БУРИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УДЕРЖАНИЯ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ Российский патент 2017 года по МПК E21B19/16 E21B19/18 

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к способу, в свою очередь, относящемуся к бурильному устройству, работающему под землей, для зажима средства бурильной колонны. Изобретение также относится к бурильному устройству и компьютерному программному продукту, содержащему программный код для электронного блока управления, связанного с бурильным устройством, для выполнения способа.

Настоящее изобретение может относиться в общем, но без ограничения этим, к промышленности, изготавливающей горное оборудование и к горнодобывающей промышленности.

Предпосылки изобретения

Сегодняшняя технология бурения в горных породах под землей в некоторых случаях требует от оператора перемещения своей буровой установки из горизонтальной выработки, где установка в данный момент располагается, в другую горизонтальную выработку над последней для получения возможности бурения вниз. Таким путем исключают необходимость поворота бурильного оборудования в перевернутое положение и при этом исключают работу с громоздким бурильным оборудованием и проблемы с буровым шламом и т.п., который может усложнить производство работ, если падает сверху вниз на бурильное оборудование.

Существующая технология таким образом предусматривает проведение большого объема вспомогательных работ. В известных бурильных устройствах бурильный инструмент отсоединяется от бурильной колонны либо вручную или с помощью громоздких удерживающих конструкций, которые расположены смежно с бурильным устройством и в направлении бурения для удержания бурильного инструмента. Применяющиеся в настоящее время громоздкие и массивные конструкции, как упомянуто, требуют больших затрат труда при бурении вверх. Буровой шлам может падать вниз в приводную головку бурильного устройства, что может обуславливать остановку оборудования.

Такие работы по отсоединению звеньев бурильного инструмента друг от друга и его от приводной головки бурильного устройства являются затратными по времени и при существующей технике могут являться опасными для управляющего ими персонала.

В патенте US 6230590 описан свободно стоящий зажимной трубный ключ для удержания бурильного инструмента во время бурения вверх. В патенте EP 2487325 описан трубный ключ для удержания бурильного инструмента. В патенте US 5012878 описан интегрированный в приводную головку зажимной трубный ключ, применяемый для раскрепления звеньев бурильного инструмента.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является получение универсального бурильного устройства.

Задачей является получение бурильного устройства, удобного для пользователя для применения в горной выработке.

Задачей изобретения является создание нового и предпочтительного способа для бурильного устройства для удержания средства бурильной колонны, в частности во время бурения восстающей выработки, но без ограничения бурением такого типа.

Другой задачей изобретения является создание нового и предпочтительного бурильного устройства для получения указанного способа, а также предпочтительной компьютерной программы, относящейся к бурильному устройству.

Задачей изобретения является получение полуавтоматического бурильного устройства, содержащего трубную муфту или "трубный ключ" для удержания бурильного инструмента. Одной задачей является обеспечение простого применения для перемещения расширителя в направлении к приводной головке бурильного устройства вне зависимости от направления ствола скважины, т.e. бурение вверх (англ. box-hole/сбойка) должно также выполняться экономически эффективно.

Дополнительной задачей изобретения является создание бурильного устройства, которое является экономически эффективным в применении в аспекте времени и безопасности.

Дополнительной задачей изобретения является создание компактного и простого в изготовлении бурильного устройства.

Дополнительной задачей изобретения является создание надежного бурильного устройства.

Дополнительной задачей изобретения является создание бурильного устройства и способа, которые обеспечивают удобство для пользователя в процессе бурения, как такового.

Данные задачи решаются способом, относящимся к бурильному устройству, зажимающему средство бурильной колонны для отсоединения по п.1 формулы изобретения.

В аспекте настоящего изобретения создан способ, относящийся к бурильному устройству, зажимающему средство бурильной колонны для удаления бурильной колонны из средства бурильной колонны. Способ содержит:

- обеспечение удержания средства бурильной колонны;

- обеспечение вращения приводной головки, расположенной на бурильном устройстве, для отвинчивания бурильного инструмента от приводной головки;

- обеспечение средством исполнительного механизма перемещения в аксиальном направлении из начального положения зажимного средства в направлении от приводной головки и удержание в положении удержания с помощью зажимного средства конца бурильного инструмента, расположенного ближайшим к приводной головке; и

- отвинчивание бурильного инструмента от остающегося средства бурильной колонны.

Таким образом, средство исполнительного механизма может обеспечивать перемещение зажимного средства в аксиальном направлении от приводной головки к выемкам для зажимания бурильного инструмента так, что бурильный инструмент может удерживаться и вращаться снабженным внутренней резьбой корпусом (зажимным патроном) приводной головки. Данное является особенно предпочтительным во время бурения восстающей выработки, когда бурение выполняется вертикально вверх в направлении к земной поверхности. Способ, описанный в данном документе, таким образом обеспечивает надежное функционирование и зажимному средству гарантируется перемещение в направлении из начального положения на приводной головке в положение удержания, когда закрепляющее средство зажимного средства вталкивается в специально выполненные выемки в конце бурильного инструмента с помощью расположенного вокруг оси вращения приводной головки кольцевого элемента, приводимого в действие рычажным механизмом.

При таком способе от оператора не требуется вручную перемещать зажимное средство в направлении вверх для зажимания одного конца бурильного инструмента для удержания. Необходимое перемещение вверх зажимов должно выполняться для отсоединения бурильных инструментов друг от друга. Во время, например, бурения восстающей выработки, для бурения двух противоположных скважин или двух скважин, ориентированных под углом друг к другу в вертикальной плоскости, данное означает большой объем работы.

Средство бурильной колонны, также называемое бурильной колонной, соответственно содержит один или множество бурильных инструментов, свинченных друг с другом, и буровое долото.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения создан способ, относящийся к бурильному устройству для зажима средства бурильной колонны для удаления бурильного инструмента из средства бурильной колонны.

Способ содержит:

- обеспечение удержания средства бурильной колонны;

- обеспечение вращения приводной головки, расположенной на бурильном устройстве для удаления бурильного инструмента из приводной головки;

- обеспечение средством исполнительного механизма перемещения в аксиальном направлении из начального положения зажимного средства в направлении от приводной головки, причем обеспечение средством исполнительного механизма перемещения содержит приведение в действие пружиной и удержание в положении удержания с помощью зажимного средства бурильного инструмента, расположенного ближайшим к приводной головке; и

- отвинчивание бурильного инструмента от остающегося средства бурильной колонны.

Согласно аспекту настоящего изобретения, создан способ, относящийся к бурильному устройству, зажимающему средство бурильной колонны для удаления бурильного инструмента из средства бурильной колонны.

Способ содержит:

- удержание средства бурильной колонны;

- вращение приводной головки, расположенной на бурильном устройстве, для отвинчивания бурильного инструмента от приводной головки;

- аксиальное перемещение зажимного средства из начального положения в направлении от приводной головки, при этом перемещение содержит приведение в действие пружиной;

- удержание конца бурильного инструмента, расположенного ближайшим к приводной головке, в положении удержания с помощью зажимного средства; и

- отвинчивание бурильного инструмента от остающегося средства бурильной колонны.

Поскольку средство исполнительного механизма, приводимое в действие пружиной, перемещает зажимное средство в аксиальном направлении, можно обеспечивать надежную работу. Приведение в действие пружиной предпочтительно выполняется с помощью средства исполнительного механизма, содержащего пружинное средство. Число пружинных средств может варьироваться от одного, окружающего бурильный инструмент, до множества, симметрично расположенных по периметру. Пружинное средство может состоять из пружин, работающих на сжатие, пружин, работающих на растяжение, или комбинаций пружин данных типов.

Средство исполнительного механизма может содержать различные типы пружинных узлов. Средство может являться пружинными амортизаторами, реверсивными демпферами, опускающими пружинами, электромагнитными пружинными устройствами и/или устройствами с текучей средой под давлением.

Этап обеспечения перемещения средством приведения в действие зажимного средства в аксиальном направлении предпочтительно содержит приведение в действие с помощью гидравлических и/или пневматических систем.

Данное обеспечивает легкое перемещение приводной головки с регулируемым электропитанием и источником питания, например, на применяемом транспортном средстве.

Предпочтительно средство исполнительного механизма оснащается рычажным механизмом, управляемым гидравлической системой или т.п. для, в соединении с кольцевым элементом, окружающим зажимное средство, введения кольцевого элемента вниз поверх закрепляющего средства и его перемещения в выемки в бурильном инструменте для обеспечения вращения бурильного инструмента с помощью приводной головки и отвинчивания данного бурильного инструмента от соединяющегося с ним удерживаемого бурильного инструмента.

Закрепляющее средство может содержать заплечики, блоки, клинья или аналогичное закрепляющее средство, выполненное для входа в выемки бурильного инструмента или выхода из них.

Соответственно, этап обеспечения средства исполнительного механизма содержит вставление закрепляющего средства по меньшей мере в одну выемку бурильного инструмента. Когда бурильный инструмент вращается относительно других бурильных инструментов для разборки, происходит отвинчивание.

Предпочтительно, этап с положением удержания также содержит приведение закрепляющего средства в сцепление с останавливающим элементом зажимного средства при отвинчивании бурильного инструмента от остающегося средства бурильной колонны.

Таким образом, кольцевой элемент можно создавать с уменьшенным габаритом в аксиальном направлении, поскольку останавливающий элемент исключает конечное перемещение кольцевого элемента за закрепляющее средство, при этом кольцевой элемент не требуется выполнять более широким для достижения в любом случае закрепляющего средства. Поскольку значительные силы на ограничительном средстве требуются для удержания бурильного инструмента, важно, что внутренняя окружность кольцевого элемента и закрепляющее средство входят в положение выемок бурильного инструмента.

Останавливающее средство может являться, например, выступающим фланцевым участком кожуха, выполненным на зажимном средстве, также называемым краевым фланцем.

С применением закрепляющего средства, которое вталкивается в выемку бурильного инструмента для удержания с помощью кольцевого элемента, созданного на оптимальном месте, кольцевой элемент можно выполнять насколько возможный узким, при этом распределение нагрузки является оптимальным и бурильное устройство можно создать менее массивным.

Зажимное средство предпочтительно содержит трубную муфту. С помощью канавок под пружинные кольца в трубной муфте и во взаимодействии с цилиндром, предназначенным для средства исполнительного механизма и содержащим средство измерения длины, бурильные инструменты разных марок и типов можно применять для бурильного устройства. Предпочтительно, средство измерения длины программируется на заданные значения длины, так что оператор легко может вводить нужные уставки в блок управления для применяемого бурильного инструмента, при этом бурильное устройство автоматически адаптирует установку зажимного средства к выемкам бурильного инструмента.

Альтернативно, применяетcя средство обнаружения положения бурильного инструмента.

При этом пользователю не требуется разрабатывать подземную галерею больших габаритов или горизонтальную выработку для размещения бурильного устройства.

Предпочтительно, закрепляющее средство зажимного средства содержит заплечики и смонтированный на оси рычаг поверх шарнира, который в свою очередь приводится в действие кольцевым элементом, который наталкивается поверх и при этом толкает в выемку бурильного инструмента и удерживает в ней заплечики. Поскольку зажимное средство зажимает бурильный инструмент и зажимное средство имеет внутренние шлицы, сцепленные с наружными шлицами зажимного средства, расположенного на приводной головке, и наружные шлицы зажимного средства сцепляются с внутренними шлицами приводного блока приводной головки, бурильный инструмент можно вращать. Вследствие закрепления для вращения и передачи мощности через шлицы может выполняться перемещение в аксиальном направлении. Во время отвинчивания бурильного инструмента от другого средства бурильной колонны бурильный инструмент должен перемещаться от средства бурильной колонны, при этом естественно зажимное средство также перемещается в направлении от средства бурильной колонны и таким образом в направлении к приводной головке. Во время удаления бурильного инструмента кольцевой элемент толкается с помощью рычажного механизма в направлении к приводной головке и от заплечиков и их открывает.

Предпочтительно способ также содержит этап регулирования в аксиальном направлении зажимного средства вместе с уплотнительный элементом, выполненным на зажимном средстве так, что уплотнительный элемент не заканчивается заподлицо с выемкой бурильного инструмента во время бурения. Уплотнительное средство может создаваться изолирующей мембраной, уплотнительной шайбой или т.п.

Таким способом предотвращается попадание бурового шлама, например грязи, воды и остатков горной породы, в приводную головку через выемку в бурильном инструменте, когда пользователь бурит пилотный ствол скважины или бурит скважину вверх во время бурения восстающей выработки или расширяет такую скважину.

Средство измерения длины, расположенное на цилиндре, связанном со средством исполнительного механизма (средство измерения длины может, например, представлять собой датчик положения, встроенный в цилиндр), обеспечивает простое управление бурильным устройством для установки уплотнительного средства так, что оно уплотняется в упор к выемкам бурильных инструментов разных типов.

В данном варианте наружный датчик не требуется.

Предпочтительно и в случае необходимости, датчик располагается на приводной головке и привязанным к положению выемки бурильных инструментов разных типов относительно резьбы бурильного инструмента, датчик может обнаруживать текущее положение выемки относительно зажимного средства приводной головки в аксиальном направлении, и блок управления предпочтительно выполнен с возможностью управления зажимным средством, содержащим уплотнительное средство, для постоянного уплотнения в упор к бурильному инструменту вне зависимости от расположения выемки на бурильном инструменте, с которым работают.

Предпочтительно, средство исполнительного механизма выполнено с возможностью смещать зажимное средство в направлении противоположном или по существу противоположном направлению силы тяжести.

Данные задачи также решаются с помощью определенного во вводной части бурильного устройства, имеющего признаки, раскрытые в характеризующей части по п.7.

Согласно аспекту настоящего изобретения создано бурильное устройство, содержащее приводную головку для перемещения снабженного внутренней резьбой корпуса в аксиальном направлении, и зажимное средство, вращательно закрепленное, окружающее корпус и перемещающееся в аксиальном направлении, при этом корпус выполняется для навинчивания и отвинчивания средства бурильной колонны, при этом средство исполнительного механизма выполнено с возможностью перемещения из начального положения зажимного средства в аксиальном направлении от приводной головки.

Согласно аспекту настоящего изобретения создано бурильное устройство, содержащее приводную головку для перемещения снабженного внутренней резьбой корпуса, в аксиальном направлении, и зажимное средство, вращательно закрепленное, окружающее корпус и перемещающееся в аксиальном направлении, при этом корпус выполняется для навинчивания и отвинчивания средства бурильной колонны, при этом средство исполнительного механизма выполнено с возможностью перемещения из начального положения зажимного средства в аксиальном направлении от приводной головки, при этом средство исполнительного механизма содержит пружинное средство.

Снабженный внутренней резьбой корпус можно также называть зажимным средством.

При этом получается конструкция компактного не массивного бурильного устройства. Бурильное устройство особенно дает экономию объема в аксиальном направлении приводной головки, т.e. в размере поперек, например, продольного направления горизонтальной выработки в горных работах. Данное, в свою очередь, создает экономически эффективный способ разработки.

При этом также получают надежное бурильное устройство. Средство исполнительного механизма, например пружинный узел, перемещает зажимное средство (содержащее трубную муфту, аксиально смещающуюся на зажимном средстве приводной головки) в аксиальном направлении от приводной головки (из начального положения), т.e. в направлении к выемке/выемкам бурильного инструмента, связанным с концом бурильного инструмента, смежным с приводной головкой.

Благодаря такой конструкции создается возможность поворота приводной головки для проводки стволов скважин вверх, потребность в которой возникает, например, во время бурения восстающей выработки. Средство исполнительного механизма предпочтительно выполнено с возможностью перемещения зажимного средства (трубной муфты) в направлении противоположном или по существу противоположном направлению силы тяжести.

Предпочтительно, средство исполнительного механизма содержит по меньшей мере один гидравлический исполнительный механизм.

В данном варианте трубная муфта зажимного средства может управляться блоком управления для обратной работы с помощью устройства рычажного механизма.

Предпочтительно, зажимное средство содержит кольцевой элемент, смещающийся в аксиальном направлении для перемещения закрепляющего средства радиально внутрь для создания вращательно закрепленного соединения между зажимным средством и бурильным инструментом. Соответственно, концевая часть рычажного механизма сцепляется с кольцевым элементом и смонтирована на оси на кольцевом элементе, при этом приведение в действие кольцевым элементом в аксиальном направлении выполняется с упором в кулачковые поверхности закрепляющего средства в виде, например, качающихся рычагов, при этом качающиеся рычаги перемещают закрепляющее средство в виде, например, блоков в радиальном направлении в выемки бурильного инструмента.

Предпочтительно, зажимное средство имеет останавливающее средство для установки в нужное положение кольцевого элемента в аксиальном направлении относительно закрепляющего средства.

Предпочтительно, трубная муфта зажимного средства имеет фланцевый участок, действующий как останавливающее средство. Фланцевый участок альтернативно выполняется на стороне трубной муфты, обращенной от приводной головки.

Во время отвинчивания второго конца бурильного инструмента (ближайшего к стволу скважины, бурение которого проводят) бурильному инструменту обеспечивается (например, с помощью шлицов) перемещение в направлении к приводной головке, при этом зажимное средство по понятным причинам следует за данным перемещением и при этом приближается к приводной головке.

Рычажный механизм, соединенный с кольцевым элементом, адаптируется к данному перемещению, также как средство исполнительного механизма. Останавливающий элемент в виде фланцевого участка трубной муфты исключает во время такого перемещения приход кольцевого элемента в концевое положение за пределами зоны приведения в действие закрепляющего средства. Таким образом, кольцевой элемент в аксиальном направлении не требует исполнения с широкой закрытой поверхностью, при этом создается аксиально не массивное бурильное устройство.

Альтернативно, средство исполнительного механизма имеет пружинный элемент, расположенный на рычажном механизме, данный пружинный элемент вначале перемещает зажимное средство из его начального положения. Цилиндр, содержащий поршень и поршневой шток, выполнен с возможностью действовать на более короткий рычаг, который, в свою очередь, через пружинный элемент действует на более длинный рычаг, несущий зажимное средство. Соответственно, цилиндр выполнен с возможностью поворота более короткого рычага вокруг поворотного шарнира, общего с более длинным рычагом, для приведения в действие через пружинный элемент зажимного средства в расцепленном положении.

В данном способе получается отсоединение, результатом которого является плавное и надежное приведение в действие зажимного средства, в особенности во время отвинчивания бурильного инструмента от следующего бурильного инструмента, когда зажимное средство следует за бурильным инструментом в направлении к приводной головке. Пружинный элемент обеспечивает свободное перемещение более длинного рычага в направлении к более короткому рычагу, при этом цилиндр действует на более короткий рычаг для поворота его обратно в начальное положение.

Предпочтительно, зажимное средство содержит уплотнительное средство, имеющее внутреннюю окружность, адаптированную к диаметру бурильного инструмента. Предпочтительно, бурильное устройство обеспечивается блоком управления, который управляет зажимным средством для установки уплотнительного средства в альтернативное положение вокруг бурильного инструмента, иное, чем в зоне выемки бурильного инструмента для закрепляющего средства. Данное функционирование в основном применяется во время расширения стволов скважин.

Описанные выше задачи также решаются с помощью транспортного средства, содержащего бурильное устройство, данное транспортное средство может являться самоходным транспортным средством. Транспортное средство может являться буровой установкой, предназначенной для горных работ.

Согласно аспекту изобретения создается компьютерная программа для зажимания бурильным устройством средства бурильной колонны для удаления бурильного инструмента из средства бурильной колонны, при этом компьютерная программа содержит программный код, сохраняемый на машиночитаемом носителе, для выполнения этапов способа по любому из пп.1-6 формулы изобретения, когда компьютерная программа работает в электронном блоке управления, связанном с бурильным устройством.

Программное обеспечения, содержащее программный код для установки в нужное положение бурильного устройства, можно легко обновлять или заменять. Дополнительно, различные части программного обеспечения можно заменять независимо друг от друга. Данная модульная конфигурация является предпочтительной по перспективе эксплуатации.

Согласно аспекту изобретения создается компьютерный программный продукт, содержащий программный код, сохраняемый на машиночитаемом носителе, для выполнения этапов способа по любому из пп.1-6 формулы изобретения, когда компьютерная программа работает в электронном блоке управления, связанном с бурильным устройством.

Другие задачи, преимущества и новые признаки настоящего изобретения должны стать понятны специалисту в данной области техники из следующих технических признаков и во время практической реализации изобретения. Хотя изобретение описано в следующей формуле изобретения, следует отметить, что изобретение не ограничивается данными признаками, дополнительные варианты осуществления и комбинации описанных вариантов осуществления являются возможными. Например, бурильное устройство по существу может содержать дистанционно управляемое транспортное средство, транспортирующее оборудование к назначенному месту работ. Транспортное средство может выполняться для автономного управления. Например, канал связи может являться физической линией, такой как оптоэлектронная линия связи, или не физической линией, такой как беспроводное соединение, например каналом радиосвязи или микроволновой связи.

Краткое описание чертежей

Для понимания настоящего изобретения, его дополнительных задач и преимуществ ниже приведено подробное описание, которое следует читать с прилагаемыми схематичными чертежами, где аналогичные позиции принадлежат аналогичным частям на разных фигурах, на чертежах показано следующее.

На фиг.1 показано транспортное средство, несущее бурильное устройство согласно варианту осуществления изобретения.

На фиг.2 показано транспортное средство фиг.1 во время установки в нужное положение бурильного устройства.

На фиг.3 показанo зажимное средство бурильного устройства согласно варианту осуществления изобретения.

На фиг.4a-4h показаны этапы удаления бурильного инструмента из бурильной колонны согласно аспекту изобретения.

На фиг.5 показан аспект изобретения, в котором выполняется так называемое бурение восстающей выработки.

На фиг.6a-6f показан аспект изобретения более детально.

На фиг.7a-7c показан вариант осуществления рычажного механизма.

На фиг.8 показаны зажимное средство и исполнительный механизм согласно аспекту изобретения.

На фиг.9a-9j показаны различные аспекты изобретения.

На фиг.10a-10b показаны блок-схемы последовательности операций способов согласно различным аспектам изобретения.

На фиг.11 показан блок управления согласно варианту осуществления изобретения.

Подробное описание фигур

Детали, не существенные для изобретения, исключены в чертежах для ясности последних. Соответствующие детали на разных фигурах могут быть показаны отличающимися ссылочными позициями.

На фиг.1 показано транспортное средство 1. Показанное в качестве примера транспортное средство 1 согласно варианту осуществления является буровой установкой 3 для горных работ. Транспортное средство 1 является автотранспортным средством на четырех колесах 5, оборудованным бурильным устройством 7. Бурильное устройство 7, показанное на фиг.1, находится в транспортном положении для перевозки бурильного устройства 7 на позицию бурения под землей (например, выработки, туннеля и т.д.).

На фиг.2 показано транспортное средство 1 фиг.1 во время установки в нужное положение бурильного устройства 7. Бурильное устройство 7 установлено в нужном положении между двумя стенами 9 пространства 11, при этом выдвижение бурильного устройства 7 ориентируется в направление ствола скважины.

Транспортным средством 1 согласно данному варианту осуществления управляет оператор (не показано) с помощью первого блока 100 управления. Линия связи между бурильным устройством 7 и блоком 100 управления показана ссылочной позицией L100. Второй блок 110 управления выполнен для поддержания связи с первым блоком 100 управления и является внешним блоком управления, применяемым для загрузки программного обеспечения в первый блок 100 управления через линию L110, которая является частью внутренний сети в транспортном средстве 1.

Оператор управляет четырьмя опорными ногами 13 (только две показаны) для закрепления в упор к участкам 9 стен. Приводное средство 15 в виде двух гидравлических цилиндров 17 двойного действия соединено с опорными ногами 13. Между гидравлическими цилиндрами 17 расположен двигательный блок 19, шарнирно установленный с сектором поворота на 180 градусов, причем двигательный блок 19 содержит редуктор и один расположенный на приводной головке 20 зажимной патрон (не показано). Оператор управляет приводной головкой 20 для поворота в первое концевое положение, при этом зажимной патрон обращен к позиции бурения первого ствола скважины и блок 100 управления блокирует приводную головку 20 в первом положении. Первый бурильный инструмент (не показано) с помощью свинчивания сцеплен с зажимным средством на одном конце и с буровым долотом (не показано) на своем другом конце. Установка бурильного инструмента выполняется оператором с помощью блока 100 управления. Блок 100 управления затем обеспечивает под контролем оператора приведение в действие бурового долота и непрерывную проверку гидравлического давления, как подаваемого в гидравлические цилиндры 17, так и приводящего во вращение двигательный блок 19 приводной головки 20 для вращения бурового долота. Блок 100 управления управляет работой бурильного устройства 7 с помощью управляющих сигналов, передаваемых по каналу L100. Второй бурильный инструмент (не показано) навинчивается на первый бурильный инструмент, и следующие бурильные инструменты продолжают навинчивать по мере выполнения буровым долотом проходки горной породы.

Установка бурильного инструмента (не показано) выполняется последовательно оператором с помощью блока управления. Блок 100 управления непрерывно управляет приведением в действие бурового долота и одновременно проверяет гидравлическое давление для гидравлических цилиндров 17 и двигательного блока 19. Во время расширения ствола скважины бурильная колонна вытягивается в направлении бурильного устройства 7, при этом следующие друг за другом бурильные инструменты должны по одному отвинчиваться от бурильной колонны, а также отвинчиваться от зажимного патрона приводной головки 20. Для раскрепления на каждом этапе отвинчивания бурильного инструмента (может также являться бурильной трубой или т.п.) выполняется удержание бурильного инструмента, который соединен с бурильным инструментом, ближайшим к приводной головке 20. Бурильный инструмент, который подлежит удалению и который является ближайшим к приводной головке 20, вначале отвинчивается от зажимного патрона. Данное получают благодаря удержанию бурильного инструмента, смежного с ним, от вращения относительно ствола скважины, бурение которой ведется с помощью блокирующего средства. При этом зажимной патрон должен отвинчиваться во время своего вращения от бурильного инструмента. Направление вращения является противоположным направлению вращения для бурения. За указанным следует этап отвинчивания бурильного инструмента, ближайшего к приводной головке 20 от смежного бурильного инструмента. Указанное выполняется с помощью удержания от вращения относительно зажимного патрона бурильного инструмента, смежного с приводной головкой 20, с помощью зажимного средства 21, при этом зажимной патрон во время своего вращения вращает данный бурильный инструмент так, что инструмент отвинчивается от смежного бурильного инструмента. Теперь, когда бурильный инструмент, расположенный ближе всего к приводной головке 20, высвобожден на двух своих концах, инструмент удаляется и приводная головка 20 перемещается к свободному концу следующего бурильного инструмента, и зажимной патрон навинчивается на него. Расширение скважины или подъем бурильной колонны продолжается, и процедура повторяется до отсоединения последнего бурильного инструмента.

На фиг.3 показано в изометрии зажимное средство 21 бурильного устройства 7 согласно варианту осуществления изобретения. Зажимное средство 21 состоит из корпуса 23 трубной муфты и кольцевого элемента 25, перемещающегося в осевом направлении Х, смонтированного на оси вокруг корпуса трубной муфты. Корпус 23 трубной муфты содержит центральное сквозное отверстие 27, выполненное с внутренними шлицами 29. Отверстие 27 снабжено вращательно закрепленным и выполненным с возможностью перемещения в осевом направлении Х зажимным патроном (не показано) приводной головки (не показано), имеющим наружные шлицы для сцепления сo шлицами 29. Зажимной патрон в свою очередь смонтирован на оси с возможностью аксиального перемещения и вращательно закреплен своими наружными шлицами, сцепленными со шлицами вращающего приводного средства приводной головки, при этом приводное средство соединяется с редуктором бурильного устройства 7 (не показано). С помощью канавок под пружинные кольца (не показано) в корпусе 23 трубной муфты вместе со средством обнаружения положения бурильного инструмента (не показано), бурильные инструменты разных типов и марок можно применять для бурильного устройства 7.

Рычажный механизм 31 шарнирно смонтирован на оси Y, проходящей поперечно осевому направлению X. Функцией рычажного механизма 31 является удержание в нужном положении и направление кольцевого элемента 25, охватывающего окружность корпуса 23 трубной муфты, и с помощью кольцевого элемента 25 управление перемещением зажимного средства 21 вдоль бурильного инструмента (не показано) и воздействие на закрепляющее средство 33 зажимного средства для получения вращательно закрепленного соединения между зажимным средством 21 и бурильным инструментом.

На фиг.4a-4h схематично показаны этапы удаления бурильного инструмента 35 из бурильной колонны 36 согласно одному аспекту изобретения. На фиг.4a показано бурильное устройство 7, закрепленноe в горизонтальной выработке с помощью опорной ноги 13 и гидравлической системы (не показано, но условно обозначено пунктирной линией). Бурильное устройство 7 содержит приводную головку 37 для вращения снабженного внутренней резьбой зажимного патрона 39, выполненного с возможностью перемещения в осевом направлении Х, и зажимное средство 21, выполненное вращательно закрепленным, окружающее зажимной патрон 39, и с возможностью перемещения в осевом направлении Х.

Зажимной патрон 39 конструктивно исполнен для навинчивания отвинчивания бурильного инструмента 35. Зажимное средство 21 смонтировано на оси вокруг зажимного патрона 39 и средство 42 исполнительного механизма в виде предварительно нагруженной работающей на сжатие пружины 41 выполнено для приведения в действие трубной муфты (не показано) зажимного средства 21.

На фиг.4a показано бурильное устройство 7, вращающее бурильную колонну 36 для бурения ствола 43 скважины. В данном случае выполняется расширение с помощью расширителя 45. Направление ME вращения для бурения показано по часовой стрелке.

На фиг.4b показан этап, где бурильный инструмент 35', навинченный на бурильный инструмент 35, удерживается с помощью блокирующего средства в виде трубного ключа 47, который удерживает и несет бурильную колонну 36 и расширитель 45. Зажимной патрон 39 вращается против часовой стрелки в направлении MO, и конец 38 бурильного инструмента 35, обращенный к приводной головке 37, отвинчивается от зажимного патрона 39.

На фиг.4c показано, что вращение остановлено и предварительно нагруженная работающая на сжатие пружина 41 расположена для перемещения зажимного средства 21 из начального положения U (см. фиг.4a) зажимного средства 21, смежного с приводной головкой 37 в первом направлении от приводной головки 37 вдоль осевого направления X. Таким способом получают надежное выталкивание зажимного средства 21 поверх выемок 51 на конце 38 бурильного инструмента 35.

На фиг.4d показан этап, на котором закрепляющее средство 33 зажимного средства 21 вдавливается в свою соответствующую выемку 51 для получения вращательно закрепленного соединения между зажимным средством 21 и бурильным инструментом 35. Зажимной патрон 39 затем вновь поворачивается против часовой стрелки, как показано на фиг.4e, при этом зажимное средство 21 отвинчивает бурильный инструмент 35 от навинченного бурильного инструмента 35', удерживаемого трубным ключом 47. Во время такого отвинчивания бурильный инструмент 35 толкается в направлении к приводной головке 37 и шлицы показанного на фиг.3 типа обеспечивают перемещение зажимного патрона 39 в аксиальном направлении к приводной головке 37. Одновременно выполняется вращение вращательно закрепленного зажимного патрона 39 для получения вращения бурильного инструмента 35 и указанного отвинчивания.

На фиг.4f показан этап, на котором гидравлический механизм (не показано) действует на зажимное средство 21 в направлении, противоположном упругой силе предварительно нагруженной пружины 41 для перемещения закрепляющего средства 33 в направлении X к приводной головке 37 после того, как закрепляющее средство вытянуто из выемки 51. Когда зажимное средство 21 переместилось к приводной головке 37, бурильный инструмент 35 можно удалить, как показано на фиг.4g.

На фиг.4h показано наконец, как бурильное устройство 7 устанавливается в положении смежно прежде навинченному бурильному инструменту 35', который теперь составляет первый бурильный инструмент. Зажимной патрон 39 навинчивается на бурильный инструмент 35', и расширение продвигается на расстояние D, соответствующее длине бурильного инструмента 35, 35'. Способ повторяется с этапа, показанного на фиг.4a.

На фиг.5 показан аспект изобретения, в котором выполняется так называемое бурение восстающей выработки. Данный вариант осуществления относится к этапу, на котором бурильное устройство 7 вращается с резьбой зажимного патрона 39, обращенной вверх (для бурения из горизонтальной выработки под землей в направлении к земной поверхности). Средство 42 исполнительного механизма в виде двух пружин 41' обеспечивает перемещение зажимного средства 21 в направлении от приводной головки 37 для осуществления блокирования зажимного средства 21 в упор к выемкам 51 бурильного инструмента 35. Блокирующее средство в виде трубного ключа 47' удерживает бурильную колонну 36 и расширитель 45.

Бурильное устройство 7 подвешивается в несущем устройстве (не показано), содержащем приводное средство (не показано) (например, гидравлическую систему), для подачи приводной головки 37 в осевом направлении Х. Поворотный механизм 60 выполнен с возможностью поворота приводной головки на 180 градусов вокруг оси, проходящей ортогонально осевому направлению X. Поворот на 180 градусов выполняется из первого положения, где ось вращения зажимного патрона 39 (а также оси приводной головки 37 или бурильного инструмента 35) соответствует осевому направлению X, во второе положение, где ось вращения зажимного патрона 39 фактически также соответствует данному осевому направлению.

Данное функционирование в соединении с бурильным устройством 7 обеспечивает высокоэффективное бурение восстающей выработки. Предпочтительно данное функционирование и удаление бурильного инструмента выполняется полуавтоматически, и блок 100 управления (показанный на фиг.2) обеспечивает работу способа с управлением оператором. Как зажимное средство 21, так и поворотный механизм 60 при этом выполняются для поддержания связи сигналами с блоком 100 управления. Когда проходка первого ствола скважины закончена, бурильные инструменты 35, 35' последовательно отсоединяются друг от друга. Инструменты отвинчиваются друг от друга с направлением вращения, противоположном направлению вращения во время бурения 36 бурильной колонны под контролем блока 100 управления. Когда последний бурильный инструмент удален из зажимного патрона 39, приводная головка 37 поворачивается на 180 градусов вокруг оси Y, проходящей поперечно направлению рабочего перемещения гидравлических цилиндров (не показано), т.e. поперечно направлению ствола скважины или поперечно продольному выдвижению гидравлических цилиндров. Поворот выполняется из положения, в котором направление оси вращения приводной головки 37, совмещенном с продольным направлением бурильного инструмента 35, соответствует направлению или выдвижению гидравлических цилиндров. Приводная головка 37 при этом поворачивается из положения, в котором ось центра вращения приводной головки 37 параллельна направлению рабочего перемещения гидравлического цилиндра. Таким образом оператор управляет приводной головкой 37 для поворота во второе концевое положение, в котором зажимной патрон 39 обращен к позиции для подлежащего бурению второго ствола скважины, и блок 100 управления обеспечивает блокирование приводной головки 37. Первый бурильный инструмент (не показано) вновь навинчивается на зажимной патрон 39, и буровое долото начинает проходку второй скважины в другом направлении.

На фиг.6a-6f аспект изобретения показан более подробно. На фиг.6a показана приводная головка 37, содержащая зажимной патрон 39. Зажимной патрон 39 вращательно закреплен и смонтирован на оси с возможностью перемещения на приводном блоке 53 приводной головки 37. Пружинный узел 41'' (показаны только две пружины) средства 42 исполнительного механизма расположен между приводным блоком 53 и зажимным средством 21 для активного и прямого приведения в действия на кожухе 22 зажимного средства 21. Зажимное средство 21 содержит трубную муфту 24, образованную кожухом 22, который вращательно закреплен и смонтирован на оси на зажимном патроне 39 и который выполнен с возможностью перемещения в аксиальном направлении. Трубная муфта 24 имеет останавливающее средство 40 в виде краевого фланца 40. Зажимное средство 21 дополнительно содержит кольцо 25', выполненное с пазом 55, в данном пазу 55 шарнирный элемент 57 выполнен с возможностью вводить кольцо 25' в осевом направлении Х. На фиг.6а дополнительно показан первый бурильный инструмент 35, привинченный к зажимному патрону 39. Бурильный инструмент 35 имеет две выемки 51. Выемки 51 каждая выполнена с плоскими поверхностями, в упор к поверхностям может вставать закрепляющее средство 33 в виде блоков 59 для блокирования и удержания бурильного инструмента 35 с помощью зажимного средства 21. Кольцо 25' взаимодействует с качающимися рычагами 61 для приведения в действие блоков 59.

На фиг.6b показано, как пружинный узел 41'' средства 42 исполнительного механизма действует на зажимное средство 21 в направлении к выемке 51. Резьба бурильного инструмента 35, обращенная к приводному блоку 53, вывинчена из зажимного патрона 39. Рычажный механизм (не показано) выполнен с возможностью действовать на кольцо 25' при перемещении поверх качающихся рычагов 61 для вставления блоков 59 в выемки 51 бурильного инструмента 35, как показано на фиг.6c.

На фиг.6c также показано инициированное отвинчивание бурильного инструмента 35 от других бурильных инструментов бурильной колонны (не показано). Зажимное средство 21 вращательно закреплено и соединено с возможностью перемещения с зажимным патроном 39 с помощью средства сцепления (например, шлицов) и удерживает бурильный инструмент 35, данный бурильный инструмент 35 вращается вместе с зажимным средством 21 и зажимным патроном 39, при этом бурильный инструмент 35' бурильной колонны 36, ближайший к бурильному инструменту 35, блокирован блокирующим средством (например, трубным ключом 47 на фиг.4b).

На фиг.6d показано, как зажимное средство 21 перемещается в направлении к приводному блоку 53 вместе с бурильным инструментом 35 во время отвинчивания бурильного инструмента 35 от бурильной колонны (не показано). Пружинный узел 41'' должен теперь сжиматься (опираясь на вращающуюся часть приводного блока 53) и занимать положение для предварительного нагружения. Такое автоматически получающееся предварительное нагружение в процессе испытаний, выполненных заявителем, подтвердило эффективность во время горных работ, поскольку механизмы для действия на зажимное средство 21 при этом можно изготавливать менее массивными, чем в известных бурильных устройствах. Бурильные устройства с уменьшенными габаритами являются предпочтительными в горных работах, поскольку разработка горизонтальных выработок с большими размерами является дорогостоящей.

На фиг.6d также показано согласно данному описанному варианту осуществления, как блоки 59 расположены в сцеплении с выемкой 51. В данном положении удержания после перемещения бурильного инструмента 35 в направлении к приводному блоку 53 краевой фланец 40 должен вставать в упор к блокам 59 (или закрепляющему средству 33), при этом кольцо 25' удерживается в положении в упор к блокам 59 и не соскальзывает с них. Поскольку значительные усилия требуются для удержания бурильного инструмента 35 во время отделения бурильных инструментов друг от друга, является важным, что кольцо 25' упирается в качающиеся рычаги 61, расположенные на одной прямой с блоками 59.

Данное решение с краевым фланцем 40, направляющим кольцо 25' в положение установки относительно блоков 59 обеспечивает выполнение кольца 25' с относительно небольшими размерами, если смотреть в осевом направлении Х, что в свою очередь означает возможность создания бурильного устройства 7 с габаритами меньше, чем у известных бурильных устройств.

На фиг.6e показано, как кольцо 25', после получения отвинчивания бурильного инструмента 35 от смежных бурильных инструментов, перемещается до второго края 40' кожуха 22 трубной муфты 24, при этом отсоединяя блоки 59 от выемок 51. Рычажный механизм (не показано) с пневматическим приводом сцепляется с зажимным средством 21 и направляет его назад к приводному блоку 53, как показано на фиг.6f, при этом пружинный узел 41'' дополнительно предварительно напрягается, занимая свое начальное положение U.

На фиг.7a-7c показан один аспект изобретения, здесь рычажный механизм 65 выполнен с возможностью поворота вокруг оси 66, проходящей поперечно продольной оси X. Согласно данному аспекту рычаг 67 направляет кольцевой элемент 25'' поверх двух качающихся рычагов 69, совершая их поворот и удержание бурильного инструмента 35 с помощью гидравлического цилиндра 71. Средство 42 исполнительного механизма в виде четырех пружин 41''' (только две показаны) уже ранее сместило зажимное средство 21 в направлении от приводной головки 37. В данном положении инициируется отвинчивание бурильного инструмента 35 с вращением зажимного патрона 39.

Наружные шлицы на поверхности зажимного патрона 39 сцепляются с внутренними шлицами трубной муфты 24 зажимного средства. Рычажный механизм 65 следует на фиг.7b перемещению бурильного инструмента 35 к приводной головке 37, поскольку бурильный инструмент 35 должен перемещаться к приводной головке 37, при отвинчивании от привинченного бурильного инструмента (например, позиция 35' на фиг.4e). На фиг.7c показано в качестве примера, как рычаг 67 рычажного механизма 65 толкает зажимное средство 21 назад к приводной головке 37 и при этом предварительно нагружает четыре пружины 41''' до начального положения U. В данном положении также блоки 59 являются свободными и бурильный инструмент 35 можно удалять из бурильного устройства 7 вручную или автоматически с помощью управляющего рычага (не показано).

На фиг.8 показано зажимное средство 21 согласно дополнительному варианту осуществления изобретения. Зажимное средство 21 содержит трубную муфту 24', имеющую внутренний центральный проход 27'. Проход 27' выполнен со шлицами 29. Уплотнительное средство в виде уплотнительной шайбы 73 расположено на боковой стороне трубной муфты 24', обращенным от приводной головки 37. Зажимное средство 21 направляется в нужное положение вдоль продольной оси X так, что шайба 73 устанавливается плотно прилегающей по меньшей мере рядом с выемкой 51 бурильного инструмента 35.

На фиг.9a схематично показано средство 42 исполнительного механизма в виде гидравлических цилиндров H. На фиг.9b схематично показано средство 42 исполнительного механизма в виде соединенных пружинного элемента 41''' и пневматических цилиндров H.

На фиг.9c схематично показано средство 42 исполнительного механизма в виде расположенного центрально вокруг продольной оси упругого резинового сильфона 41'''', в котором нагнетается давление для приведения в действие на зажимном средстве 21. На фиг.9d схематично показано средство 42 исполнительного механизма, содержащее рычаг 68, приводимый в действие работающей на растяжение пружиной 41'''''.

На фиг.9e схематично показано средство 42 исполнительного механизма, в котором пружинный элемент 80 рычажного механизма 65 расположен между коротким рычагом K и длинным рычагом L. Цилиндр C, содержащий поршень и шток, выполнен действующим на короткий рычаг К, который, в свою очередь, с помощью пружинного элемента 80 действует на длинный рычаг L, поддерживающий зажимное средство 21. Из начального положения U пружинный элемент 80 действует первым и нажимает на длинный рычаг L в направлении от короткого рычага K так, что зажимное средство 21 оказывается в положении для сцепления (не показано) вокруг бурильного инструмента (не показано). Затем цилиндр C приводится в действие для втягивания, при этом короткий рычаг K поворачивается, при этом сжимая пружинный элемент 80. В данном положении, показанном на фиг.9f, также короткий рычаг K отсоединяется от длинного рычага L, при этом зажимное средство 21 получает достаточную степень свободы для перемещения F вдоль осевого направления X с помощью длинного рычага L.

На фиг.9g схематично показано средство 42 исполнительного механизма, содержащее рычажный механизм 65 и пружины 41 согласно одному аспекту изобретения. Рычажный механизм 65 содержит первый рычаг 67, соединенный со вторым рычагом 70. Пружинный элемент 80 расположен между двумя рычагами 67, 70 рычажного механизма. Первый рычаг 67 рычажного механизма соединен с зажимным средством 21 и кольцевым элементом 25, расположенным на нем, а второй рычаг 70 рычажного механизма одним своим концом соединен с гидравлическим цилиндром 71. Пружины 41 обеспечивают перемещение трубной муфты 24 зажимного средства 21 в направлении от приводной головки 37, при этом первый рычаг 67 рычажного механизма также перемещается. Цилиндр 71 также соединен через проушину S с первым рычагом 67 рычажного механизма так что, когда цилиндр 71 вытягивается в направлении P1, передний конец A первого рычага 67 рычажного механизма перемещается в противоположном направлении (см. фиг.9h).

Поскольку первый рычаг 67 рычажного механизма соединяется с кольцевым элементом 25, кольцевой элемент 25 должен перемещаться в направлении P3 от приводной головки 37. Когда трубная муфта 24 пробуксовывает на пружинном стопорном кольце SR на зажимном средстве приводной головки 37'', второй рычаг 70 рычажного механизма "активируется" с помощью цилиндра 71, при этом второй рычаг 70 рычажного механизма перемещается в направлении к первому рычагу 67 рычажного механизма и пружинный элемент 80 сжимается. При этом пружинный элемент 80 толкает первый рычаг 67 рычажного механизма и обеспечивает дополнительное выталкивание кольцевого элемента 25 в направлении от приводной головки 37. Кольцевой элемент обеспечивает, в свою очередь, установку подстраивающих средств (не показано) в правильное положение. На фиг.9i схематично показаны первый рычаг 67 рычажного механизма, отсоединенный от второго рычага 70 рычажного механизма, и цилиндр 71, действующий в направлении P4 на второй рычаг 70 рычажного механизма, при этом пружинный элемент сжимается и кольцевой элемент с усилием прижимается поверх подстраивающего средства.

Таким образом на фиг.9g-9i схематично показан цилиндр 71, который применяетcя для "активирования" или "деактивирования" зажимного средства 21 с помощью перемещения кольцевого элемента 25. Цилиндр 71 также применяется согласно некоторому аспекту для позиционирования уплотнительного средства в виде изолирующей мембраны (позиция 73 на фиг.8). Такое позиционирование может дать в результате дополнительное перемещение в 20-30 мм для сцепления с герметизируемой поверхностью бурильного инструмента в зависимости от величины, введенной в блок управления для применяемого в данный момент бурильного инструмента. Пружинное средство 41 обеспечивает постоянное поджатие зажимного средства 21 в упор к кольцевому элементу 25, пока зажимное средство 21 находится в правильном положении на зажимном патроне 39 приводной головки 37. Второй рычаг 70 рычажного механизма затем нажимает на первый рычаг 67 рычажного механизма, при этом закрепляющее средство вдавливается в средство бурильной колонны. Кольцевой элемент 25, приводимый в действие как цилиндром 71, так и пружинным элементом 80 и в соединении со вторым рычагом 70 рычажного механизма обеспечивает функцию "самоустанавливания". Высоту (в осевом направлении Х) зажимного средства 21 можно при этом оптимизировать. Т.e., можно получить кольцевой элемент 25 с уменьшенным размером в направлении оси Х, поскольку кольцевой элемент 25 всегда оптимально устанавливается.

Первый рычаг 67 рычажного механизма приводится в действие гидравлическим цилиндром 71 для перемещения трубной муфты 24 в направлении от приводной головки 37 с помощью кольцевого элемента 25, соединенного с первым рычагом 67 рычажного механизма. Разъемное соединение между гидравлическим цилиндром 71 и концом первого рычага 67 рычажного механизма, обращенным от трубной муфты 24, обеспечивает отсоединение, когда второй рычаг 70 рычажного механизма с помощью первого рычага 67 рычажного механизма активно удерживает трубную муфту 24 в нужном положении во время отвинчивания бурильного инструмента 35 от смежного бурильного инструмента 35'. Особенно важным во время отвинчивания является предотвращение помех втягиванию гидравлического цилиндра 71. Второй рычаг 70 рычажного механизма также обеспечивает приложение достаточно большого крутящего момента и, следовательно, силы позиционирования на кольцевой элемент 25 для удержания качающихся рычагов стоящими в упор к закрепляющему средству в виде блоков, упирающихся в краевой фланец 40 зажимного средства 21.

Один аспект может состоять в том, что второй рычаг 70 рычажного механизма при этом толкает первый рычаг 67 рычажного механизма и, следовательно, трубную муфту 24 в направлении от приводной головки 37 с помощью упирания кольцевого элемента 25 в краевой фланец 40 (см. фиг.8) зажимного средства 21, и пружинный элемент 80, расположенный между вторым рычагом 70 рычажного механизма и первым рычагом 67 рычажного механизма, обеспечивает плавное и упругое перемещение первого рычага 67 рычажного механизма в сцеплении с кольцевым элементом 25.

На фиг.9j схематично показано пружинное средство 41, напрямую соединенное с рычагом 67 рычажного механизма в отсутствие более короткого рычага (например, позиция 70 на фиг.9i). Данное обеспечивается благодаря гибкому соединению цилиндра 71 (возможно толкающим штоком, концом стержневого поршня или проушиной цилиндра) с концом рычага 67 рычажного механизма, который в положении FL перемещается в удлиненном отверстии проушины цилиндра.

На фиг.10a показана блок-схема последовательности этапов способа согласно одному аспекту изобретения. Первым этапом является старт. Способ дополнительно содержит относящееся к бурильному устройству 7 зажимание средства 36 бурильной колонны для удаления бурильного инструмента 35 из средства 36 бурильной колонны. Способ содержит этап 202 обеспечения удержания средства 36 бурильной колонны; обеспечение вращения на этапе 203 приводной головкой 20, 37, расположенной на бурильном устройстве 7 для отвинчивания бурильного инструмента 35 от приводной головки 20, 37; обеспечение средством 42 исполнительного механизма перемещения на этапе 204 зажимного средства 21 из начального положения в аксиальном направлении от приводной головки 20, 37; и удержание на этапе 205 бурильного конца, расположенного ближайшим к приводной головке 20, 37, в положении удержания с помощью зажимного средства 21 и его отвинчивание на этапе 206 от остальной части средства 36 бурильной колонны.

На фиг.10b показана блок-схема последовательности этапов способа, где этап 302 содержит обеспечение удержания средства 36 бурильной колонны, обеспечение вращения приводной головки 20, 37, расположенной на бурильном устройстве 7, для отвинчивания бурильного инструмента 35 от приводной головки 20, 37, обеспечение перемещения средством 42 исполнительного механизма для установления от начальной позиции U в осевом направлении Х зажимного средства 21 в направлении от приводной головки 20, 37, удержание бурильного конца, расположенного ближайшим к приводной головке 20, 37 в удерживающем положении с помощью зажимного средства 21, и отвинчивание бурильного инструмента 35 от остальной части средства 36 бурильной колонны.

На фиг.11 показан блок управления согласно варианту осуществления изобретения. В данном документе показана схема варианта осуществления блока 400. Блоки 100 и 110 управления, описанные выше и показанные на фиг.2, представляют собой согласно данному варианту осуществления блок 400. Блок 400 содержит энергонезависимое запоминающее устройство 401, блок 402 обработки данных и оперативное запоминающее устройство 403. Энергонезависимое запоминающее устройство 401 имеет первый участок 404 памяти, в котором хранится компьютерная программа P, например операционная система, для управления функциями блока 400. Дополнительно, блок 400 содержит шинный контроллер, порт последовательной связи, блок ввода-вывода, аналого-цифровой преобразователь, блок ввода и передачи времени и даты, счетчик событий и контроллер прерываний (не показано). Энергонезависимое запоминающее устройство 401 также имеет вторую часть 405 памяти.

Создается компьютерная программа P, содержащая стандартные программы для удаления бурильного инструмента 35 из бурильной колонны 36 одного за другим последовательно согласно варианту осуществления. Программа P содержит стандартные программы для регулирования гидравлического давления средства 42 исполнительного механизма для регулирования в данном отношении аксиального усилия на зажимном средстве 21. Программа P дополнительно содержит стандартные программы для отсоединения зажимного средства 21 для перемещения от приводной головки 37 и для изменения направления вращения зажимного патрона 39 и остановки вращения. Аналогично, программа P содержит стандартные программы для установки в нужное положение приводной головки 37 на свободном конце 36 бурильной колонны, навинчивания зажимного патрона 39, обратного перемещения бурильной колонны 36 из ствола скважины и зажимания бурильной колонны 36 согласно способу, описанному в данном документе. Программа P в данном варианте осуществления сохраняется в виде выполнимой программы или в виде сжатой программы в запоминающем устройстве и/или в оперативном запоминающем устройстве 406.

Когда описывается, что блок 402 обработки данных выполняет конкретную функцию, понятно, что блок 402 обработки данных выполняет конкретную часть программы P, которая сохраняется в запоминающем устройстве 406, или некоторую часть программы P, которая сохраняется в оперативном запоминающем устройстве 403. блок 402 обработки данных может поддерживать связь с портом последовательной связи через шину 407 передачи данных. Энергонезависимое запоминающее устройство 401 предназначено для поддержания связи с блоком 402 обработки данных через шину 408 передачи данных. Отдельное запоминающее устройство 406 предназначено для поддержания связи с блоком 402 обработки данных через шину 409 передачи данных. Оперативное запоминающее устройство 403 выполнено с возможностью поддержания связи с блоком 402 обработки данных через шину 410 передачи данных. С портом последовательной связи могут, например, соединяться каналы L100 и L101 (см. фиг.2).

Когда данные принимаются на порт последовательной связи, они временно сохраняются во втором участке 405 запоминающего устройства. Когда принятые входные данные временно сохранены, блок 402 обработки данных готовится к выполнению программы способом, описанным выше.

Согласно одному варианту осуществления сигналы, принятые на порт последовательной связи, содержат информацию по текущему гидравлическому давлению гидравлического цилиндра средства 42 исполнительного механизма и гидравлическому давлению для обеспечиваемого с помощью вращения приводной головки 37 вращения бурильной колонны 36 и противоположного вращения для отсоединения.

Согласно одному варианту осуществления сигналы, принятые на порт данных, содержат информацию по завершенному отсоединению бурильного инструмента 35 или, во время бурения, по текущему положению выемки бурильного инструмента 35 для позиционирования уплотнения. Информацию могут собирать подходящие датчики или ее можно вводить вручную в первый блок управления с помощью сенсорного экрана (не показано). Принимаемые на порт DP сигналы данных могут использоватьcя блоком 400 для управления гидравлическим давлением на основе измеренных текущих величин. Этапы описанных способов выполняются блоком управления с помощью блока 402 обработки данных, который применяет программу P, сохраняемую в запоминающем устройстве 406 или оперативном запоминающем устройстве 403, и когда блок 400 исполняет указанную программу, выполняются указанные способы.

Изобретение точно определяется приведенной ниже формулой изобретения. Следует отметить, что изобретение не ограничено признаками в формуле изобретения, но дополнительные варианты осуществления и комбинации описанных вариантов осуществления являются возможными. Например, бурильное устройство может содержать дистанционно управляемое транспортное средство, перемещающее оборудование в проектное место. Транспортное средство может выполняться с автономным управлением. Например, канал связи может являться физической линией, такой как оптоэлектронная линия связи, или не физической линией, такой как беспроводное соединение, например радио или микроволновой канал связи. Удаление бурильного инструмента одного за другим может выполняться полностью автоматически, полуавтоматически или вручную. Бурение может являться бурением восстающей выработки или другим бурением с расширением, где выполняется соединение пространства с двумя другими пространствами и пространства расположены в одной плоскости, горизонтально, вертикально или промежуточно. Останавливающее средство может, в дополнение к выполнению в виде фланца или концевого края зажимного средства, выполняться в виде останавливающих заплечиков или выступов трубной муфты в составе зажимного средства. Закрепляющему средству, например блокам или клиньям, предпочтительно придаются размеры, обеспечивающие плотное прилегание имеющихся выемок в бурильном инструменте для стыковки. Средство исполнительного механизма может, в дополнение к включению в состав пружин или одной пружины, выполняться с толкателем с приводом от двигателя для получения перемещения в аксиальном направлении. Привод может являться электрическим, пневматическим или гидравлическим. Аналогично, магнитное средство или электромагнитное средство может достигать начального перемещения. Например, начальное перемещение зажимного средства может аналогично начинаться из начального положения в направлении от приводной головки, выполняться силой пружины и с помощью рычажного устройства, приводимого в действие гидравлическим цилиндром. Средство исполнительного механизма может крепиться к кожуху приводной головки, не вращающейся вокруг оси вращения зажимного средства и вращающейся вместе с зажимным патроном и зажимным средством вокруг оси вращения. Средство исполнительного механизма может закрепляться в упор к редуктору приводной головки или кожуху привода. Средство может аналогично крепиться к другим основаниям для закрепления при перемещении зажимного средства в направлении от приводной головки и из начального положения. Определение бурильного инструмента бурильной колонны может также являться синонимичным с бурильной трубой, "трубой" или т.п.

Бурение восстающей выработки часто применяется для проводки стволов, таких как стволы шахт и/или стволов, пройденных снизу между первым, вторым и третьим пространством. С помощью бурения восстающей выработки пространства на разных уровнях или горизонтально лежащие пространства в горной разработке можно соединять для создания связи, с которой можно, например, устроить вентиляцию, транспорт или подъем материалов. Обычно вначале бурится пилотная скважина в первом направлении от бурильного устройства. Гидроцилиндры двустороннего действия применяются для подачи вращательной приводной головки. При этом создается сила давления, которая давит на буровое долото в направлении от бурильного устройства, и движущая сила в противоположном направлении для отвода назад бурового долота. Данную движущую силу можно, например, применять для дополнительного расширения скважины при движении назад к бурильному устройству. Бурильная колонна имеет звенья с бурильным инструментом, бурильными штангами, бурильными трубами и т.д., данные звенья постепенно наращиваются или убираются в зависимости от направления подачи.

Бурильная колонна имеет на одном конце буровое долото или т.п. для выполнения скважины. После втягивания бурильные инструменты отсоединяются друг от друга по одному. Различные закрепляющие механизмы серийно выпускаются и продаются сегодня для отсоединения бурильных инструментов друг от друга. Различные средства серийно выпускаются и продаются для прикрепления бурильного инструмента в упор к приводной головки, например зажимы, болтовые соединения, магниты и т.д.

Альтернативно, бурильное устройство согласно аспекту изобретения может дистанционно управляться, при этом оператор на расстоянии от бурильного устройства, например от земной поверхности, может управлять исполнением способа для удержания средства бурильной колонны и его удаления из бурильного устройства. Согласно другой альтернативе бурильное устройство может представлять собой дистанционно управляемое транспортное средство, оборудованное бурильным устройством, при этом оператор дистанционно управляет транспортным средством до места, назначенного для бурения, выполняет бурение и затем возврат. Согласно другой альтернативе бурильное устройство, содержащее носитель, может являться автономным, при этом от оператора требуется только запустить технологический процесс и процесс продолжается автоматически до завершения.

Группа изобретений относится к способу для зажима средства бурильной колонны, бурильному устройству, транспортному средству с указанным устройством, а также к машиночитаемому носителю. Технический результат заключается в обеспечении надежного и простого способа удаления бурильного инструмента из средства бурильной колонны. Бурильное устройство содержит приводную головку для приведения в действие зажимного патрона и зажимное устройство, окружающее зажимной патрон, вращательно закрепленное относительно зажимного патрона и выполненное с возможностью перемещения в осевом направлении. Зажимной патрон выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении и расположен в зацеплении с бурильным инструментом. В указанном способе обеспечивают удержание средства бурильной колонны с помощью блокирующего средства; осуществляют вращение зажимного патрона для скручивания бурильного инструмента от зажимного патрона. Затем смещают зажимное устройство в осевом направлении из начального положения в направлении от приводной головки с помощью средства исполнительного механизма, причем указанное перемещение содержит приведение в действие пружиной, и удерживают конец бурильного инструмента, расположенного ближайшим к приводной головке в положении удержания с помощью зажимного устройства. После этого осуществляют скручивание бурильного инструмента от остающегося средства бурильной колонны посредством вращения зажимного патрона и зажимного устройства. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Способ, относящийся к бурильному устройству (7), для зажима средства (36) бурильной колонны для удаления бурильного инструмента (35) от средства (36) бурильной колонны, в котором бурильное устройство (7) содержит приводную головку (20, 37) для приведения в действие зажимного патрона (39), при этом зажимной патрон (39) выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении (Х) и расположен в зацеплении с бурильным инструментом (35), и зажимное устройство (21), окружающее зажимной патрон (39), которое вращательно закреплено относительно зажимного патрона (39) и которое выполнено с возможностью перемещения в осевом направлении Х, включающий этапы, на которых:

- обеспечивают удержание средства (36) бурильной колонны с помощью блокирующего средства (47);

- осуществляют вращение зажимного патрона (39) для скручивания бурильного инструмента (35) от зажимного патрона (39);

- смещают зажимное устройство (21) в осевом направлении (X) из начального положения (U) в направлении от приводной головки (20, 37) с помощью средства (42) исполнительного механизма, при этом указанное перемещение содержит приведение в действие пружиной, и удерживают конец бурильного инструмента, расположенного ближайшим к приводной головке (20, 37), в положении удержания с помощью зажимного устройства (21); и

- осуществляют скручивание бурильного инструмента (35) от остающегося средства (36) бурильной колонны посредством вращения зажимного патрона (39) и зажимного устройства (21).

2. Способ по п. 1, в котором этап смещения зажимного устройства (21) в осевом направлении (X) включает в себя приведение в действие с помощью гидравлической и/или пневматической системы.

3. Способ по любому из пп. 1 или 2, в котором этап удержания бурильного инструмента (35) в положении удержания включает в себя ввод закрепляющего средства (33, 59) по меньшей мере в одну выемку (51) бурильного инструмента (35).

4. Способ по п. 3, в котором этап удержания бурильного инструмента (35) в положении удержания также включает в себя приведение закрепляющего средства (33, 59) в зацепление с останавливающим элементом (40) зажимного устройства (21) при скручивании бурильного инструмента (35) от остающегося средства (36) бурильной колонны.

5. Способ по п.1, в котором способ также содержит этап регулирования в осевом направлении (X) зажимного устройства (21) вместе с расположенным на нем уплотнительным средством (73), так что уплотнительное средство (73) не оканчивается на одном уровне с выемкой (51) бурильного инструмента (35) во время бурения.

6. Способ по любому из пп. 1 или 2, в котором средство (42) исполнительного механизма выполнено с возможностью смещения зажимного устройства (21) в направлении противоположном или по существу в направлении, противоположном силе тяжести.

7. Бурильное устройство, содержащее приводную головку (20, 37) для перемещения в осевом направлении (X) перемещаемого зажимного патрона (39), который расположен в зацеплении с бурильным инструментом (35) средства (36) бурильной колонны, и зажимное устройство (21), окружающее зажимной патрон (39), которое вращательно закреплено относительно зажимного патрона (39) и которое выполнено смещающимся в осевом направлении (X), причем зажимной патрон (39) предназначен для накручивания на и скручивания средства (36) бурильной колонны, отличающееся тем, что средство (42) исполнительного механизма выполнено с возможностью смещения зажимного устройства (21) в аксиальном направлении (Х) из начального положения (U) в направлении от приводной головки (20, 37) так, что зажимное устройство (21) удерживает конец бурильного инструмента, расположенного ближайшим к приводной головке (20, 37), в положении удержания, и так, что бурильный инструмент (35) может быть скручен от остающегося средства (36) бурильной колонны посредством вращения зажимного патрона (39) и зажимного устройства (21); при этом средство (42) исполнительного механизма содержит пружинное средство (41, 41', 41'', 41''', 41'''', 41''''').

8. Бурильное устройство по п. 7, в котором средство (42) исполнительного механизма содержит по меньшей мере один гидравлический исполнительный механизм (71, C, H).

9. Бурильное устройство по п. 7 или 8, в котором зажимное устройство (21) содержит кольцевой элемент (25, 25', 25''), смещаемый в осевом направлении (X) для направления радиально внутрь закрепляющего средства (33, 59), создающего вращательно закрепленное соединение, между зажимным устройством (21) и бурильным инструментом (35).

10. Бурильное устройство по п. 9, в котором зажимное устройство (21) имеет останавливающее средство (40) для установки в нужное положение кольцевого элемента (25, 25', 25'') в осевом направлении (X) относительно закрепляющего средства (33, 59).

11. Бурильное устройство по любому из пп. 7, 8 или 10, в котором зажимное устройство (21) содержит уплотнительное средство (73), имеющее внутреннюю окружность, адаптированную к диаметру бурильного инструмента (35).

12. Бурильное устройство по п. 9, в котором зажимное устройство (21) содержит уплотнительное средство (73), имеющее внутреннюю окружность, адаптированную к диаметру бурильного инструмента (35).

13. Транспортное средство, содержащее бурильное устройство (7) по любому из пп. 7-12.

14. Транспортное средство по п. 13, причем транспортное средство (1) является буровой установкой (3), предназначенной для горных работ.

15. Машиночитаемый носитель, содержащий программный код для выполнения этапов способа по любому из пп. 1-6.