скважины. Поскольку поддающаяся изгибу бурильная штанга обеспечивает, как по существу непрерывное бурение без проводимого вручную оператором скрепления или соединения для наращивания штанги, так и бурение скважин значительно более глубоких, чем высота туннеля и практически любой глубины, соответствующей длине бурильной штанги или даже большей при соединении нескольких таких бурильных штанг друг с другом, направляющая труба обеспечивает хранение данной бурильная штанги с экономией пространства, защитой бурильной штанги снаружи от грязи и ударов и/или подачу бурильной штанги на место бурения более простым способом и ее хранения в буровой машине и удержания, когда штанга не используется.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже изобретение описано более подробно для предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.

На фиг.1 показан бурильный блок.

На фигурах 2a и 2b показана часть бурильной штанги.

На фиг.3 показано пример формы змеевидного пропила.

На фиг.4 показана буровая установка для бурения горной породы.

На фиг.5a и 5b показана бурильная штанга, расположенная в направляющей трубе.

На фиг.6 показана направляющая труба согласно предложенному решению.

На фиг.7 дополнительно показана буровая установка для бурения горной породы.

На фигурах 8a и 8b показаны некоторые геометрические формы направляющей трубы.

На фиг.9 схематично показан способ хранения поддающейся изгибу бурильной штанги.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 показан бурильный блок 4, содержащий бурильное оборудование 9, снабженное ударным устройством 13. Вращательный блок 7 может опираться на каретку 8 или, альтернативно, вращательный блок может содержать скользящие части или т.п. опорные элементы, которыми он крепится с возможностью перемещения к направляющей балке 5. Вращательный блок 7 может оснащаться бурильным оборудованием 9, которое может содержать одну бурильную штангу 10 (или бурильную трубу) или несколько бурильных штанг/бурильных труб 10, соединенных друг с другом, и буровое долото 11 на самом дальнем конце бурильного оборудования. Ударное устройство 13 предусмотрено на противоположном конце бурильного оборудования 9 и, таким образом бурильной штанги 10, связанной с вращательным блоком 7. Во время бурения погружной бурильный блок 13 находится в скважине, и буровое долото 11 может соединяться напрямую с погружным бурильным блоком 13. Когда скважина 12 пробурена до требуемой глубины, буровое оборудование 9 можно поднимать с помощью подающего устройства 6 из скважины 12 в возвратном направлении C.

На фиг.1 показан пример бурильного блока, в котором бурильные штанги применяют для бурения скважины, и настоящее решение никоим образом не ограничено таким частным вариантом осуществления. Напротив, направляющая труба и бурильная штанга, рассмотренные в данном описании, а также бурильная машина, содержащая такую направляющую трубу, являются применимыми, по существу, для бурения всех типов, в котором применяют обычные бурильные штанги. Некоторые варианты осуществления могут, например, не содержать вращательного блока, и бурильная штанга может не вращаться во время бурения. Настоящее решение особенно хорошо подходит для бурения в обстоятельствах, где пространство некоторым образом ограничено, например, в туннелях ограниченной высоты, например в горных выработках низкого профиля с высотой в диапазоне 1,6-2,2 м, например, или горных выработках сверхнизкого профиля с высотой 0,6-1,1 м, например, или в буровых установках ограниченных габаритов и т.д. Некоторые варианты осуществления в данном описании рассмотрены применительно к туннелям вследствие данных особых преимуществ, связанных с туннелями, например, подземными туннелями, но специалисту в данной области техники ясно, что данные варианты осуществления подходят для бурения в других обстоятельствах, например бурения в открытых горных разработках. Аналогично, по меньшей мере некоторые варианты осуществления могут подходить для бурения других типов в дополнение к бурению горной породы.

Поддающаяся изгибу бурильная штанга 10, таким образом, является подходящей для применения в буровых установках разных типов. Поддающаяся изгибу бурильная штанга, показанная на фиг.2a и 2b, например, является особенно подходящей для бурения в вариантах, где бурильная штанга 10 вращается, другими словами бурильная штанга 10 соединяется для вращения с буровой установкой 1. На фиг2a и 2b показана часть одного примера такой бурильной штанги 10. На фиг.2 деталь бурильной штанги 10 показана сбоку, а на фиг.2b в сечении по линии A-А, показанной на фиг.2a. Бурильная штанга 10 может содержать трубу 19 и по меньшей мере один змеевидный пропил 20, проходящий через стенку трубы 19 в поперечном направлении G, другими словами в направлении поперек продольной оси D бурильной трубы 19, проходящий в каждой точке, по существу, радиально через стенку трубы от наружной поверхности трубы до внутренней поверхности трубы. На фиг.2b показаны два примера данного поперечного направления G, но, естественно, поперечные направления варьируются в разных точках стенки труба 19 и поверхности.

Каждый змеевидный пропил 20 может иметь, по существу, спиральную базовую линию 21, обращающуюся вокруг трубы 19 в продольном направлении E трубы 19 от направления первого конца 22 бурильной штанги до направления второго конца 23 бурильной штанги. Направление по длине является, таким образом, направлением продольной оси D бурильной штанги или направлением, по существу, параллельным продольной оси D бурильной штанги. Фактические концы 22 и 23 не показаны на фиг.2a, показано только сечение бурильной штанги 10 и трубы 19, которую бурильная штанга содержит. Осевая линия 21 рассмотрена более подробно ниже и показана на фиг.3, осевая линия 21 не является физической частью пропила, но дает траекторию в виде спирали с обеих сторон которой проходит змеевидный пропил 20 по змеевидной кривой. Данное также рассмотрено более подробно ниже и показано на фиг.3.

Согласно варианту осуществления бурильная штанга 10 может содержать один такой змеевидный пропил 20, проходящий в направлении по длине E, по существу, от окрестности первого конца 22 бурильной штанги до окрестности второго конца 23 бурильной штанги 10, где второй конец 23 является противоположным первому концу 22. Согласно другому варианту осуществления бурильная штанга 10 может содержать два или больше таких змеевидных пропилов 20. Данные змеевидные пропилы 20 могут располагаться последовательно, другими словами, один за другим, в направлении по длине E бурильной штанги 10 и/или они могут располагаться по меньшей мере частично параллельно друг другу. Варианты осуществления, где змеевидный пропил 20(пропилы) проходят, по существу, непрерывно, по существу, по всей длине бурильной штанги 10 и, таким образом, трубе 19, дают дополнительное преимущество в том, что бурильную штангу можно выполнять очень гибкими так, что ее можно легко располагать, например, в спиральной конструкции во время хранения и/или применения для части, которая в данный момент не применяется для бурения.

Согласно варианту осуществления не имеющий пропилов участок 24 бурильной штанги 10 может оставаться между двумя змеевидными пропилами 20, расположенными последовательно. Согласно дополнительному варианту осуществления не имеющий пропилов участок 24 может в дополнение или вместо не имеющего пропилов участка 24 предусматриваться между двумя последовательными змеевидными пропилами 20 на одном или обоих концах 22, 23 бурильной штанги 10. Данные альтернативы могут давать преимущество с учетом станочной обработки бурильной штанги 10, например, и они могут обеспечивать достаточную гибкость для некоторых вариантов применения. Естественно, длина такого не имеющего пропилов участка 24 не должна превышать высоту туннеля, где бурильная штанга применяетcя.

Согласно варианту осуществления труба 19 содержит стальной материал. Предпочтительно, стальной материал представляет собой нержавеющую сталь. Согласно варианту осуществления труба 19 выполнена, как одна унитарная деталь. Таким образом, бурильную штангу 10 можно также выполнять, по существу, как одну унитарную деталь. Данное делает конструкцию трубы 19 и бурильной штанги 10 простой в изготовлении, хранении и транспортировке и не требующей соединительных элементов, например, замков или резьб. Отсутствие соединительных элементов также означает, что такое средство не теряется, не изнашивается не повреждается во время транспортировки, хранения и эксплуатации. Естественно, отсутствующие соединения также не требуют затягивания.

Согласно другому варианту осуществления, длина трубы составляет по меньшей мере 2,5 метра и, более предпочтительно, по меньшей мере 3 метра. Длина трубы 19 и, таким образом, бурильной штанги 10 измеряется в направлении по длине E бурильной штанги 10. С одной унитарной деталью, например металлической трубой 19 длиной по меньшей мере 2,5 метра, на которой выполнен змеевидный пропил 20, можно получить бурильную штангу 10, которую можно применять для бурения скважин 12 с глубиной больше высоты туннеля или другой среды проведения бурения, также в низкопрофильных и сверхнизкопрофильных горных выработках, поддающуюся изгибу бурильную штангу можно применять в средах, с высотой меньше длины бурильной штанги 10, бурильную штангу 10 можно очень компактно хранить, и труба 19 бурильной штанги 10 является достаточно жесткой для передачи крутящего момента, по меньшей мере, по существу, в направлении H вращения бурильной штанги 10, и осевой нагрузки, по меньшей мере, по существу, в направлении Е бурильной штанги 10, требуемых для бурения. При эксплуатации и под действием крутящего момент и осевой нагрузки, такая труба 19 также является достаточно жесткой в поперечном направлении G бурильной штанги 10 для передачи крутящего момента и осевой нагрузки. Направлением Н вращения для бурения считается направление вокруг продольной оси D бурильной штанги или, другими словами, вокруг направления E по длине бурильной штанги. С применением одной унитарной детали для выполнения трубы 19 и/или бурильной штанги 10, также изгибные свойства и свойства жесткости более равномерно распределены по длине бурильной штанги 10, чем в решениях, где несколько более коротких жестких бурильных штанг стыкуют или соединяют вместе для обеспечения длины, требуемой для бурения скважины.

На фиг.3 показан пример формы такого змеевидного пропила 20. Каждый змеевидный пропил 20 может, таким образом, выполняться с отклонением от своей осевой линии 21 с обеих сторон осевой линии 21 образуя пропил, по существу, змеевидной формы. Осевая линия 21 не является физической частью змеевидного пропила 20, но виртуальной линией, с обеих сторон которой змеевидный пропил проходит на каждом участке бурильной штанги 10. Змеевидный пропил 20 может содержать искривленные участки одного или нескольких радиусов. Змеевидный пропил 20 может также содержать прямые участки, соединяющие искривленные части. В отличающихся вариантах осуществления прямые участки могут являться, по существу, параллельными направлению осевой линии 21, по существу, перпендикулярными направлению осевой линии 21 и/или расположенными под углом относительно осевой линии 21. Данный змеевидный пропил 20 может проходить по спирали вдоль трубы 19. Другими словами, змеевидный пропил 20 может совершать обороты вокруг бурильной штанги 10, конкретнее вокруг продольной оси D бурильной штанги 10 и, таким образом, трубы 19, и проходить через стенку трубы 19 в виде спирали и проходить от первого конца 22 бурильной штанги до второго конца 23 бурильной штанги, противоположного первому концу 22 бурильной штанги, в направлении по длине E бурильной штанги. Благодаря созданию такого змеевидного пропила 20 на жесткой бурильной штанге 10, бурильную штангу 10 можно выполнить одновременно гибкой так, что обеспечивается изгиб бурильной штанги 10 в поперечном направлении бурильной штанги 10, и жесткой, так, что обеспечивается передача крутящего момента и осевой нагрузки, требуемых для бурения. Радиус изгиба трубы 19 предпочтительно меньше 1 м и, более предпочтительно, меньше 0,5 м. Данное обеспечивает изгиб бурильной штанги 10 также в пространствах бурения с малой высотой и достижение оптимального количества непрерывного бурения в любых обстоятельствах с максимальным использованием имеющейся высоты для бурения. Указанным также обеспечивается хранение бурильной штанги 10 в компактном пространстве, когда штанга или ее часть не используется в работе, в изогнутой или свернутой в спираль форме, например.

Согласно варианту осуществления, змеевидный пропил 20 имеет каплевидную форму. Каплевидная форма означает, что конец 25 каждой петли змеевидной формы, другими словами самая широкая часть непрерывной каплевидной формы, образованной змеевидным пропилом 20, шире в направлении осевой линии 21 чем основание 26, образованное более коротким расстоянием между двумя смежными петлями. Одновременно, основание 26 является также самой узкой частью непрерывной каплевидной формы, образованной змеевидным пропилом с противоположной стороны осевой линии 21 от стороны осевой линии, где образован конец 25 петли, являющийся самой широкой частью.

Согласно варианту осуществления первое расстояние 27 между двумя смежными петлями в направлении осевой линии 21, измеренное от соответствующей точки каждой петли, имеет величину в диапазоне 1 - 10 мм. Согласно другому варианту осуществления, ширина конца 25 каждой петли и/или основания 26 каждой петли имеет величину в диапазоне 1 - 10 мм. Согласно дополнительному варианту осуществления, второе расстояние между осевой линией 21 и самой широкой частью каплевидной формы, другими словами, концом 25 петли, в направлении перпендикулярном направлению осевой линии 21 имеет величину в диапазоне 1 - 10 мм. Данное помогает получить бурильную штангу 10 достаточно гибкую для обеспечения ее изгиба в поперечном направлении G бурильной штанги и одновременно достаточно жесткую для обеспечения передачи крутящего момента и осевой нагрузки, требуемой для бурения с применением бурильной штанги.

Согласно варианту осуществления третье расстояние 29 между двумя смежными витками, другими словами, шаг витков по осевой линии 21 в направлении по длине E трубы меньше или, по существу, равен 50 мм. Третье расстояние 29 предпочтительно, по существу, равно или больше суммы высоты петли, другими словами наибольшему расстоянию между точками одной петли в направлении перпендикулярном осевой линии 21, и толщине стенки трубы 19. Данное помогает достижению бурильной штангой 10 достаточной гибкости для обеспечения ее изгиба в поперечном направлении бурильной штанги и одновременно достаточной жесткости для обеспечения передачи крутящего момента и осевой нагрузки, требуемых для бурения.

Согласно варианту осуществления змеевидный пропил можно выполнять лазерной резкой и/или резкой струей воды под высоким давлением.

На фиг.4 показана буровая установка 1 для бурения горной породы, которая может содержать передвижной носитель 2, снабженный буровым манипулятором 3. Буровая установка 1 для бурения горной породы данного частного типа особенно подходит для туннелей и других пространств проведения бурения ограниченной высоты, например низкопрофильных горных выработок. Аналогично, буровая установка для бурения горной породы фиг.7 могут содержать те же части и элементы, но вследствие отличающийся конструкции может являться специально приспособленной для сверхнизкопрофильных горных выработок.

Манипулятор 3 снабжен бурильным блоком 4 для горной породы, содержащим направляющую балку 5, подающее устройство 6 и вращательный блок 7. Вращательный блок 7 может быть установлен на каретке 8, или альтернативно вращательный блок может содержать скользящие части или аналогичные опорные элементы, которыми он подвижно крепится к направляющей балке 5. Вращательный блок 7 может снабжаться буровым оборудованием 9, которое может содержать одну или несколько бурильных штанг 10 (или бурильных труб), соединенных друг с другом, и буровое долото 11 на самом дальнем от оси конце бурового оборудования. Вращательный блок 7 может выполняться с возможностью скольжения на спускоподъемном устройстве 6 с помощью подающего цилиндра 32. Вращательный блок 7 может содержать вращательный зажимной патрон 33, который может плотно зажимать бурильную штангу 10, когда вращательный блок 7 начинает вращение и подающее устройство 6 начинает вдавливать бурильную штангу в скважину 12 так, что крутящий момент и осевая нагрузка передаются на бурильную штангу 10 и далее на буровое долото 11. Буровая установка 1 для бурения горной породы и/или бурильный блок могут дополнительно содержать фиксатор 34 штанги, который удерживает бурильную штангу 10 на месте, когда вращательный зажимной патрон 33 возвращается в исходное положение и начинается новая последовательность операций бурения.

Буровая установка 1 может содержать несколько бурильных блоков 4, содержащих по меньшей мере одно подающее устройство 6, вращательный блок 7, содержащий вращательный зажимной патрон 33, и/или погружной бурильный блок. Согласно альтернативному варианту осуществления буровая установка 1 может не содержать вращательного блока, при этом бурение может проводиться без вращения бурильной штанги 10.

Можно оборудовать направляющую трубу 30, содержащую корпус в виде трубы, образующий трубное пространство 41 внутри корпуса для удержания и направления по меньшей мере части бурильной штанги, которая в данный момент не используется для бурения, при этом направляющая труба 30 может содержать по меньшей мере один изогнутый участок 35, на котором бурильная штанга 10, расположенная внутри направляющей трубы 30 также изгибается, благодаря изгибу в направляющей трубе 30. Таким образом, трубное внутреннее пространство 41 корпуса служит в качестве пространства хранения по меньшей мере для части бурильной штанги 10. Для обеспечения вставления бурильной штанги 10 внутрь направляющей трубы внутренний диаметр направляющей трубы 30 больше наружного диаметра бурильной штанги 10. Согласно варианту осуществления бурильная штанга 10 может выполняться с возможностью вращения внутри направляющей трубы 30.

Такая изогнутая направляющая труба не только обеспечивает создание экономичного по занимаемому пространству способа хранения части поддающейся изгибу бурильной штанги 10, которая в данный момент не используется, труба также создает простую и прочную конструкцию для защиты бурильной штанги от любой грязи и/или наружного удара от окружающей среды горной выработки и обеспечивает бурильной штанге вращeние внутри направляющей трубы 30, не требуя каких либо дополнительных подшипников или т.п. для обеспечения вращения части бурильной штанги, которая в данный момент не используется для бурения. Наиболее экономичные по занимаемому пространству хранения конструкции для бурильной штанги 10 могут варьироваться в отличающихся вариантах осуществления и, таким образом, конструкцию направляющей трубы 30 можно выбирать на основе варианта окружающей среды горной выработки. Например, размеры шахтных туннелей и горных машин/ буровых установок варьируются и, поэтому, также в большинстве случаев для экономии пространства варьируется положение и конструкция направляющей трубы 30. Направляющая труба 30 также обеспечивает отсутствие попадания промывочного раствора, смазки или любой другой такой субстанции из бурильной штанги 10 в окружающую среду горной выработки.

Изогнутый участок 35 направляющей трубы 30 может представлять собой участок любого типа, где продольная ось 37 направляющей трубы 30 изогнута. Изогнутый участок 35 может содержать один изгиб; два или больше изгибов, расположенных один за другим; конструкцию с непрерывным изгибом, например змеевик; и/или любую их комбинацию. Направляющая труба 30 может также содержать, кроме изогнутого участка 35, по меньшей мере один прямой участок 36. Направляющая труба 30 может дополнительно содержать любую комбинацию одного или нескольких изогнутых участков 35 и, по существу, прямых участков 36.

На фиг.5a показана сбоку деталь изогнутой направляющей трубы 30 и труба 19 бурильной штанги 10, расположенная в направляющей трубе 30. На фиг.5b показано сечение изогнутой направляющей трубы 30 и шланга 31, расположенного внутри трубы 19 бурильной штанги 10 и направляющей трубы 30. Согласно дополнительному варианту осуществления, изогнутую направляющую трубу 30 можно выполнять с возможностью удерживать часть бурильной штанги 10, которая в данный момент не используется в работе, по меньшей мере частично в изогнутой конструкции. Согласно варианту осуществления, по меньшей мере частично изогнутая конструкция может представлять собой конструкцию в виде змеевика.

Согласно варианту осуществления направляющая труба 30 выполнена с возможностью оставаться фиксированной, данное означает, что направляющая труба 30 является достаточно жесткой, заставляя гибкую бурильную штангу 10 изгибаться в поперечном направлении бурильной штанги по меньшей мере в одной точке бурильной штанги 10. Поэтому, направляющая труба 30 содержит материал, который может обеспечивать достаточную жесткость. Согласно варианту осуществления направляющая труба 30 может содержать коррозионно стойкий материал, выдерживающий смазку и очистку бурильной штанги 10, направляющей трубы и/или другой части устройства. Согласно варианту осуществления направляющая труба 30 может содержать материал с хорошей теплопроводностью для улучшения охлаждения устройства. Согласно дополнительному варианту осуществления направляющая труба 30 может содержать нержавеющую сталь, поскольку нержавеющая сталь может обеспечивать достаточную жесткость, сопротивление коррозии и теплопроводность.

Согласно варианту осуществления бурильная машина, например бурильный блок 4 фиг.1 или буровая установка 1 фиг.4 или фиг.7, может содержать один или несколько таких направляющих труб 30. Бурильная машина может дополнительно содержать бурильную штангу 10, описанную в соединении с вариантами осуществления бурильной штанги и показанную на соответствующих фигурах или выполненную, как их комбинация. Такая бурильная машина 1 может дополнительно содержать шланг 31 для воздуха или воды, предусмотренный внутри бурильной штанги 10. В таком варианте осуществления бурильная штанга 10 и шланг 31 можно предпочтительно выполнять с возможностью совместного вращeния, поскольку износ шланга 31 можно при этом значительно уменьшить.

На фиг.6 показана направляющая труба 30 согласно настоящему решению. Направляющая труба 30 содержит изогнутый участок 35 и прямой участок 36. Поддающаяся изгибу бурильная штанга 10 может располагаться по меньшей мере частично в трубном пространстве образованном направляющей трубой 30.

Шланг 31 для воздуха или воды можно предусмотреть внутри бурильной штанги 10 и, таким образом, внутри направляющей трубы 30. Согласно варианту осуществления, можно предусмотреть барабан 38 со шлангом для части шланга 31, которая в данный момент не установлена внутри бурильной штанги 10, на заднем конце направляющей трубы 30, противоположном концу, через который бурильную штангу 10 можно подавать для бурения через вращательный блок 7 и вращательный зажимной патрон 33 в варианте осуществления фиг. 7, например. В вариантах осуществления, где бурильная штанга 10 и шланг 31 вращаются, вращающееся соединение 39 можно предусмотреть между шлангом 31 и барабаном 38 со шлангом. Вращающееся соединение 39 может представлять собой, по существу известное, непроницаемое для жидкости вращающееся соединение.

Несколько дополнительных примеров геометрических схем некоторых направляющих труб показаны на фиг.8a и 8b., данное примеры показаны только как иллюстрации, и направляющая труба может, таким образом, содержать один или несколько изогнутых участков 35 и в некоторых вариантах осуществления также один или несколько, по существу, прямых участков 36. Изогнутая направляющая труба 30 может содержать только один изогнутый участок 35 и прямой участок (участки), например, как на детали фиг.5a. Изогнутая направляющая труба может также содержать конструкцию в виде змеевика, другими словами конструкцию из непрерывных колец, расположенных по схеме одно над другим с интервалом между ними, где непрерывные кольца могут иметь, по существу, установленный диаметр и интервал между собой, например, как показано на фиг.6 и 7. В зависимости от варианта осуществления конструкцию в виде змеевика можно выполнять вокруг горизонтальной или вертикальной оси или любой оси, подходящей для данной цели. Согласно варианту осуществления изогнутая направляющая труба 30 может содержать комбинацию изогнутых участков 35 и прямых участков 36, образующих змеевидную конструкцию, как показано на фиг.8a. Согласно дополнительному варианту осуществления, изогнутая направляющая труба может иметь геометрию, состоящую в основном из прямых участков 36, но содержать один или несколько изогнутых участков 35.

Радиус изгиба 40 направляющей трубы 30 предпочтительно больше минимального радиуса изгиба бурильной штанги 10. При этом направляющая труба 30 в общем не изгибает бурильную штангу 10 больше, чем позволяет ее гибкость без какого-либо повреждения или дополнительного износа для бурильной штанги 10.

Согласно варианту осуществления бурильную штангу, описанную в соединении с бурильной штангой вариантов осуществления и/или показанную на фиг.3 и 4 и/или бурильную машину, содержащую такую бурильную штангу можно применять в способе бурения скважины. Согласно варианту осуществления способ может содержать приведение в действие бурильной штанги вращательным зажимным патроном в линейной зоне.

Согласно варианту осуществления способ может содержать свертывание бурильной штанги в направляющей трубе 30 выше по потоку от вращательного зажимного патрона 33. Другими словами, направляющая труба 30 может содержать изогнутый участок 35, внутри которого часть бурильной штанги 10 которая в данный момент не используется в работе, может храниться в изогнутом положении. Согласно дополнительному варианту осуществления направляющая труба 30 может содержать по меньшей мере участок в форме змеевика и, таким образом, по меньшей мере участок части бурильной штанги 10, в данный момент не используемый для бурения скважины 12 может располагаться в направляющей трубе 30, таким образом также придающей форму змеевика бурильной штанге 10. Данное придание формы змеевика бурильной штанге 10 обеспечивает по меньшей мере один змеевидный пропил 20, предусмотренный на бурильной штанге 10, как описано в соединении с отличающимися вариантами осуществления, связанными с бурильной штангой 10.

Согласно варианту осуществления способ может содержать линейное перемещение бурильной штанги 10 и вращательного зажимного патрона вверх и вниз подающим цилиндром для вращeния бурильной штанги 10 и подачи ее в скважину 12. Таким образом, отрезок длины бурильной штанги, по существу, до высоты туннеля можно применять каждый раз без перерывов для бурения скважины или, другими словами, участка скважины 12 с глубиной равной, по существу, длине бурильной штанги 10, используемой каждый раз и до высоты туннеля.

Способ бурения скважин в пространствах для бурения ограниченной высоты с применением бурильной штанги, описанной в соединении с вариантами осуществления бурильной штанги и/или показанный на соответствующих фигурах и/или бурильной машиной, содержащей такую бурильную штангу, может содержать применение по меньшей мере одной бурильной штанги, с длиной, которая больше высоты, имеющейся в пространстве для бурения, изгиб по меньшей мере одной бурильной штанги в поперечном направлении и бурение скважины с применением бурильной штанги, по существу, в направлении вверх или вниз.

Согласно варианту осуществления способа бурения скважины с применением бурильной штанги, описанной в соединении с вариантами осуществления бурильной штанги и/или, показанной на соответствующих фигурах, и/или бурильной машины, содержащей такую бурильную штангу, способ может содержать, в дополнение или взамен этапов, описанных выше, бурение этапами каждый раз на максимальную длину, обеспечиваемую высотой туннеля или другим заданным пределом; применение фиксатора 34 штанги для удержания бурильной штанги на месте, когда вращательный блок возвращается в положение для начала подачи; высвобождения фиксатора штанги после зажима челюстей вращательного зажимного патрона в положении для начала подачи бурильной штанги и продолжения бурения; и повторение пошагового бурения до достижения проектной глубины скважины.

На фиг.9 схематично показан способ хранения поддающейся изгибу бурильной штанги, по меньшей мере часть поддающейся изгибу бурильной штанги, которая в данный момент не используется в работе, хранится, позиция 91, в изогнутой направляющей трубе. Согласно варианту осуществления по меньшей мере часть поддающейся изгибу бурильной штанги которая в данный момент не используется для бурения вставляется, позиция 92, в изогнутую направляющую трубу для хранения, когда извлекают бурильную штангу из скважины; и по меньшей мере часть поддающейся изгибу бурильной штанги извлекают, позиция 93, из изогнутой направляющей трубы для бурения, когда продолжают бурение, углубляя скважину.

Данное решение является особенно предпочтительным, когда глубина скважины, подлежащей бурению, больше высоты, имеющейся для проведения горных работ. Изогнутая направляющая труба 30 обеспечивает подачу поддающейся изгибу бурильной штанги 10 в шахтах низкого профиля и/или экономящим пространство способом с хранением по меньшей мере части такой бурильной штанги, которая в данный момент не используется для бурения. Вместе с тем, решение можно применять также в других обстоятельствах, например, где можно реализовать преимущества, связанные с хранением и транспортировкой.

Все диапазоны, раскрытые в данном описании, также включают в себя значения верхнего и нижнего предела, где применимо.

Специалисту в данной области техники в технике понятно, что поскольку технология развивается, патентоспособную концепцию можно реализовать различными путями. Изобретение и его варианты осуществления не ограничены данными примерами, описанными выше, но могут варьироваться в объеме формулы изобретения.

Группа изобретений относится к области бурения. Технический результат – улучшение качества направляющей трубы для гибкой бурильной штанги. Бурильная машина содержит бурильную установку и по меньшей мере одно бурильное устройство. Бурильное устройство содержит направляющую трубу и гибкую бурильную штангу, по меньшей мере часть которой расположена в трубном пространстве, образованном направляющей трубой. Направляющая труба содержит корпус в виде трубы, образующий трубное пространство внутри корпуса для удержания и направления по меньшей мере части поддающейся изгибу бурильной штанги на конце бурильной штанги, которая не вставляется в ствол скважины. Причем направляющая труба содержит по меньшей мере одну изогнутую часть, с помощью которой бурильная штанга также изгибается изгибом в направляющей трубе для хранения и для подачи в скважину. 4 н. 11 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Направляющая труба для поддающейся изгибу бурильной штанги для буровой установки, отличающаяся тем, что направляющая труба содержит корпус в виде трубы, образующий трубное пространство внутри корпуса для удержания и направления по меньшей мере части поддающейся изгибу бурильной штанги на конце бурильной штанги, которая не вставляется в ствол скважины, причем направляющая труба содержит по меньшей мере одну изогнутую часть, с помощью которой бурильная штанга также изгибается изгибом в направляющей трубе для хранения и для подачи в скважину.

2. Направляющая труба по п.1, в которой изогнутый участок содержит один изгиб в направляющей трубе.

3. Направляющая труба по п.1, в которой изогнутый участок содержит два или больше изгибов, выполненных один за другим, или непрерывную изгибающую конструкцию.

4. Направляющая труба по любому из пп.1-3, в которой изогнутый участок содержит по меньшей мере один прямой участок.

5. Направляющая труба по любому из пп.1-3, содержащая конструкцию в виде змеевика.

6. Направляющая труба по любому из пп.1-3 содержащая змеевидную конструкцию.

7. Направляющая труба по любому из пп.1-3, которая является достаточно жесткой для приложения силы к поддающейся изгибу бурильной штанге, расположенной внутри направляющей трубы, для изгиба бурильной штанги в поперечном направлении бурильной штанги по меньшей мере в одной точке бурильной штанги.

8. Бурильное устройство, содержащее направляющую трубу по любому из пп.1-7 и гибкую бурильную штангу, по меньшей мере часть которой расположена в трубном пространстве, образованном направляющей трубой.

9. Бурильное устройство по п.8, которое дополнительно содержит шланг для воздуха или воды, расположенный внутри бурильной штанги.

10. Бурильное устройство по п.9, в котором радиус изгиба бурильной штанги меньше 1 метра и длина бурильной штанги составляет по меньшей мере 2,5 метра.

11. Бурильное устройство по любому из пп.8-10, в котором бурильная штанга содержит трубу, содержащую по меньшей мере один змеевидный пропил, проходящий через стенку трубы в поперечном направлении, при этом по меньшей мере один змеевидный пропил имеет, по существу, спиральную осевую линию, проходящую витками вокруг трубы в направлении по длине бурильной штанги от направления первого конца бурильной штанги к направлению второго конца бурильной штанги, и по меньшей мере один змеевидный пропил выполнен отклоняющимся в обе стороны от своей осевой линии с образованием пропила, по существу, змеевидной формы, проходящего по спирали вдоль трубы так, что по меньшей мере часть бурильной штанги является поддающейся изгибу для обеспечения изгиба бурильной штанги в поперечном направлении, и бурильная штанга является жесткой для обеспечения передачи крутящего момента и осевой нагрузки, требуемой для бурения.

12. Бурильное устройство по любому из пп.8-10, в котором труба выполнена, как одна унитарная деталь.

13. Бурильная машина, содержащая бурильный блок или буровую установку и по меньшей мере одно бурильное устройство по любому из пп.8-12.

14. Способ хранения поддающейся изгибу бурильной штанги, отличающийся тем что обеспечивают хранение по меньшей мере части поддающейся изгибу бурильной штанги на конце бурильной штанги, не вставленной в ствол скважины, в изогнутой направляющей трубе, при этом бурильная штанга, установленная в направляющей трубе, также изгибается изгибом в направляющей трубе.

15. Способ по п.14, в котором дополнительно обеспечивают

вставление по меньшей мере части поддающейся изгибу бурильной штанги, которая в данный момент не используется для бурения, в изогнутую направляющую трубу для хранения, когда извлекают бурильную штангу из скважины; и

извлечение для бурения по меньшей мере части поддающейся изгибу бурильной штанги из изогнутой направляющей трубы для подачи в скважину, когда проводят бурение дальше вглубь скважины.