БУРОВАЯ УСТАНОВКА С ВЫСОКОЙ СКОРОСТЬЮ СПУСКО-ПОДЪЕМНЫХ ОПЕРАЦИЙ Российский патент 2020 года по МПК E21B19/08 E21B19/20 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[001] Настоящий документ основан и испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США 62/330,244, поданной 1 мая 2016 г., и предварительной заявки на патент США 62/256,586, поданной 17 ноября 2015 г. Обе заявки включены в настоящий документ посредством ссылки во всей полноте.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] При поиске нефти, газа и геотермальной энергии проводятся бурильные работы для создания шурфов или скважин в поверхности земли. Традиционное бурение предусматривает размещение бурового долота на забое скважины. Компоновка низа бурильной колонны расположена непосредственно над буровым долотом, где расположены датчики направления и оборудование связи, батареи, забойные двигатели и стабилизирующее оборудование, способствующие направлению бурового долота к требуемому подземному целевому участку.

[003] Набор утяжеленных бурильных труб расположен над компоновкой низа бурильной колонны для обеспечения несжимаемого источника массы, способствующего дроблению пласта буровым долотом. Толстостенная бурильная труба расположена над утяжеленными бурильными трубами для безопасности. Оставшаяся часть бурильной колонны представляет собой главным образом бурильную трубу, предназначенную для работы под напряжением. Длина традиционной секции бурильной трубы составляет приблизительно 30 футов, но секции могут варьировать в зависимости от исполнения. Распространенным является хранение секций бурильной трубы в виде «двухтрубок» (2 соединенных секций) или «трехтрубок» (3 соединенных секций). Когда бурильную колонну (бурильную трубу, утяжеленные бурильные трубы и другие компоненты) извлекают из ствола скважины для замены изношенного бурового долота, бурильную трубу и утяжеленные бурильные трубы устанавливают в вертикальном положении в виде двухтрубок или трехтрубок до извлечения и замены бурового долота. Этот процесс подъема всего из ствола и опускания обратно известен как «спуско-подъемные операции».

[004] Спуско-подъемные операции представляют собой операции, в течение которых не происходит бурение, и, таким образом, они связаны с убытками. В течение длительного времени были предприняты попытки по разработке способов исключения этих операций или по меньшей мере их ускорения. Опускание трехтрубок осуществляется быстрее, чем опускание двухтрубок, поскольку в этом случае уменьшается количество резьбовых соединений, которые необходимо разъединить и потом снова соединить. Трехтрубки длиннее, и, таким образом, сложнее в обращении в связи с их длиной и массой, а также естественными колебаниями, возникающими при их перемещении с места на место. Ручное обращение с перемещающейся трубой может быть опасным.

[005] Желательно иметь буровую установку с возможностью уменьшения времени на спуско-подъемные операции. Один из вариантов заключается в применении пары противоположных вышек, каждая из которых оснащена полностью функциональным верхним приводом, который совершает последовательные вращения над стволом скважины. Таким образом, спуско-подъемные операции можно осуществлять практически непрерывно с перерывом только на свинчивание или развинчивание соединений. К проблемам с такой конфигурацией буровой установки относятся по меньшей мере высокие затраты на оборудование, эксплуатацию и транспортировку.

[006] Известно, что спуско-подъемные операции представляют собой опасный вид деятельности. Традиционный опыт буровых работ предполагает нахождение верхового рабочего на верху платформы стеллажного модуля, где он подвергается серьезному риску падения и получения других повреждений, обычных при ручном обращении с тяжелыми трубными свечами при укладке трубных свечей на стеллажный модуль и их снятии со стеллажного модуля во время осуществления спуско-подъемных операций. Персонал на полу буровой установки также подвергается риску, когда он пытается справиться с вибрирующим концом трубной свечи, часто покрытым буровым раствором и смазкой, на скользком полу буровой установки в неблагоприятных погодных условиях. Кроме того, спуско-подъемные операции желательно осуществлять с более высокой скоростью, что увеличивает риски.

[007] Желательно иметь буровую установку с возможностью уменьшения времени на спуско-подъемные операции и времени на соединение. Также желательно иметь систему, которая содержит резервные компоненты, вследствие чего, если компонент системы выйдет из строя или потребует техобслуживания, функция, выполняемая этим компонентом, может осуществляться другим компонентом на буровой установке. Также желательно иметь буровую установку, которая имеет эти признаки и сохраняет высокую способность к транспортировке между точками бурения.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[008] Описана система буровой установки для достижения высоких скоростей спуско-подъемных операций, в частности на наземных транспортируемых буровых установках. Буровая установка сводит к минимуму время простоя путем разделения транспортировки трубных свечей в их положение на подсвечнике и из него в качестве первой функции и подачи трубной свечи к центру скважины в качестве второй функции. Функции пересекаются в положении отсоединения свечи, где трубные свечи устанавливают для обмена между оборудованием подачи и укладки труб. Различные варианты осуществления новой системы буровой установки могут содержать один или несколько из следующих компонентов:

1) Втягиваемый верхний привод

2) Рычаг подачи труб

3) Стеллажный модуль

4) Верхний механизм укладки на стеллажный модуль

5) Площадка подсвечника

6) Нижний механизм укладки на стеллажный модуль

7) Положение отсоединения свечи

8) Станция отсоединения свечи

9) Нижний стабилизирующий рычаг

10) Верхний фиксатор свечи

11) Промежуточный фиксатор свечи

12) Нижний фиксатор свечи

[009] Различные варианты осуществления новой системы буровой установки предусматривают новые способы для свинчивания свечей и операций спуска и подъема.

[010] Следует понимать, что некоторые из вышеперечисленных компонентов могут быть исключены или они являются необязательными, или они могут быть заменены аналогичными устройствами, которые могут иным образом обеспечивать достижение необходимой цели. Эти замены или исключения могут быть выполнены без отхода от сущности и идей настоящего изобретения.

[011] Традиционная буровая вышка имеет переднюю сторону вышки или сторону V-образных ворот и противоположную, заднюю сторону вышки или сторону буровой лебедки. Перпендикулярно этим сторонам расположены рабочая сторона и противоположная, нерабочая сторона. В одном варианте осуществления втягиваемый верхний привод совершает вертикальное поступательное перемещение по буровой вышке. Втягиваемый верхний привод совершает вертикальное поступательное перемещение вдоль одной из двух вертикальных осей - оси скважины и оси отведения - или между ними.

[012] Рычаг подачи труб совершает вертикальное поступательное перемещение вдоль конструкции той же буровой вышки, но его грузоподъемность меньше, чем у втягиваемого верхнего привода, и она ограничена в целом массой свечи бурильных труб или утяжеленных бурильных труб. Рычаг подачи труб может перемещать трубные свечи вертикально и горизонтально по буровой лебедке в направлении V-образных ворот, с достижением положений, которые могут включать ось ствола скважины, положение отсоединения свечи, шурф для наращивания труб и приемные мостки.

[013] Положение отсоединения свечи представляет собой специальное положение установки для передачи следующей трубной свечи на спуск в скважину, перемещаемой между рычагом подачи труб и втягиваемым верхним приводом. Положение отсоединения свечи также представляет собой специальное положение установки для передачи следующей трубной свечи, подлежащей подаче, перемещаемой между рычагом подачи труб и верхним механизмом укладки на стеллажный модуль. В одном варианте осуществления нижний конец положения отсоединения свечи расположен на площадке подсвечника под полом буровой установки, где нижний механизм укладки на стеллажный модуль сообщается с верхним механизмом укладки на стеллажный модуль.

[014] Может быть предусмотрен верхний механизм укладки на стеллажный модуль для перемещения свечей бурильных труб между любым из положения укладки на стеллажном модуле и положения отсоединения свечи, расположенного между вышкой и стеллажным модулем.

[015] Может быть предусмотрен верхний фиксатор свечи для зажатия трубной свечи возле ее верха в целях закрепления ее в вертикальной ориентации, когда она находится в положении отсоединения свечи. Верхний фиксатор свечи может быть установлен на стеллажном модуле. За счет закрепления верхней части трубной свечи в положении отсоединения свечи, верхний механизм укладки на стеллажный модуль может перемещаться к следующей трубной свече в стеллажном модуле. Рычаг подачи труб может зажимать трубную свечу над верхним фиксатором свечи, не мешая пути верхнего механизма укладки на стеллажный модуль. Рычаг подачи труб опускается для зажатия трубной свечи, удерживаемых верхним фиксатором свечи.

[016] Площадка подсвечника предусмотрена под стеллажным модулем для поддержки хранящейся обсадной колонны и трубных свечей. Площадка подсвечника расположена возле уровня земли. Может быть предусмотрен нижний механизм укладки на стеллажный модуль для управления перемещением нижних концов трубных свечей и/или обсадной колонны, когда они перемещаются между положением отсоединения свечи и их уложенным положением на платформе. Перемещения нижнего механизма укладки на стеллажный модуль управляются за счет перемещений верхнего механизма укладки на стеллажный модуль для поддержания трубных свечей в вертикальной ориентации.

[017] Может быть предусмотрен нижний фиксатор свечи для направления подъема трубных свечей в положение отсоединения свечи и опускания из него для закрепления трубных свечей в вертикальном положении, когда они находятся в положении отсоединения свечи. Станция отсоединения свечи может быть расположена в положении отсоединения свечи для обеспечения автоматической промывки и смазывания ниппеля. Устройство выдачи смазки также может быть предусмотрено на рычаге подачи труб для автоматического смазывания ниппельного конца трубных свечей.

[018] Промежуточный фиксатор свечи может быть предусмотрен и прикреплен к краю стороны V-образных ворот на центральном участке основания буровой установки. Промежуточный фиксатор свечи может содержать захватывающий узел для захвата трубных свечей в целях предотвращения вертикального перемещения, когда они подвешены над шурфом для наращивания труб, способствующий свинчиванию свечей без необходимости в ступенях в узле шурфа для наращивания труб. Промежуточный фиксатор свечи также может иметь зажим и может быть выполнен с возможностью выдвижения между положением отсоединения свечи и шурфом для наращивания труб.

[019] Нижний стабилизирующий рычаг может быть предусмотрен на уровне пола буровой установки для направления нижней части обсадной колонны, бурильных труб и свечей бурильных труб между приемными мостками, шурфом для наращивания труб и положением отсоединения свечи и положением центра скважины.

[020] Устройство для механизированной подвески и свинчивания/развинчивания труб (машина для соединения труб) также может быть предусмотрена, например, установлена на направляющей на полу буровой установки или прикреплена к концу манипулирующего рычага пола буровой установки, для перемещения между отведенным положением, центром скважины и шурфом для наращивания труб. Устройство для механизированной подвески и свинчивания/развинчивания труб может свинчивать и развинчивать замки для бурильных труб над центром скважины и шурфом для наращивания труб. Может быть предусмотрено второе устройство для механизированной подвески и свинчивания/развинчивания труб, вследствие чего первое устройство для механизированной подвески и свинчивания/развинчивания труб предназначено для соединения и разъединения труб над шурфом для наращивания труб, а второе устройство для механизированной подвески и свинчивания/развинчивания труб может быть предназначено для соединения и разъединения труб над центром скважины. Ключ для обсадных труб также может быть предусмотрен на втором манипулирующем рычаге пола буровой установки для свинчивания обсадной колонны.

[021] С помощью этой системы трубная свеча может быть отсоединена и поднята от бурильной колонны, подвешенной в стволе скважины, когда втягиваемый верхний привод перемещается вниз для захвата и подъема бурильной колонны в целях подъема. Аналогично, трубная свеча может быть расположена и заведена над стволом скважины без втягиваемого верхнего привода, когда втягиваемый верхний привод перемещается вверх. Пути одновременного перемещения втягиваемого верхнего привода и рычага подачи труб могут существенно уменьшить время на спуско-подъемные операции.

[022] В заключение, с использованием описанных вариантов осуществления подъем трубной свечи из положения отсоединения свечи и подача к центру скважины осуществляется посредством рычага подачи труб, а подъем и опускание бурильной колонны осуществляется посредством втягиваемого верхнего привода. Траектории перемещения втягиваемого верхнего привода и рычага подачи труб пересекаются при относительном вертикальном перемещении на одной вышке. Возможность отведения втягиваемого верхнего привода, а также управление наклоном и/или вращением рычага подачи труб, и совместимая геометрия каждого из них позволяет им пересекаться друг с другом без столкновения. В одном варианте осуществления традиционный невтягиваемый верхний привод используется в сочетании с рычагом подачи труб для реализации множества преимуществ варианта осуществления, в котором предусмотрен втягиваемый верхний привод, причем необходимо только сделать остановку, чтобы предотвратить столкновение между невтягиваемым верхним приводом и рычагом подачи труб.

[023] В описанных вариантах осуществления предоставлена новая система буровой установки, которая может существенно снизить время, необходимое для спуско-подъемных операций с бурильной трубой. В описанных вариантах осуществления дополнительно предоставлена система с механически функционирующими резервными компонентами. В следующем описании используется термин «спуск», который означает наращивание трубными свечами на стеллажном модуле бурильной колонны с образованием полной длины бурильной колонны до забоя скважины, чтобы можно было начать бурение. Среднему специалисту в данной области техники будет понятно, что процедура, вкратце изложенная ниже, выполняется в целом в обратном порядке для подъема из скважины.

[024] В описанных вариантах осуществления предоставлена новая система буровой установки, которая существенно снижает время, необходимое для спуско-подъемных операций с бурильной трубой и утяжеленными бурильными трубами. В описанных вариантах осуществления дополнительно предоставлена система с механически функционирующими резервными компонентами.

[025] Как будет понятно среднему специалисту в данной области техники, описанные варианты осуществления могут быть изменены и получен тот же преимущественный результат. Также следует понимать, что, хотя описан процесс спуска для наращивания трубных свечей в стволе скважины, процедура и механизмы могут работать в обратном порядке для извлечения трубных свечей из ствола скважины для надлежащей укладки на стеллажный модуль. Хотя в настоящем документе описана конфигурация, относящаяся к трехтрубкам, среднему специалисту в данной области техники будет понятно, что такое описание приведено лишь в качестве примера, не ограничивающего описанные варианты осуществления, и что оно равносильно применимо к двухтрубкам и четырехтрубкам.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[026] На фиг. 1 показан вид в изометрии одного варианта осуществления системы буровой установки согласно описанным вариантам осуществления для буровой установки с высокой скоростью спуско-подъемных операций.

[027] На фиг. 2 показан вид сверху варианта осуществления, показанного на фиг. 1 согласно описанным вариантам осуществления, для буровой установки с высокой скоростью спуско-подъемных операций.

[028] На фиг. 3 показан изометрический вид в сечении втягиваемого верхнего привода в буровой вышке, используемого в варианте осуществления буровой установки с высокой скоростью спуско-подъемных операций.

[029] На фиг. 4 показан вид сбоку в сечении втягиваемого верхнего привода, на котором он изображен расположенным над центром скважины.

[030] На фиг. 5 показан вид сбоку в сечении втягиваемого верхнего привода, на котором он изображен отведенным из положения над центром скважины.

[031] На фиг. 6 показан упрощенный принципиальный вид в изометрии, изображающий передачу реактивного крутящего момента на верхний привод, на карданный вал, на талевый блок, на тележку и на вышку.

[032] На фиг. 7 показан вид в изометрии стеллажного модуля, на котором изображен верхний механизм укладки на стеллажный модуль, поступательно перемещающийся по проходу и подающий бурильную трубу в положение отсоединения свечи.

[033] На фиг. 8 показан вид сверху стеллажного модуля, на котором изображена рабочая зона верхнего механизма укладки на стеллажный модуль и размещение положения отсоединения свечи относительно стеллажного модуля, центра скважины и шурфа для наращивания труб.

[034] На фиг. 9 показан вид в изометрии одного варианта осуществления верхнего механизма укладки на стеллажный модуль, представляющего собой компонент стеллажного модуля согласно описанным вариантам осуществления, на котором изображено вращение рычага, подвешенного на мосту.

[035] На фиг. 10 показан вид в изометрии с вырезом одного варианта осуществления стеллажного модуля, на котором изображен верхний механизм укладки на стеллажный модуль, поступательно перемещающийся по проходу и подающий трубную свечу в положение отсоединения свечи.

[036] На фиг. 11 показан вид в изометрии стеллажного модуля с противоположной стороны, на котором изображен верхний фиксатор свечи, закрепляющий трубную свечу на месте в положении отсоединения свечи. Верхний механизм укладки на стеллажный модуль, установивший трубную свечу, отпускает трубную свечу и возвращается для извлечения другой.

[037] На фиг. 12 показан вид в изометрии одного варианта осуществления рычага подачи труб, представляющего собой компонент буровой установки с высокой скоростью спуско-подъемных операций, который показан со свободно поворачивающимся трубным зажимом.

[038] На фиг. 13 показан вид в изометрии альтернативного варианта осуществления рычага подачи труб, который имеет трубный зажим с регулируемым наклоном и автоматическое устройство смазывания муфты.

[039] На фиг. 14 показан вид сбоку одного варианта осуществления рычага подачи труб, на котором изображен диапазон перемещения рычага подачи труб в место размещения трубной свечи относительно положений использования на буровой установке.

[040] На фиг. 15 показан вид в изометрии варианта осуществления рычага подачи труб, показанного на фиг. 13, на котором изображен рычаг подачи труб, повернутый в положение отсоединения свечи с зажатием трубной свечи.

[041] На фиг. 16 показан вид в изометрии варианта осуществления рычага подачи труб, показанного на фиг. 13, на котором изображен рычаг подачи труб, повернутый над центром скважины и передающий трубную свечу на верхний привод.

[042] На фиг. 17 показан вид в изометрии одного варианта осуществления компонента нижнего стабилизирующего рычага согласно описанным вариантам осуществления, на котором изображено множество выдвижных секций рычага, которые с возможностью поворота и вращения установлены на опоре для соединения с нижней частью буровой вышки.

[043] На фиг. 18 показан вид сбоку варианта осуществления, показанного на фиг. 16, на котором изображено размещение нижнего стабилизирующего рычага для стабилизации нижней части трубной свечи между центром скважины, шурфом для наращивания труб, положением отсоединения свечи и положением на приемных мостках.

[044] На фиг. 19 показан вид в изометрии варианта осуществления, показанного на фиг. 18, на котором изображен нижний стабилизирующий рычаг, захватывающий нижний конец секции бурильной трубы возле приемных мостков.

[045] На фиг. 20 показан вид в изометрии одного варианта осуществления нижнего стабилизирующего рычага, на котором он изображен как прикрепленный к нижнему концу свечи бурильных труб и заводящий его в шурф для наращивания труб.

[046] На фиг. 21 показан вид в изометрии одного варианта осуществления промежуточного фиксатора свечи в выдвинутом положении.

[047] На фиг. 22 показан вид в изометрии варианта осуществления промежуточного фиксатора свечи, показанного на фиг. 21, на котором изображен промежуточный фиксатор свечи, сложенный для транспортировки между точками бурения.

[048] На фиг. 23-32 показаны виды в изометрии, на которых изображена буровая установка с высокой скоростью спуско-подъемных операций согласно описанным вариантам осуществления в процессе перемещения трубных свечей из уложенного положения в скважину.

[049] На фиг. 33 показан вид сверху одного варианта осуществления площадки подсвечника системы подачи труб согласно описанным вариантам осуществления.

[050] На фиг. 34 показан вид в изометрии одного варианта осуществления площадки подсвечника системы подачи труб согласно описанным вариантам осуществления.

[051] На фиг. 35 показан вид в изометрии верхнего стеллажного модуля системы подачи труб согласно описанным вариантам осуществления.

[052] На фиг. 36 показан вид в изометрии варианта осуществления, показанного на фиг. 35, верхнего стеллажного модуля системы подачи труб согласно описанным вариантам осуществления.

[053] Цели и признаки описанных вариантов осуществления станут более понятны из последующего подробного описания и прилагаемой формулы изобретения при прочтении совместно с сопутствующими графическими материалами, на которых подобные ссылочные позиции обозначают подобные элементы.

[054] Графические материалы составляют часть настоящего описания и включают варианты осуществления, которые могут быть выполнены в различных формах. Следует понимать, что в некоторых случаях различные аспекты описанных вариантов осуществления могут быть показаны в преувеличенном или увеличенном состоянии, чтобы способствовать их пониманию.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[055] Следующее описание предоставлено для того, чтобы позволить специалисту в данной области техники создать и использовать описанные варианты осуществления, причем оно предоставлено в контексте конкретной области применения и ее требований. Различные модификации описываемых вариантов осуществления будут очевидны для специалистов в данной области техники, и общие принципы, определенные в настоящем документе, могут быть применены к другим вариантам осуществления и областям применения без отхода от сущности и объема описанных вариантов осуществления. Таким образом, описанные варианты осуществления не следует рассматривать как ограниченные показанными вариантами осуществления, но следует понимать в самом широком смысле в соответствии с принципами и признаками, описанными в настоящем документе.

[046] На фиг. 1 показан вид в изометрии одного варианта осуществления системы буровой установки согласно описанным вариантам осуществления для буровой установки 1 с высокой скоростью спуско-подъемных операций. На фиг. 1 изображена буровая установка 1, у которой традиционная передняя часть пола буровой установки удалена, а центр 30 скважины расположен рядом с краем пола 6 буровой установки. В этой конфигурации площадка 900 подсвечника расположена под уровнем пола 6 буровой установки и соединена с основными постаментами основания 2 на земле. В этом положении площадка 900 подсвечника расположена под стеллажным модулем 300 таким образом, что трубные свечи 80 (см. фиг. 33), расположенные в стеллажном модуле 300, будут опираться на площадку 900 подсвечника.

[047] За счет размещения площадки 900 подсвечника возле уровня земли уменьшается размер боковых постаментов основания 2 и, таким образом, уменьшается транспортируемая масса боковых постаментов. Эта конфигурация также снижает воздействие ветра на вышку 10.

[048] В этой конфигурации стеллажный модуль 300 расположен ниже на вышке 10 буровой установки 1, чем на традиционных наземных буровых установках, поскольку трубные свечи 80 не находятся на уровне пола 6 буровой установки. В результате этого, трубные свечи 80 необходимо поднимать по существу посредством вспомогательного подъемного средства для достижения уровня пола 6 буровой установки, перед тем, как их можно будет наращивать на бурильной колонне.

[049] Как будет понятно из последующего описания, такая компоновка обеспечивает множество преимуществ в сочетании с несколькими другими уникальными компонентами буровой установки 1 с высокой скоростью спуско-подъемных операций.

[050] Шурф для наращивания труб, содержащий центральную часть 40 шурфа для наращивания труб (см. фиг. 30), расположен на переднем крае пола 6 буровой установки и проходит вниз. Промежуточный фиксатор 430 свечи расположен рядом с полом 6 буровой установки и отцентрован относительно центральной части 40 шурфа для наращивания труб. Положение 50 отсоединения свечи расположено на площадке 900 подсвечника и проходит вертикально вверх, причем оно не блокируется никакой другой конструкцией под стеллажным модулем 300. Нижний фиксатор 440 свечи расположен на площадке 900 подсвечника и может быть отцентрован по положению 50 отсоединения свечи. В этом варианте осуществления положение 50 отсоединения свечи расположено перед центром 30 скважины и центральной частью 40 шурфа для наращивания труб и выровнено относительно них.

[051] На фиг. 2 показан вид сверху буровой установки 1, показанной на фиг. 1. Стеллажный модуль 300 содержит магазин для свечей в сборе 310 (см. фиг. 7) с рядами положений 312 укладки, выровненными перпендикулярно относительно традиционного выравнивания. Поскольку они выровнены таким образом, ряды 312 проходят в V-образные ворота в направлении буровой лебедки. Как видно на этом виде, положения укладки трубных свечей 80 в стеллажном модуле 300 выровнены относительно пространства для установки трубных свечей на площадке 900 подсвечника. Стеллажный модуль 300 и площадка 900 подсвечника могут иметь размеры, выбранные независимо от основания 2 и вышки 10, но зависящие от глубины пробуриваемой скважины и количества трубных свечей 80, подлежащих установке. Таким образом, размер буровой установки 1 может варьировать.

[052] На фиг. 3 показан частичный вид в изометрии втягиваемого верхнего привода 200 в сборе в буровой вышке 10, используемого в одном варианте осуществления буровой установки 1. Втягиваемый верхний привод 200 в сборе в целом состоит из талевого блока в сборе (230, 232), верхнего привода 240, пары штропов 252 и подъемника 250, вместе с другим различными компонентами. Втягиваемый верхний привод 200 в сборе содержит втягиваемую тележку 202, которая установлена на направляющих 17 в вышке 10. В изображенном варианте осуществления направляющие 17 расположены рядом с задней стороной 14 (стороной буровой лебедки) вышки 10. Тележка 202 выполнена с возможностью совершения вертикального поступательного перемещения по длине направляющих 17. В изображенном варианте осуществления втягиваемый верхний привод 200 в сборе имеет раздвоенную конфигурацию, включающую блок 230 с рабочей стороны и блок 232 с нерабочей стороны. Эта особенность обеспечивает свободное пространство на пути от вышки к центру скважины в дополнение к свободному пространству, достигаемому за счет возможности отведения тележки 202. За счет наличия дополнительного свободного пространства предотвращается столкновение с рычагом 500 подачи труб (см. фиг. 12), когда он наклонен для выравнивания трубной свечи 80 относительно центра 30 скважины.

[053] Первая траверса 210 соединяет половины 230 и 232 блока с тележкой 202. Вторая траверса 212 проходит между тележкой 202 и верхним приводом 240. Привод 220 проходит между второй траверсой 212 и тележкой 202, способствуя управляемому перемещению верхнего привода 240 между положением центра 30 скважины и отведенным положением. Втягиваемый верхний привод 200 в сборе содержит верхний привод 240 и посадочную направляющую 246. Поворотные штропы 252 проходят вниз. Автоматический подъемник 250 прикреплен к концам штропов 252.

[054] На фиг. 4 показан вид сбоку в сечении одного варианта осуществления втягиваемого верхнего привода 200 в сборе, на котором он изображен расположенным над центром 30 скважины. Втягиваемый верхний привод 200 в сборе содержит карданный вал 260, работа которого направлена на передачу крутящего момента от втягиваемого верхнего привода 200 в сборе на тележку 202 и далее - к направляющим 17 и вышке 10. (См. фиг. 6).

[055] На фиг. 5 показан вид сбоку в сечении варианта осуществления втягиваемого верхнего привода 200 в сборе, показанного на фиг. 4, на котором он изображен отведенным из своего положения над центром 30 скважины, чтобы избежать контакта с рычагом 500 подачи труб, который совершает вертикальное поступательное перемещение по той же вышке 10, что и втягиваемый верхний привод 200 в сборе. (См. фиг. 12).

[056] На фиг. 6 показан вид в изометрии в сечении, на котором изображено усилие, передаваемое через карданный вал 260, соединенный непосредственно с талевым блоком в сборе. Карданный вал 260 прочно прикреплен к талевому блоку в сборе, например, между половинами 230 и 232 блока, и, таким образом, соединен с тележкой 202 посредством траверсы 210 и траверсы 212.

[057] Крутящий момент возникает в результате свинчивания и развинчивания, а также вращающего момента при бурении, возникающего от зацепления бурового долота и стабилизатора со стволом скважины. Карданный вал 260 находится в зацеплении с верхним приводом 240 на держателе 262 карданного вала с возможностью скользящего перемещения. Верхний привод 240 выполнен с возможностью отделения в вертикальном направлении от талевого блока в сборе для адаптации под разные длины резьбы в трубных соединениях. За счет скользящего перемещения соединения на держателе 262 карданного вала достигается адаптация под это перемещение.

[058] Скользящие прокладки 208 видны на этом виде. Скользящие прокладки 208 установлены на противоположных концах 204 (не видны) тележки 202, которые проходят наружу в направлениях рабочей стороны и нерабочей стороны. Каждый конец 204 тележки может иметь регулировочную прокладку 206 (не видна) между самим концом 204 и скользящей прокладкой 208. Скользящие прокладки 208 входят в зацепление с направляющими 17 для направления втягиваемого верхнего привода 200 в сборе вверх и вниз по вертикальной длине вышки 10. Регулировочные прокладки 206 позволяют добиться точной центровки и выравнивания тележки 202 на вышке 10. Альтернативно, может использоваться роликовый механизм.

[059] На фиг. 6 втягиваемый верхний привод 200 в сборе расположен над центром 30 скважины. Как видно на этом виде, трубную свечу 80 вращают вправо верхним приводом 240, как показано стрелкой T1. Трение, связанное с бурением, на буровом долоте, стабилизаторах и компонентах компоновки низа бурильной колонны необходимо преодолеть для бурения дальше. Это приводит к возникновению существенного реактивного крутящего момента T2 на верхнем приводе 240. Крутящий момент T2 передается на карданный вал 260 через противоположно направленные усилия F1 и F2 на держателе 262. Карданный вал 260 передает этот крутящий момент на вторую траверсу 212, которая передает усилие на присоединенную тележку 202. Тележка 202 передает усилие на направляющие 17 вышки 10 через ее скользящие прокладки 208.

[060] За счет этой конфигурации карданный вал 260 выдвигается и втягивается посредством верхнего привода 240 и талевого блока. За счет прочного соединения карданного вала 260 непосредственно с талевым блоком и исключения тележки на верхнем приводе 240, перемещение втягиваемого верхнего привода 200 в сборе может быть согласовано с рычагом 500 подачи труб на общей вышке 10.

[061] На фиг. 7 показан вид в изометрии компонента стеллажного модуля 300 согласно описанным вариантам осуществления, на котором изображен верхний механизм 350 укладки на стеллажный модуль, проходящий по проходу 316 в направлении отверстия на передней стороне вышки 10 к положению 50 отсоединения свечи. Как показано, верхний механизм 350 укладки на стеллажный модуль достиг положения 50 отсоединения свечи с трубной свечой 80.

[062] На фиг. 8 показан вид сверху стеллажного модуля 300, на котором изображена рабочая зона верхнего механизма 350 укладки на стеллажный модуль, и размещение положения 50 отсоединения свечи относительно стеллажного модуля 300. Как проиллюстрировано на ФИГ. 7, магазин для свечей в сборе 310 обеспечивает прямоугольную сетку из множества положений для хранения труб между его пальцами. Магазин для свечей в сборе 310 содержит ряды положений 312 укладки, выровненных в V-образных воротах в направлении буровой лебедки.

[063] Верхний механизм 350 укладки на стеллажный модуль выполнен с возможностью размещения его захвата 382 (см. фиг. 9) над положением 312 укладки трубы в сетке. В изображенном варианте осуществления второй верхний механизм 351 укладки на стеллажный модуль также выполнен с возможностью размещения его захвата 382 над положением 312 укладки трубы на магазине для свечей в сборе 310.

[064] На фиг. 9 показан вид в изометрии одного варианта осуществления верхнего механизма 350 укладки на стеллажный модуль, на котором изображен его диапазон перемещения и вращение захвата 382, соединенного со втулкой 380 и рычагом 370, который подвешен на мосту 358.

[065] Верхний механизм 350 укладки на стеллажный модуль содержит мост 358 и модульную раму 302, содержащую внутренний пролет 304 и наружный пролет 306. Мост 358 содержит наружный ролик в сборе 354 и внутренний ролик в сборе 356 для поддержки перемещения верхнего механизма 350 укладки на стеллажный модуль вдоль пролетов 306 и 304 соответственно (см. фиг. 11) на стеллажном модуле 300.

[066] Наружная ведущая шестерня 366 проходит от наружного конца моста 358. Внутренняя ведущая шестерня 368 (не видна) проходит рядом с внутренним концом (со стороны вышки) моста 358. Ведущие шестерни 366 и 368 находятся в зацеплении с ответными зубчатыми рейками на пролетах 306 и 304. Приведение в действие ведущих шестерен 366 и 368 позволяет верхнему механизму 350 укладки на стеллажный модуль совершать горизонтальное поступательное перемещение по длине стеллажного модуля 300.

[067] Передвижной блок 360 установлен с возможностью поступательного перемещения на мосту 358. Положение передвижного блока 360 контролируется посредством ведущей шестерни 364 передвижного блока (не видна). Ведущая шестерня 364 передвижного блока входит в зацепление с ответной зубчатой рейкой на мосту 358. Приведение в действие ведущей шестерни 364 передвижного блока позволяет передвижному блоку 360 совершать горизонтальное поступательное перемещение по длине моста 358.

[068] Вращательный привод 362 (не виден) установлен на передвижном блоке 360. Рычаг 370 соединен на изгибе 371 (не виден) с вращательным приводом 362 и, таким образом, передвижным блоком 360. Захват 382 проходит перпендикулярно относительно нижнего конца рычага 370, и в той же плоскости, что и изгиб 371. Захват 382 прикреплен ко втулке 380 для захвата трубных свечей 80 (см. фиг. 20), уложенных на стеллажном модуле 300. Втулка 380 установлена на рычаге 370 с возможностью вертикального поступательного перемещения, что подробнее описано ниже. Как описано, в результате приведения в действие вращательного привода 362 происходит вращение захвата 382.

[069] Ось C вращательного привода проходит вниз от центра вращения вращательного привода 362. Ось является общей с осью C трубных свечей 80, захваченных захватом 382, вследствие чего в результате вращения захвата 382 происходит центрированное вращение трубных свечей 80 без бокового перемещения. Невидимыми линиями на этом виде показан рычаг 370 и захват 382, повернутый на 90 градусов вращательным приводом 364. Как показано, и как описано выше, ось трубной свечи 80, захваченной верхним механизмом 350 укладки на стеллажный модуль, не перемещается в боковом направлении при вращении рычага 370.

[070] Как указано выше, втулка 380 установлена на рычаге 370 с возможностью вертикального поступательного перемещения, например, посредством подшипников скольжения, роликов или другого способа. В изображенном варианте осуществления тандем-цилиндр в сборе 372 присоединен между рычагом 370 и втулкой 380. Тандем-цилиндр в сборе 372 содержит уравновешивающий цилиндр и подъемный цилиндр. Приведение в действие подъемного цилиндра может управляться оператором с помощью традиционных гидравлических средств управления. Трубная свеча 80 поднимается в результате отведения подъемного цилиндра. Уравновешивающий цилиндр тандем-цилиндра в сборе 372 находится в выдвинутом положении, когда на захват 382 не действует нагрузка.

[071] Когда трубная свеча 80 установлена, уравновешивающий цилиндр втягивается для обеспечения положительного указания установки трубной свечи 80. Отведение для установки уравновешивающего цилиндра измеряется измерительным преобразователем (не показан), таким как измерительный преобразователь линейного положения. Измерительный преобразователь выдает этот сигнал обратной связи для предотвращения бокового перемещения трубной свечи 80, ведущего к повреждениям, перед ее подъемом.

[072] На фиг. 10 показан вид в изометрии одного варианта осуществления стеллажного модуля 300 и верхнего механизма 350 укладки на стеллажный модуль. Верхний механизм 350 укладки на стеллажный модуль извлекает трубную свечу 80 из ряда 312 в магазине для свечей в сборе 310. Верхний механизм 350 укладки на стеллажный модуль поднимает трубную свечу 80 и перемещает ее по проходу 316 в положение 50 отсоединения свечи, как изображено.

[073] На фиг. 11 показан вид в изометрии стеллажного модуля 300, показанного на фиг. 7, и верхнего механизма 350 укладки на стеллажный модуль, показанного на фиг. 10, изображенный с противоположной стороны для демонстрации зажима 408 верхнего фиксатора 420 свечи, удерживающего трубную свечу 80 в положении 50 отсоединения свечи. Вышка 10 исключена из этого вида для ясности.

[074] После опускания трубной свечи 80 в положение 50 отсоединения свечи, верхний механизм 350 укладки на стеллажный модуль отходит назад для извлечения следующей трубной свечи 80. Верхний фиксатор 420 свечи действует для закрепления трубной свечи 80 на месте в положении 50 отсоединения свечи. Это способствует подаче трубной свечи 80 и других трубных свечей (таких как утяжеленные бурильные трубы) между положением 50 отсоединения свечи и верхними механизмами 350, 351 укладки на стеллажный модуль, а также между положением 50 отсоединения свечи и рычагом 500 подачи труб или втягиваемым верхним приводом 200 в сборе.

[075] Каретка 404 (не показана) верхнего фиксатора 420 свечи выполнена с возможностью выдвижения дальше к центру 30 скважины, чтобы достаточным образом наклонять трубную свечу 80 для обеспечения доступа к ней втягиваемого верхнего привода 200 в сборе. Это позволяет верхнему фиксатору 420 свечи обеспечить резервный механизм на случай выхода из строя рычага 500 подачи труб, установленного на передней стороне вышки, если он предусмотрен. Верхний фиксатор 420 свечи также может использоваться для подачи определенных утяжеленных бурильных труб и других тяжелых трубных свечей 80, которые превышают грузоподъемность рычага 500 подачи труб.

[076] На фиг. 12 показан вид в изометрии одного варианта осуществления рычага 500 подачи труб согласно описанным вариантам осуществления. Втягиваемый верхний привод 200 в сборе предусматривает первое устройство подачи и укладки труб, которое совершает вертикальное поступательное перемещение по вышке 10. Рычаг 500 подачи труб предусматривает второе устройство подачи и укладки труб, которое совершает вертикальное поступательное перемещение по той же вышке 10 транспортируемой наземной буровой установки 1 без физического столкновения со втягиваемым верхним приводом 200 в сборе.

[077] Рычаг 500 подачи труб содержит тележку 510. В одном варианте осуществления регулировочные прокладки 514 прикреплены к концам 511 и 512 тележки 510. Скользящая прокладка 516 может быть расположена на каждой регулировочной прокладке 514. Скользящие прокладки 516 выполнены с возможностью скользящего зацепления с передней стороной 12 вышки 10 буровой установки 1. Регулировочные прокладки 514 позволяют добиться точной центровки и выравнивания тележки 510 на вышке 10. В альтернативных вариантах осуществления могут быть предусмотрены ролики или реечные механизмы вместо скользящих прокладок 516.

[078] Держатель 520 рычага проходит наружу из тележки 510 в направлении V-образных ворот. Рычаг 532 или пара рычагов 532 соединены с держателем 520 рычага с возможностью поворота или вращения. Держатель 542 привода присоединен между рычагами 532. Привод 540 механизма наклона с возможностью поворота присоединен между держателем 542 привода и одним из тележки 510 или держателем 520 рычага для управления поворотным взаимодействием между рычагом 532 и тележкой 510.

[079] Привод 522 вращения (или другой двигатель вращения) обеспечивает управление вращением рычага 532 относительно тележки 510. Трубный зажим 550 с возможностью поворота соединен с нижним концом каждого рычага 532. Привод 522 вращения установлен на держателе 520 рычага и содержит приводной вал (не показан), проходящий через держатель 520 рычага. Ведущий диск 530 с возможностью вращения соединен с нижней стороной держателя 520 рычага и соединен с приводным валом привода 522 вращения. В этом варианте осуществления зажим 550 может быть необязательно повернут так, что он обращен к трубной свече 80 в положении 50 отсоединения свечи, обращенной в направлении V-образных ворот. Гибкость в ориентировании зажима 550 снижает необходимость в манипулировании рычагом 500 подачи труб для захвата трубной свечи 80 в положении 50 отсоединения свечи путем устранения потребности в дополнительном подъеме, наклоне, пропускании и установке в исходное состояние трубной свечи 80.

[080] Ось трубной свечи 80, закрепленной в зажиме 550, расположена между поворотными соединениями 534 на нижних концах каждого рычага 532. Таким образом, зажим 550 самоуравновешивается для подвешивания трубной свечи 80 в вертикальном положении, без необходимости в дополнительных операциях по контролю или регулированию угла.

[081] На фиг. 13 показан вид в изометрии варианта осуществления рычага 500 подачи труб, альтернативного варианту осуществления, изображенному на фиг. 12. В этом варианте осуществления привод 552 для осуществления наклона выполнен с возможностью регулирования угла трубного зажима 550 относительно рычага 532. На этом виде изображены рычаги 532, повернутые и наклоненные для размещения зажима 550 над центром 30 скважины, как видно на фиг. 14. Как также показано на фиг. 14, в результате выдвижения привода 552 для осуществления наклона происходит наклон трубного зажима 550, позволяющий наклонять тяжелые трубные свечи, такие как большие утяжеленные бурильные трубы, и размещать трубный зажим 550 надлежащим образом для получения трубной секции 81 или трубной свечи 80 с приемных мостков 600 в положении 60 на приемных мостках.

[082] Снова обратимся к фиг. 13, устройство 560 выдачи смазки соединено с возможностью выдвижения с нижним концом рычага 532 над зажимом 550 и выполнено с возможностью выдвижения для размещения устройства 560 выдачи смазки по меньшей мере частично внутри муфты трубной свечи 80, закрепленной зажимом 550. Линия подачи смазки соединяет устройство 560 выдачи смазки и резервуар 570 смазки с этой целью. В этом варианте осуществления устройство 560 выдачи смазки может быть приведено в действие для подачи смазки, например, путем подачи под давлением во внутреннюю часть ниппеля посредством распылительных насадок и/или контактного нанесения.

[083] Этот вариант осуществления позволяет хранить смазку (традиционно называемую как «трубная смазка») в емкости 570 хранения смазки под давлением и рационально распылять на муфту трубной свечи 80, удерживаемой зажимом 550, перед ее перемещением над центром 30 скважины для соединения. Автоматическая процедура смазывания повышает безопасность за счет устранения ручного нанесения смазки в поднятом положении трубной свечи 80.

[084] На фиг. 14 изображен диапазон бокового движения рычага 500 подачи труб для размещения трубной свечи 80 относительно положений использования на буровой установке 1. На фигуре изображена возможность рычага 500 подачи труб извлекать и доставлять трубную свечу 80 между центром 30 скважины, шурфом 40 для наращивания труб (не показан) и положением 50 отсоединения свечи. Также изображена возможность перемещения рычага 500 подачи труб в положение 60 на приемных мостках и наклона зажима 550 с целью извлечения или подачи трубной секции 80 с приемных мостков 600.

[085] На фиг. 15 показан вид в изометрии одного варианта осуществления рычага 500 подачи труб, на котором рычаг 500 подачи труб показан повернутым в положение 50 отсоединения свечи между стеллажным модулем 300 и вышкой 10, причем трубная свеча 80 закреплена в зажиме 550.

[086] Скользящие прокладки 516 находятся в скользящем зацеплении с передней стороной (сторона V-образных ворот) 12 буровой вышки 10 для обеспечения возможности вертикального поступательного перемещения рычага 500 подачи труб по передней стороне 12 вышки 10. Привод 540 механизма наклона размещает зажим 550 над положением 50 отсоединения свечи. Рычаг 500 подачи труб может иметь соединение 580 для подъемника на тележке 510 для соединения с подъемником на кронблоке для упрощения перемещения рычага 500 подачи труб вертикально по вышке 10.

[087] На фиг. 16 показан вид в изометрии варианта осуществления рычага 500 подачи труб, показанного на фиг. 14, на котором рычаг 500 подачи труб изображен повернутым над центром 30 скважины и передающим трубную свечу 80 на втягиваемый верхний привод 200 в сборе. Рычаг 500 подачи труб поворачивается за счет выдвижения привода 540 механизма наклона, который наклоняет рычаги 532 в такое положение, что ось трубной свечи 80 в зажиме 550 находится непосредственно над центром 30 скважины.

[088] Таким образом, рычаг 500 подачи труб доставляет и заводит трубные свечи для втягиваемого верхнего привода 200 в сборе. Это позволяет осуществить независимое и одновременное перемещение втягиваемого верхнего привода 200 в сборе для опускания бурильной колонны в скважину (по посадочным клиньям), отсоединения бурильной колонны, извлечения и перемещения вертикально вверх по вышке 10, в то время как рычаг 500 подачи труб извлекает, осуществляет центровку и заводит следующую трубную свечу 80. Эта комбинированная возможность позволяет добиться значительного ускорения спуско-подъемных операций. Ограниченная грузоподъемность рычага 500 подачи труб по подъему только свечей бурильных труб позволяет снизить до минимума массу рычага 500 подачи труб, если он надлежащим образом спроектирован. Рычаг 500 подачи труб можно поднимать и опускать по вышке 10 с помощью только электролебедки.

[089] На фиг. 17 показан вид в изометрии одного варианта осуществления нижнего стабилизирующего рычага 800, на котором изображено вращение, поворот и выдвижение рычага 824. В этом варианте осуществления рычаг 824 соединен с возможностью поворота и вращения с держателем 802 вышки. Держатель 806 рычага соединен с возможностью вращения с держателем 802 вышки. Рычаг 824 соединен с возможностью поворота с держателем 806 рычага. Поворотный привод 864 управляет поворотным перемещением рычага 824 относительно держателя 806 рычага и, таким образом, держателя 802 вышки. Поворотный стол 810 управляет вращением рычага 824 относительно держателя 806 рычага и, таким образом, держателя 802 вышки. Рычаг 824 выполнен с возможностью выдвижения, как показано на фигуре.

[090] В этом варианте осуществления трубная направляющая 870 соединена с возможностью вращения и поворота с рычагом 824. Поворотный привод 872 управляет поворотным перемещением трубной направляющей 870 относительно рычага 824. Вращательный привод 874 управляет вращением трубной направляющей 870 относительно рычага 824. Пара V-образных роликов 862 предусмотрена в центре трубной свечи 80 в направляющей 870. V-образные ролики 862 приводятся в действие приводом 866 роликов.

[091] Работа различных средств управления вращением и поворотом позволяет разместить трубную направляющую 870 над центром каждого из ствола 30 скважины, шурфа 40 для наращивания труб и положения 50 отсоединения свечи буровой установки 1, как лучше всего видно на фиг. 18.

[092] На фиг. 18 показан вид сверху одного варианта осуществления нижнего стабилизирующего рычага 800, на котором изображено изменение положения, возникающее, когда нижний стабилизирующий рычаг 800 перемещается между положениями центра 30 скважины, шурфа 40 для наращивания труб, положения 50 отсоединения свечи и приемных мостков 60.

[093] На фиг. 19 показан вид в изометрии нижнего стабилизирующего рычага 800, соединенного с опорой 20 буровой установки 1, на котором изображен нижний стабилизирующий рычаг 800, захватывающий нижний конец трубной свечи 80 и направляющий трубную свечу 80 к центру 30 скважины для заведения в бурильную колонну 90. После заведения устройство 760 для механизированной подвески и свинчивания/развинчивания труб соединяет замки для бурильных труб.

[094] На фиг. 20 изображен нижний стабилизирующий рычаг 800, прикрепленный к нижнему концу трубной секции 81 и подготовленный для заведения его в муфту трубной секции 81, которая расположена в шурфе 40 для наращивания труб, в ходе процедуры свинчивания свечей. На фиг. 20 трубная секция 81 в шурфе 40 для наращивания труб прикреплена к полу 6 буровой установки посредством трубного захвата 409 промежуточного фиксатора 430 свечи.

[095] Как изображено и описано выше, нижний стабилизирующий рычаг 800 выполнен с возможностью перемещения нижнего конца трубной свечи 80 и трубных секций 81 для безопасного ускоренного перемещения трубных свечей в целях сокращения времени на спуско-подъемные операции и времени на соединение, а также для уменьшения уровня риска, которому подвергаются рабочие на полу 6 буровой установки. Нижний стабилизирующий рычаг 800 обеспечивает средство для размещения ниппеля поднятой трубной свечи 80 с выравниванием относительно муфты другой трубной свечи для заведения, или для других необходимых операций по размещению, например, для извлечения с приемных мостков, подачи, вставки в шурф для наращивания труб и свинчивания свечей. Нижний стабилизирующий рычаг 800 может обеспечить точное позиционирование трубной свечи 80 в центре 30 ствола скважины, шурфа 40 для наращивания труб и положения 50 отсоединения свечи буровой установки 1.

[096] На фиг. 21 показан вид в изометрии одного варианта осуществления промежуточного фиксатора 430 свечи. Промежуточный фиксатор 430 свечи, как показано, может быть присоединен на или непосредственно под полом 6 буровой установки, как изображено на фиг. 1. Промежуточный фиксатор 430 свечи содержит раму 403, которая может быть выполнена в виде единого элемента или пары элементов, как изображено. Каретка 405 соединена с возможностью выдвижения с рамой 403. На изображенном виде каретка 405 выдвинута из рамы 403. Привод 407 каретки соединен между рамой 403 и кареткой 405 и выполнен с возможностью выдвижения и отведения каретки 405 из рамы 403.

[097] Зажим 408 соединен с возможностью поворота с концом каретки 405. Привод 413 зажима (не виден) выполнен с возможностью открывания и закрывания зажима 408. Зажим 408 предпочтительно самоцентрируется, чтобы обеспечить закрывание зажима 408 вокруг всего ряда бурильных труб 80, включая обсадные трубы, утяжеленные бурильные трубы и бурильные трубы. Зажим 408 не препятствует вертикальному перемещению трубной свечи 80. В одном варианте осуществления зажим 408 содержит противоположные щеки (не показаны).

[098] Захватывающий узел 409 для труб предусмотрен и выполнен с возможностью выдерживания вертикальной нагрузки трубной свечи 80 для предотвращения перемещения трубной свечи 80 вертикально вниз. В показанном варианте осуществления держатель 416 для транспортировки соединен с возможностью поворота с кареткой 405. Привод 418 предусмотрен для регулирования высоты зажима 408 и захвата 409.

[099] На фиг. 22 показан вид в изометрии варианта осуществления промежуточного фиксатора 430 свечи, показанного на фиг. 21, на котором каретка 405 изображена в отведенном положении и держатель для транспортировки повернут в положение для транспортировки.

[0100] Во время работы промежуточный фиксатор 430 свечи может способствовать свинчиванию свечей в шурфе 40 для наращивания труб. Например, промежуточный фиксатор 430 свечи может использоваться для закрепления первой трубной секции 81 в вертикальном положении. Вторая трубная секция 81 затем может быть расположена с последовательным выравниванием посредством подъемного механизма, такого как рычаг 500 подачи труб. Посредством использования устройства 760 для механизированной подвески и свинчивания/развинчивания труб (см. фиг. 19 и фиг. 20), подвижно установленного на полу 6 буровой установки, может быть осуществлено последовательное соединение между первой и второй трубными секциями 81 для создания двухтрубной свечи 80. Захватывающий узел 409 затем может быть расцеплен, чтобы позволить опустить двухтрубную свечу 80 в шурф 40 для наращивания труб. Захватывающий узел 409 затем может быть приведен в действие для удерживания двухтрубной свечи 80 в отцентрованном положении, когда третью трубную секцию 81 поднимают вверх и заводят в двухтрубную секцию 81. Опять-таки, устройство 760 для механизированной подвески и свинчивания/развинчивания труб на полу 6 буровой установки может использоваться для присоединения третьей трубной секции 81 и формирования трехтрубной свечи 80.

[0101] На фиг. 23-25 изображен один вариант осуществления буровой установки 1 с высокой скоростью спуско-подъемных операций в процессе перемещения трубных свечей 80 со стеллажного модуля 300 к центру 30 скважины для размещения в скважине. Чтобы графические материалы можно было прочесть некоторые элементы, упомянутые ниже, могут не быть пронумерованы. См. фиг. 1-22 для изучения дополнительных деталей.

[0102] Среднему специалисту в данной области техники будет понятно, что изображенная процедура для «спуска» в скважину может быть в целом выполнена в обратном порядке для осуществления процедуры «подъема».

[0103] На фиг. 23 показан рычаг 500 подачи труб на передней стороне 12 вышки 10 в неповернутом положении над стеллажным модулем 300 на передней стороне 12 вышки 10. В этом положении рычаг 500 подачи труб находится над положением 50 отсоединения свечи и в вертикальном направлении над втягиваемым верхним приводом 200 в сборе. Трубная свеча 80 соединена с бурильной колонной в скважине (не видна) и в данном случае представляет собой компонент бурильной колонны 90. Трубная свеча 80 и остальная часть бурильной колонны 90 удерживаются втягиваемым верхним приводом 200 в сборе, который повернут в его положение в центре 30 скважины и опускается по вышке 10 вниз к полу 6 буровой установки.

[0104] На фиг. 24, втягиваемый верхний привод 200 в сборе опустился дальше к полу 6 буровой установки по мере опускания бурильной колонны 90 в скважину. Верхний механизм 350 укладки на стеллажный модуль перемещает следующую трубную свечу 80 из ее уложенного положения к положению 50 отсоединения свечи.

[0105] На фиг. 25, втягиваемый верхний привод 200 в сборе приближается к положению, в котором автоматические клиновые захваты входят в зацепление с бурильной колонной 90. Рычаг 500 подачи труб перемещается вниз по передней стороне 12 вышки 10 возле положения 50 отсоединения свечи. Верхний механизм 350 укладки на стеллажный модуль и нижний механизм 950 укладки на стеллажный модуль (см. фиг. 34) доставляют трубную свечу 80 в положение 50 отсоединения свечи. Верхний фиксатор 420 свечи (не виден) и нижний фиксатор 440 свечи закрепляют трубную свечу 80 в положении 50 отсоединения свечи.

[0106] На фиг. 26 автоматические клиновые захваты находятся в зацеплении с бурильной колонной 3, и втягиваемый верхний привод 200 в сборе отпускает трубную свечу 80. Втягиваемый верхний привод 200 в сборе перемещается во отведенное положение на своем обратном пути за центром 30 скважины и рядом с задней стороной 14 вышки 10. Рычаг 500 подачи труб поворачивает свои рычаги 532, а его зажим 550 защелкивается на трубной свече 80. Возле пола 6 буровой установки нижний стабилизирующий рычаг 800 входит в зацепление с нижним концом трубной свечи 80. Верхний фиксатор 420 свечи (не виден) отпускает трубную свечу 80.

[0107] На фиг. 27 втягиваемый верхний привод 200 в сборе начинает подниматься к верху вышки 10 с отведением. Рычаг 500 подачи труб также поднимается по передней стороне 12 вышки 10. За счет этого движения зажим 550 рычага 500 подачи труб входит в зацепление с высаженным концом трубной свечи 80 и поднимает трубную свечу 80 вертикально с площадки 900 подсвечника. Нижний стабилизирующий рычаг 800 поддерживает нижний конец трубной свечи 80.

[0108] На фиг. 28 втягиваемый верхний привод 200 в сборе продолжает подниматься по вышке 10 с отведением. Рычаг 500 подачи труб поднят достаточно, чтобы не допустить столкновения нижней части трубной свечи 80 с выступающим концом бурильной колонны 90, выступающей над полом 6 буровой установки. После отпускания трубной свечи 80 в положении 50 отсоединения свечи, верхний механизм 350 укладки на стеллажный модуль может перемещаться к следующей свече 4 бурильных труб (не показана) и закреплять ее.

[0109] На фиг. 29 втягиваемый верхний привод 200 в сборе продолжает подниматься по вышке 10 с отведением. Рычаг 500 подачи труб повернут на 180 градусов, вследствие чего отверстие на зажиме 550 обращено к центру 30 скважины. После вращения рычаг 500 подачи труб поворачивается для размещения трубной свечи 80 над центром 30 скважины.

[0110] На фиг. 30, рычаг 500 подачи труб опускается по своему пути на передней стороне 12 вышки 10 до тех пор, пока ниппель на нижнем замке для бурильных труб трубной свечи 80, направляемой нижним стабилизирующим рычагом 800, не войдет в муфту открытого замка для бурильных труб бурильной колонны 90. Рычаг 500 подачи труб продолжает опускаться так, что зажим 550 перемещается ниже по трубной свече 80, чтобы дать место для втягиваемого верхнего привода 200 в сборе.

[0111] Втягиваемый верхний привод 200 в сборе поднимается в положение на вышке 10, которое полностью выше рычага 500 подачи труб. После беспрепятственного прохождения рычага 500 подачи труб и трубной свечи 80 во время подъема, втягиваемый верхний привод 200 в сборе выдвигает привод 220, вследствие чего втягиваемый верхний привод 200 в сборе проходит к положению в центре 30 скважины, непосредственно над трубной свечой 80, и опускается для входа в зацепление с верхней частью трубной свечи 80.

[0112] На фиг. 31 втягиваемый верхний привод 200 в сборе входит в зацепление с трубной свечой 80, отцентрованной рычагом 500 подачи труб вверху и нижним стабилизирующим рычагом 800 внизу. Втягиваемый верхний привод 200 в сборе теперь может обеспечивать вращение для свинчивания и окончательного докрепления соединения. Устройство для механизированной подвески и свинчивания/развинчивания труб на полу 6 буровой установки может использоваться для закрепления соединения.

[0113] На фиг. 32 нижний стабилизирующий рычаг 800 и рычаг 500 подачи труб отпускают трубную свечу 80 и втягиваются с центра 30 скважины. В неактивированном положении рычаг 500 подачи труб повернут так, чтобы дать возможность зажиму 550 снова быть обращенным к положению 50 отсоединения свечи в ожидании поступления следующей трубной свечи 80. Втягиваемый верхний привод 200 в сборе теперь удерживает вес бурильной колонны, поскольку автоматические клиновые захваты также отцеплены, и втягиваемый верхний привод 200 в сборе начинает свое опускание для опускания бурильной колонны 90 в ствол скважины.

[0114] На фиг. 33 показан вид сверху площадки 900 подсвечника, на которой уложены трубные свечи 80 в соответствии с их соответствующими положениями в магазине для свечей в сборе 310. Буровая установка 1, приемные мостки 600 и трубные свечи 80 удалены для ясности. В этом варианте осуществления изображена взаимосвязь между центром 30 скважины, шурфом 40 для наращивания труб и положением 50 отсоединения свечи. Как видно на этом виде, проход 912 предусмотрен на переднем крае площадки 900 подсвечника. Положение 50 отсоединения свечи расположено в проходе 912 и выровнено с шурфом 40 для наращивания труб и центром 30 скважины. Пара нижних механизмов 950 укладки на стеллажный модуль также расположена в проходе 912.

[0115] На фиг. 34 показан вид в изометрии одного варианта осуществления площадки 900 подсвечника системы подачи труб согласно описанным вариантам осуществления. Площадка 900 подсвечника содержит площадку 910 для вертикального хранения трубных свечей 80 (не показаны). Площадка 910 содержит сторону вышки и противоположную сторону - сторону приемных мостков. Проход 912 проходит вдоль стороны вышки площадки 910. Проход 912 смещен под площадкой 910. Положение 50 отсоединения свечи расположено на проходе 912. Зубчатый рельс 914 прикреплен к проходу 912. Предусмотрен нижний механизм 950 укладки на стеллажный модуль, содержащий опору 952, соединенную с возможностью поступательного перемещения с рельсом 914.

[0116] На фиг. 35 показан вид в изометрии верхнего стеллажного модуля 300, на котором изображено, что трубная свеча 80 удерживается в положении 50 отсоединения свечи верхним фиксатором 420 свечи и находится в зацеплении с верхним механизмом 350 укладки на стеллажный модуль и нижним механизмом 950 укладки на стеллажный модуль. Необязательное зацепление с нижним фиксатором 440 свечи не показано. Как и верхний механизм 350 укладки на стеллажный модуль, нижний механизм 950 укладки на стеллажный модуль может вращаться на оси трубной свечи 80. Таким образом, нижний механизм 950 укладки на стеллажный модуль может следовать за верхним механизмом 350 укладки на стеллажный модуль между положением 50 отсоединения свечи, и любым положением укладки в стеллажном модуле 300, в то же время удерживая трубную свечу 80 вертикально в любой момент времени.

[0117] На фиг. 36 показан вид в изометрии, на котором изображена трубная свеча 80, поддерживаемая вертикально верхним механизмом 350 укладки на стеллажный модуль и удерживаемая на своем нижнем конце нижним механизмом 950 укладки на стеллажный модуль, и выдвинутая в свое предназначенное положение укладки.

[0118] При использовании в настоящем документе термин «по существу» рассчитан на конструкцию, означающую «скорее да, чем нет».

Таким образом, хотя были описаны раскрытые варианты осуществления за счет ссылки на определенные предпочтительные варианты осуществления, следует понимать, что описанные варианты осуществления имеют скорее иллюстративный, чем ограничительный характер, и что предполагается широкий выбор вариаций, модификаций, изменений и замен в вышеприведенном описании и, в некоторых случаях, некоторые признаки раскрытых вариантов осуществления могут быть использованы без соответствующего использования других признаков. Многие такие вариации и модификации могут рассматриваться как желательные специалистами в данной области техники с учетом вышеприведенного описания предпочтительных вариантов осуществления. Соответственно, не лишним будет отметить, что прилагаемая формула изобретения должна толковаться в широком смысле и в соответствии с объемом описанных вариантов осуществления.

Группа изобретений относится к буровым установкам и способам перемещения трубных свечей. Технический результат заключается в ускорении спуско-подъемных операций. Буровая установка содержит: верхний привод в сборе, выполненный с возможностью вертикального поступательного перемещения по вышке; стеллажный модуль, соединенный с вышкой; рычаг подачи труб, выполненный с возможностью вертикального поступательного перемещения по вышке. Рычаг подачи труб содержит трубный зажим, который выполнен с возможностью перемещения между положением в центре скважины над центром скважины и вторым положением, расположенным впереди положения в центре скважины. Буровая установка также содержит: тележку верхнего привода, соединенную с возможностью поступательного перемещения с вышкой; талевый блок в сборе; верхний привод, подвешенный на талевом блоке в сборе; траверсу, соединяющую талевый блок с тележкой верхнего привода с возможностью поворота; выдвижной привод, присоединенный между тележкой верхнего привода и траверсой; карданный вал, жестко соединенный с талевым блоком. Карданный вал соединен с возможностью вертикального скользящего перемещения с верхним приводом. В результате выдвижения привода происходит поворот траверсы для выдвижения талевого блока и верхнего привода от тележки для размещения над центром скважины. В результате отведения привода происходит поворот траверсы для отведения талевого блока к тележке для размещения в стороне от центра скважины. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 36 ил.

1. Буровая установка (1), содержащая:

верхний привод (200) в сборе, выполненный с возможностью вертикального поступательного перемещения по вышке (10) буровой установки (1);

стеллажный модуль (300), соединенный с вышкой (10);

рычаг (500) подачи труб, выполненный с возможностью вертикального поступательного перемещения по вышке (10); причем рычаг (500) подачи труб содержит трубный зажим (550), который выполнен с возможностью перемещения между положением (30) в центре скважины над центром скважины и вторым положением (50), расположенным впереди положения в центре скважины;

тележку верхнего привода, соединенную с возможностью поступательного перемещения с вышкой;

талевый блок в сборе;

верхний привод, подвешенный на талевом блоке в сборе;

траверсу, соединяющую талевый блок с тележкой верхнего привода с возможностью поворота;

выдвижной привод, присоединенный между тележкой верхнего привода и траверсой;

карданный вал, жестко соединенный с талевым блоком; причем карданный вал соединен с возможностью вертикального скользящего перемещения с верхним приводом;

причем в результате выдвижения привода происходит поворот траверсы для выдвижения талевого блока и верхнего привода от тележки для размещения над центром скважины;

и при этом в результате отведения привода происходит поворот траверсы для отведения талевого блока к тележке для размещения в стороне от центра скважины.

2. Буровая установка по п. 1, дополнительно содержащая верхний привод в сборе и рычаг подачи труб, содержащие пути вертикального перемещения без столкновения.

3. Буровая установка по п. 1, дополнительно содержащая трубный зажим рычага подачи труб, выполненный с возможностью перемещения между положением в центре скважины и положением в шурфе для наращивания труб, расположенным впереди положения в центре скважины.

4. Буровая установка по п. 1, дополнительно содержащая трубный зажим рычага подачи труб, выполненный с возможностью перемещения между положением в центре скважины и положением отсоединения свечи, расположенным впереди положения в центре скважины.

5. Буровая установка по п. 1, дополнительно содержащая трубный зажим рычага подачи труб, выполненный с возможностью перемещения между положением в центре скважины и положением на приемных мостках, расположенным впереди положения в центре скважины.

6. Буровая установка по п. 1, дополнительно содержащая верхний привод в сборе, выполненный с возможностью вертикального поступательного перемещения по первому пути над центром скважины и по второму пути возвращения к стороне буровой лебедки центра скважины.

7. Буровая установка по п. 6, дополнительно содержащая верхний привод в сборе, выполненный с возможностью горизонтального перемещения между положением в центре скважины над центром скважины и отведенным положением возвращения к стороне буровой лебедки центра скважины.

8. Буровая установка по п. 1, в которой реакции от крутящего момента бурильной колонны, соответствующие вращению посредством верхнего привода, передаются от верхнего привода на карданный вал, от карданного вала на талевый блок, от талевого блока на тележку и от тележки на вышку.

9. Буровая установка по п. 1, в которой рычаг подачи труб дополнительно содержит:

тележку, соединенную с возможностью поступательного перемещения с вышкой;

рычаг, соединенный с возможностью вращения и поворота с тележкой на его верхнем конце; и

трубный зажим, соединенный с возможностью поворота с рычагом на его нижнем конце.

10. Буровая установка по п. 9, дополнительно содержащая привод для осуществления наклона, присоединенный с возможностью поворота между рычагом и зажимом.

11. Буровая установка по п. 1, в которой стеллажный модуль содержит:

раму;

магазин для свечей в сборе, соединенный с рамой, содержащий ряды, в которые могут поступать трубные свечи, причем ряды ориентированы в направлении к вышке;

проход магазина для свечей, соединяющий ряды на стороне вышки рядов; и

верхний механизм укладки на стеллажный модуль, содержащий:

мост, соединенный с возможностью поступательного перемещения с рамой;

рычаг, соединенный с возможностью вращения и поступательного перемещения с мостом; и

захват, соединенный с возможностью вертикального поступательного перемещения с рычагом.

12. Буровая установка по п. 11, дополнительно содержащая:

модуль площадки подсвечника, содержащий:

площадку, расположенную под магазином для свечей в сборе;

проход площадки под проходом магазина для свечей стеллажного модуля;

нижний механизм укладки на стеллажный модуль, содержащий:

опору, соединенную с проходом с возможностью поступательного перемещения;

раму, соединенную с возможностью вращения и поворота с опорой;

рычаг, соединенный с возможностью поворота с рамой; и

зажим, соединенный с возможностью поворота с рычагом.

13. Буровая установка по п. 12, дополнительно содержащая положение отсоединения свечи, расположенное на стороне вышки площадки и проходящее вертикально вверх.

14. Способ перемещения трубных свечей (80) из уложенного положения на площадке (900) подсвечника в стеллажном модуле (300) к бурильной колонне (90) на полу (6) буровой установки (1), включающий в себя следующие этапы, на которых осуществляют:

зажатие нижней части трубной свечи (80), находящейся на площадке (900) подсвечника, посредством нижнего механизма (950) укладки на стеллажный модуль;

подъем трубной свечи (80) посредством верхнего механизма (350) укладки на стеллажный модуль на стеллажном модуле, соединенном с вышкой (10) буровой установки (1);

перемещение трубной свечи (80) к положению (50) отсоединения свечи посредством верхнего механизма (350) укладки на стеллажный модуль;

перемещение зажатого нижнего конца трубной свечи (80) посредством нижнего механизма укладки на стеллажный модуль по пути, совпадающему с путем перемещения трубной свечи (80) посредством верхнего механизма (350) укладки на стеллажный модуль;

размещение трубной свечи (80) над положением (50) отсоединения свечи, расположенным на площадке подсвечника (900);

опускание трубной свечи (80) с упором в положении (50) отсоединения свечи;

ввод верхней части трубной свечи (80) в зацепление с верхним фиксатором (420) свечи;

вывод верхнего механизма (350) укладки на стеллажный модуль и нижнего механизма (950) укладки на стеллажный модуль из зацепления с трубной свечой (80);

ввод верхней части трубной свечи (80) в зацепление с рычагом (500) подачи труб, выполненным с возможностью вертикального поступательного перемещения;

вывод трубной свечи (80) из зацепления с верхним фиксатором (420) свечи и нижним фиксатором свечи (440);

ввод нижней части трубной свечи (80) в зацепление с нижним стабилизирующим рычагом (800);

подъем свечи (80) посредством рычага (500) подачи труб; и

заведение трубной свечи (80) в конец бурильной колонны, выступающий над поворотным столом (810) на полу (6) буровой установки.

15. Способ по п. 14, дополнительно включающий в себя этап, на котором осуществляют ввод нижней части трубной свечи в зацепление с нижним стабилизирующим рычагом в положении отсоединения свечи.

16. Способ по п. 14, дополнительно включающий в себя этап, на котором осуществляют ввод нижней части трубной свечи в зацепление с нижним фиксатором свечи в положении отсоединения свечи.

17. Способ по п. 14, дополнительно включающий в себя этапы, на которых осуществляют:

ввод трубной свечи в зацепление с устройством докрепления трубных соединений, расположенным над полом буровой установки;

вывод нижнего стабилизирующего рычага из зацепления с трубной свечой;

соединение свечи с бурильной колонной в поворотном столе;

опускание положения зацепления рычага подачи на свече;

ввод верхней части свечи в зацепление с подъемником верхнего привода;

вывод рычага подачи из зацепления со свечой;

подъем свечи и соединенной бурильной колонны посредством верхнего привода в сборе для отцепления бурильной колонны от ее опоры на полу буровой установки; и

опускание свечи и соединенной бурильной колонны в ствол скважины посредством верхнего привода.

18. Способ по п. 14, дополнительно включающий в себя этапы, на которых осуществляют:

зажатие трубной свечи посредством верхнего фиксатора свечи, когда трубная свеча находится в положении отсоединения свечи; и

отцепление трубной свечи от верхнего фиксатора свечи, когда трубная свеча зажата рычагом подачи труб.

19. Способ перемещения трубных свечей (80) из уложенного положения в бурильную колонну (90) на полу (6) буровой установки (1), включающий в себя следующие этапы, на которых осуществляют:

транспортировку трубной свечи (80) из уложенного положения в магазине свечей (310) в положение (50) отсоединения свечи посредством верхнего механизма (350) укладки на стеллажный модуль (300), соединенный с вышкой (10) буровой установки (1);

установку трубной свечи (80) в положение (50) отсоединения свечи;

транспортировку трубной свечи (80) из положения (50) отсоединения свечи в положение (30) в центре скважины посредством рычага (500) подачи труб, соединенного с возможностью поступательного перемещения с вышкой (10);

заведение трубной свечи (80) в выступающий конец бурильной колонны (90) в центре (30) скважины;

соединение трубной свечи (80) с бурильной колонной (90); и

опускание бурильной колонны (90) посредством верхнего привода (200) в сборе, соединенного с возможностью поступательного перемещения с буровой вышкой (10).

20. Буровая установка (1), содержащая:

основание (2), содержащее пару основных постаментов;

пол (6) буровой установки над основанием (2);

площадку (900) подсвечника, расположенную под и перед полом (6) буровой установки;

вышку (10), проходящую вертикально над полом (6) буровой установки;

верхний привод (200) в сборе, выполненный с возможностью вертикального поступательного перемещения по вышке (10);

рычаг (500) подачи труб, выполненный с возможностью вертикального поступательного перемещения по вышке (10);

причем рычаг (500) подачи труб содержит трубный зажим (550), выполненный с возможностью перемещения между положением (30) в центре скважины над центром скважины и положением (50) отсоединения свечи, расположенным впереди положения (30) в центре скважины;

причем верхний привод (200) в сборе выполнен с возможностью вертикального поступательного перемещения по первому пути над центром скважины и по второму пути, обратному к первому пути;

стеллажный модуль (300), проходящий за пределы вышки (10) над площадкой (900) подсвечника;

положение (50) отсоединения свечи, расположенное на площадке (900) подсвечника и проходящее вертикально вверх по существу между вышкой (10) и стеллажным модулем (300); и

верхний фиксатор (420) свечи, присоединенный под стеллажным модулем (300) и выполненный с возможностью выдвижения назад к вышке (10).

21. Буровая установка по п. 20, дополнительно содержащая:

промежуточный фиксатор свечи, содержащий раму, соединенную с буровой установкой на крае стороны V-образных ворот пола буровой установки;

каретку, соединенную с рамой с возможностью выдвижения;

привод каретки, соединенный между рамой и кареткой и выполненный с возможностью выдвижения или отведения каретки относительно рамы;

трубный зажим, прикрепленный к выдвижному концу каретки;

привод зажима, соединенный с трубным зажимом и выполненный с возможностью открывания или закрывания трубного зажима вокруг трубной свечи;

трубный захват, прикрепленный к выдвижному концу каретки; и

привод захвата, соединенный с трубным захватом и выполненный с возможностью открывания или закрывания трубного захвата вокруг трубной свечи.