ПУЛЬТ УПРАВЛЕНИЯ БУРОВОГО МАСТЕРА Российский патент 2020 года по МПК E21B41/00 E21B15/00 

ЗАЯВЛЕНИЕ ПРИОРИТЕТА

[1] По настоящей заявке испрашивается приоритет на основании предварительной заявки США № 62/329 685, поданной 29 апреля 2016 года.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[2] Настоящее изобретение относится к системе и способу управления подсистемами буровой установки с двумя нишами рабочих станций, расположенными вблизи пола буровой установки для обеспечения прямых линий обзора управляемых подсистем.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[3] Буровые системы для бурения скважин в земле, такие как буровые установки, как правило, имеют элементы управления, позволяющие буровому мастеру или оператору руководить и управлять различными буровыми подсистемами во время буровых работ.

[4] В патенте US 6 629 572 иллюстрируется рабочая станция оператора предшествующего уровня техники для использования на буровой установке, включая интегрированное управление и информацию. Система буровой установки содержит интерфейс человек-машина рабочей станции, расположенный рядом с буровой установкой, для обеспечения одному оператору, по существу, в одном месте, одновременного оперативного доступа к процессам буровой установки. Рабочая станция содержит регулируемое основание и нишу оператора, выполненную на основании, в которой расположен оператор, обеспечивающую практически беспрепятственный обзор буровой установки. Регулируемые опорные панели для предплечья выполнены на противоположных сторонах ниши оператора для поддержки предплечий оператора, расположенного в нише. По меньшей мере один блок дисплея соединен с возможностью регулировки с основанием и имеет сенсорный экран доступа, позволяющий оператору управлять процессами буровой установки и отслеживать их. Множество отдельных ручных элементов управления используется для управления заданными процессами буровой установки, при этом по меньшей мере один из отдельных ручных элементов управления расположен на опорных панелях предплечья. Предпочтительно, кресло оператора расположено в нише и с возможностью плавного перемещения соединено с основанием, обеспечивая работу сидя и стоя у рабочей станции. Данные от множества связанных буровых установок объединяются с данными текущего процесса буровой установки для предоставления данных оператору на ориентированной на процесс основе, отображаемой на указанных блоках дисплея.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[5] В соответствии с принципами настоящего изобретения устранены недостатки и проблемы, связанные с существующими системами управления буровыми установками.

[6] Согласно одному аспекту изобретения предложена система рабочих станций для мониторинга и управления подсистемами на буровой установке, содержащая: нишу первой рабочей станции, расположенную рядом с полом буровой установки, чтобы обеспечить оператору прямую линию обзора, когда он сидит или стоит в нише, по меньшей мере на одну первую подсистему буровой установки, управляемую первой рабочей станцией, при этом ниша первой рабочей станции, содержит: кресло оператора; множество элементов управления для управления по меньшей мере одной первой подсистемой буровой установки; по меньшей мере один дисплей графического представления по меньшей мере одной первой подсистемы буровой установки; и нишу второй рабочей станции, расположенную рядом с полом буровой установки, чтобы обеспечить оператору прямую линию обзора, когда он сидит или стоит в нише, по меньшей мере на одну вторую подсистему буровой установки, управляемую второй рабочей станцией, при этом ниша второй рабочей станции, содержит: кресло оператора; множество элементов управления для управления по меньшей мере одной второй подсистемой буровой установки; по меньшей мере один дисплей графического представления по меньшей мере одной второй подсистемы буровой установки.

[7] Еще один аспект изобретения предусматривает способ мониторинга и управления подсистемами на буровой установке, причем этот способ включает: размещение ниши первой рабочей станции вблизи пола буровой установки таким образом, чтобы обеспечить оператору прямую линию обзора, когда он сидит или стоит в нише, по меньшей мере на одну первую подсистему буровой установки; управление, по меньшей мере, одной первой подсистемой буровой установки посредством первой рабочей станции; размещение ниши второй рабочей станции вблизи пола буровой установки, чтобы обеспечить оператору прямую линию обзора, когда он сидит или стоит в нише, по меньшей мере на одну вторую подсистему буровой установки; и управление второй подсистемой буровой установки по меньшей мере посредством одной второй станции.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[8] Более полное понимание вариантов осуществления настоящего изобретения может быть получено путем ссылки на следующее описание, вместе с прилагаемыми чертежами, на которых одинаковые номера позиций обозначают одинаковые элементы.

[9] Фиг. 1 представляет общий вид буровой установки с кабиной рабочей станции, расположенной вблизи пола буровой установки.

[10] Фиг. 2 представляет общий вид буровой установки по фиг. 1, на котором указаны компоненты подсистемы.

[11] На фиг. 3А показан общий вид снаружи кабины рабочей станции, имеющей две ниши рабочих станций.

[12] Фиг. 3B представляет вид сверху кабины рабочей станции по фиг. 3A.

[13] Фиг. 3C представляет вид сзади кабины рабочей станции по фиг. 3A.

[14] Фиг. 3D представляет вид сбоку кабины рабочей станции по фиг. 3A.

[15] Фиг. 3E представляет вид спереди кабины рабочей станции по фиг. 3A.

[16] Фиг. 3F представляет вид сверху в разрезе кабины рабочей станции по фиг. 3D, по сечению А.

[17] Фиг. 3G представляет вид сбоку в разрезе кабины рабочей станции по фиг. 3B, по сечению B.

[18] Фиг. 3H представляет вид сбоку в разрезе кабины рабочей станции по фиг. 3B, по сечению C.

[19] Фиг. 3I представляет вид внутреннего пространства в перспективе кабины рабочей станции по фиг. 3A, в которой две ниши рабочих станций расположены одна напротив другой.

[20] Фиг. 3J представляет вид внутреннего пространства в перспективе с разрезом кабины рабочей станции по фиг. 3A.

[21] Фиг. 3K представляет вид снаружи в перспективе с разрезом кабины рабочей станции по фиг. 3A.

[22] На фиг.4А показан общий вид внутреннего пространства кабины рабочей станции, в которой две ниши рабочих станций расположены рядом друг с другом.

[23] Фиг. 4B представляет вид снаружи в перспективе кабины рабочей станции по фиг. 4A.

[24] На фиг. 5 показан вид снаружи в перспективе кабины рабочей станции, в которой две ниши рабочих станций расположены рядом друг с другом.

[25] На фиг. 6А показаны стандартные горизонтальные линии пределов обзора для лиц с бинокулярным зрением.

[26] На фиг. 6B показаны стандартные вертикальные линии пределов обзора для лиц с бинокулярным зрением.

[27] На фиг. 7А показаны вертикальные поля обзора для оператора, сидящего в нише задней рабочей станции в кабине рабочей станции по фиг. 3A.

[28] На фиг. 7B показаны горизонтальные поля обзора для оператора, сидящего в нише задней рабочей станции в кабине рабочей станции по фиг. 3A.

[29] На фиг. 8А показаны вертикальные поля обзора для оператора, сидящего в нише задней рабочей станции в кабине рабочей станции по фиг. 3A.

[30] На фиг. 8B показаны вертикальные поля обзора для оператора, сидящего в нише передней рабочей станции в кабине рабочей станции по фиг. 3A.

[31] На фиг. 9 представлен вид в боковом окне кабины рабочей станции по фиг. 3A, в котором видны ниши передней и задней рабочих станций.

[32] На фиг. 10А показана линия обзора с точки зрения оператора, сидящего в нише передней рабочей станции кабины рабочей станции по фиг. 3A, смотрящего в правое боковое окно в сторону механизированного приемного моста.

[33] На фиг. 10B показана линия обзора с точки зрения оператора, сидящего в нише передней рабочей станции кабины рабочей станции по фиг. 3A, смотрящего в правое боковое окно в сторону механизированного приемного моста и в переднее окно в сторону установок для свинчивания свечей.

[34] На фиг. 10C показана линия обзора с точки зрения оператора, сидящего в нише передней рабочей станции кабины рабочей станции по фиг. 3A, смотрящего как в переднее окно на устройство для механизированной подвески и развинчивания труб при спускоподъемных операциях, так и в переднее верхнее окно в сторону механического трубного ключа устройства для механизированной подвески и развинчивания труб при спускоподъемных операциях и нижнего стабилизирующего рычага (lower stabilizing arm, LSA).

[35] На фиг. 10D показана линия обзора с точки зрения оператора, сидящего в нише передней рабочей станции кабины рабочей станции по фиг. 3A, смотрящего в переднее верхнее окно в сторону рычага подачи труб (tubular delivery arm, TDA) и нижнего стабилизирующего рычага (lower stabilizing arm, LSA).

[36] На фиг. 11А показана линия обзора с точки зрения оператора, сидящего в нише задней рабочей станции кабины рабочей станции по фиг. 3A, смотрящего в правое боковое окно в сторону механизированного приемного моста.

[37] На фиг. 11B показана линия обзора с точки зрения оператора, сидящего в нише задней рабочей станции кабины рабочей станции по фиг. 3A, смотрящего в правое боковое окно в сторону механизированного приемного моста и в переднее окно в сторону установок для свинчивания свечей.

[38] На фиг. 11C показана линия обзора с точки зрения оператора, сидящего в нише задней рабочей станции кабины рабочей станции по фиг. 3A, смотрящего в переднее верхнее и заднее верхнее окна в сторону рычага подачи труб (tubular delivery arm, TDA) и нижнего стабилизирующего рычага (lower stabilizing arm, LSA).

[39] На фиг. 11D показана линия обзора с точки зрения оператора, сидящего в нише задней рабочей станции кабины рабочей станции по фиг. 3A, смотрящего в переднее и заднее верхнее окна в сторону рычага подачи труб (tubular delivery arm, TDA) и нижнего стабилизирующего рычага (lower stabilizing arm, LSA).

[40] На фиг. 12 показан план уровня для пола буровой установки и кабины рабочей станции, в которой ниши рабочих станций расположены рядом друг с другом.

[41] На фиг. 13 показан план уровня для пола буровой установки и кабины рабочей станции, в которой ниши рабочих станций расположены одна перед другой.

[42] На фиг. 14 показан общий вид кресла оператора для ниши рабочей станции.

[43] На фиг. 15 показан вид с точки зрения оператора, сидящего в кресле оператора, как показано на фиг. 14, где три дисплея расположены перед креслом как часть ниши.

[44] На фиг. 16 показана схема последовательности операций в процессе операции спуска.

[45] На фиг. 17 показана схема последовательности операций в процессе операции подъема.

[46] На фиг. 18A-18C показана схема последовательности операций для процесса свинчивания свечей бурильных труб.

[47] На фиг. 19A-19B показана схема последовательности операций для процесса свинчивания свечей обсадной колонны.

[48] Объекты и признаки изобретения станут более понятными из нижеследующего подробного описания и прилагаемой формулы изобретения, рассматриваемых вместе с прилагаемыми графическими материалами, на которых одинаковые номера позиций представляют одинаковые элементы.

[49] Графические материалы составляют часть настоящего описания и включают примерные варианты осуществления изобретения, которые могут быть воплощены в различных формах. Должно быть понятно, что в некоторых случаях различные аспекты изобретения могут быть показаны в увеличенном масштабе, или увеличенными для облегчения понимания изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[50] Предпочтительные варианты осуществления изобретения лучше всего могут быть понятны со ссылкой на фиг. 1-19В, приведенные ниже, с учетом следующего общего описания. Настоящее описание может быть вполне понято в контексте детализированного описания некоторых вариантов осуществления изобретения.

[51] Прежде всего, следует заметить, что при разработке какого-либо реального варианта осуществления необходимо принять многочисленные конкретные решения для реализации конкретных целей разработчика, таких как соблюдение связанных с системой и связанных с бизнесом ограничений, которые будут изменяться от одного варианта к другому. Кроме того, должно быть понятно, что такая разработка может быть сложной и трудоемкой, но, тем не менее, является обычной для специалистов в данной области, использующих преимущества настоящего изобретения. Кроме того, состав, используемый/описанный в настоящем документе, может также содержать некоторые компоненты, отличные от указанных. В описании сущности изобретения и настоящем подробном описании каждое числовое значение следует вначале читать как измененное термином «около» (если оно уже явно не изменено), а затем снова читать как не измененное, если в контексте не указано иное. Кроме того, в описании сущности изобретения и настоящем подробном описании следует понимать, что диапазон концентраций, указанный или описанный как полезный, подходящий или т.п., предназначен для того, чтобы все без исключения концентрации в пределах диапазона, включая конечные точки, рассматривались, как заявленные. Например, «диапазон от 1 до 10» следует понимать как указывающий все без исключения возможные числа в непрерывном множестве между примерно 1 и примерно 10. Таким образом, даже если конкретные данные указаны в пределах диапазона, или даже внутри диапазона отсутствуют точки данных, которые явно определены или относятся только к нескольким конкретным данным, следует понимать, что авторы изобретения принимают во внимание и понимают, что все без исключения точки данных в пределах диапазона должны считаться указанными, и что авторы изобретения обладали знаниями для всего диапазона и всех точек в пределах диапазона. Утверждения, сделанные в настоящем документе, просто предоставляют информацию, относящуюся к настоящему изобретению, и могут не представлять собой предшествующий уровень техники, и могут описывать некоторые варианты осуществления изобретения, иллюстрирующие изобретение.

[52] Следующее описание представлено, чтобы позволить любому специалисту в данной области техники выполнить и использовать изобретение, и предоставлено в контексте конкретного применения и его требований. Различные модификации описанных вариантов осуществления изобретения будут очевидны для специалистов в данной области техники, и общие принципы, определенные в настоящем документе, могут быть применены к другим вариантам осуществления изобретения и применения без отхода от сущности и объема настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не ограничивается показанными вариантами осуществления изобретения, но должно рассматриваться в самом широком объеме, в соответствии с описанными в настоящем документе принципами и особенностями.

[53] Способ, посредством которого оператор управляет аппаратурой управления для управления действиями буровой установки и действиями, поддерживающими действия буровой установки, зависит от его линии прямого обзора и доступа к системам, которые управляют механическими и электрическими системами. Конструкция кресла, его ориентация в кабине, его близость к сотрудникам-операторам, размер, расположение и другие параметры окон в кабине, конструкция кабины и ориентация кабины в окружающей системе являются факторами, влияющими на работу оператора по управлению. Следующий ряд фигур и схем рабочего процесса иллюстрирует элементы конструкции, которые действуют совместно, чтобы обеспечивать линию обзора и управление действиями буровой установки, и поддержку действий буровой установки, таких как подъем, спуск, направление, свинчивание свечей и т.п.

[54] На фиг. 1 показана буровая установка с пультом управления бурового мастера, расположенным на стороне бурового мастера пола буровой установки.

[55] Фиг. 2 иллюстрирует буровую установку по фиг. 1, причем различные компоненты удалены (скрыты) для ясности. Буровая установка 200 имеет перегрузочный мостовой кран 202 для перемещения свечей бурильных труб в определенное положение над стволом скважины. Нижний стабилизирующий рычаг 204 помогает установить свечи. На полу буровой установки имеется шламовая труба 206. В буровой вышке буровой установки 200 установлен верхний привод 208. Балкон 210 буровой вышки с пальцами проходит от буровой вышки для крепления свечей в вертикальном положении с помощью верхнего ограничителя 212 свечи. Рычаг 214 подачи труб подает трубу. Рычаг 216 для манипулирования ключом транспортирует трубный ключ в направлении от центра скважины и положений шурфа под однотрубку, и к ним. Устройство 218 для механизированной подвески и развинчивания труб при спускоподъемных операциях и ключ 220 для обсадных труб расположены на полу буровой установки для процессов свинчивания и развинчивания. Шурф 222 под однотрубку расположен рядом со стволом скважины и положением 224 передачи свечи. Механизированный приемный мост 226 подает секции труб к полу буровой установки.

[56] На фиг. 3A-3E показаны виды в перспективе, сверху, сзади, сбоку и спереди варианта осуществления пульта 300 управления (кроличьей клетки) бурового мастера. На фиг. 3F показан вид поперечного разреза по сечению A на фиг. 3D. На фиг. 3G показан вид поперечного разреза по сечению B на фиг. 3B. На фиг. 3G показан вид поперечного разреза по сечению C на фиг. 3B. На фиг. 3I показан общий вид внутреннего пространства пульта 300 управления (кроличьей клетки) бурового мастера, в котором две ниши оператора установлены одна за другой, как сиденья на стадионе. Фиг. 3J иллюстрирует другой общий вид внутреннего пространства пульта 300 управления (кроличьей клетки) бурового мастера. На фиг. 3K показан общий вид снаружи пульта 300 управления (кроличьей клетки) бурового мастера, в котором две ниши оператора установлены одна за другой, как сиденья на стадионе.

[57] Фиг. 4A иллюстрирует общий вид альтернативного варианта осуществления внутреннего пространства пульта 400 управления (кроличьей клетки) бурового мастера, в котором две ниши оператора установлены рядом друг с другом, и смотровое окно установлено под углом (около 30 градусов) относительно боковых стенок пульта. Фиг. 4B иллюстрирует общий вид снаружи пульта 500 управления (кроличьей клетки) с установкой ниш рядом и с угловым окном.

[58] Фиг. 5 иллюстрирует общий вид снаружи дополнительного альтернативного варианта осуществления пульта 500 управления (кроличьей клетки) бурового мастера, в котором две ниши для управления установлены рядом друг с другом, и смотровое окно перпендикулярно к боковым стенкам пульта.

[59] На фиг. 6А показан вид сверху стандартных линий обзора для лиц с бинокулярным зрением.

[60] Фиг. 6B иллюстрирует вид сбоку стандартных линий обзора для лиц с оптимальным поворотом глаз и пределами поля обзора.

[61] Фиг. 7A иллюстрирует вид сбоку буровой установки с пультом 300 управления (кроличьей клеткой), показанным на фиг. 3A-3K, на котором указаны вертикальные поля обзора для оператора, находящегося сзади. На фиг. 7B показаны горизонтальные поля обзора для оператора, находящегося сзади, в таком же пульте 300 управления (кроличьей клетке).

[62] Фиг. 8A иллюстрирует вид сбоку буровой установки с пультом 300 управления (кроличьей клеткой), показанным на фиг. 3A-3K, на котором указаны вертикальные поля обзора для оператора, находящегося спереди. На фиг. 8B показаны горизонтальные поля обзора для оператора, находящегося сзади, в таком же пульте 300 управления (кроличьей клетке).

[63] На фиг. 9 показан вид пульта 300 управления (кроличьей клетки), показанного на фиг. 3A-3K, в котором вид выполнен с точки зрения со стороны через боковое окно, так что видны как передняя ниша оператора, так и задняя ниша оператора. Задняя ниша оператора расположена выше относительно передней ниши оператора, так что оператор, находящийся сзади, может смотреть поверх оператора, находящегося спереди.

[64] Фиг. 10A-10D иллюстрируют виды буровой установки с точки зрения оператора, сидящего в передней нише управления. На фиг. 10A показан вид из бокового окна пульта 300 управления (кроличьей клетки) на приемный мост. На фиг. 10B показан вид из переднего окна пульта 300 управления (кроличьей клетки) на пол буровой установки и установки для свинчивания свечей. На фиг. 1°C показан вид частично из переднего окна и частично из окна в крыше пульта 300 управления (кроличьей клетки) на буровое оборудование и оборудование для свинчивания свечей. На фиг. 10D показан вид из окна в крыше пульта 300 управления (кроличьей клетки) на буровую вышку буровой площадки и оборудование для свинчивания свечей.

[65] Фиг. 11A-11D иллюстрируют виды буровой установки с точки зрения оператора, сидящего в задней нише управления. Задняя ниша для управления может быть предназначена для бурового мастера. На фиг. 11A показан вид из бокового окна пульта 300 управления (кроличьей клетки) на приемный мост. На фиг. 11B показан вид из переднего окна пульта 300 управления (кроличьей клетки) на пол буровой установки и установки для свинчивания свечей. На фиг. 11C показан вид частично из переднего окна, из заднего окна в крыше, и частично из заднего окна на крыше пульта 300 управления (кроличьей клетки) на буровое оборудование и оборудование для свинчивания свечей. На фиг. 11D показан вид частично из переднего окна в крыше и частично из заднего окна в крыше пульта 300 управления (кроличьей клетки) на буровую вышку бурового оборудования и оборудование для свинчивания свечей.

[66] Пульт управления (кроличья клетка) может быть расположен относительно пола буровой установки так, чтобы обеспечивать оптимальные линии обзора. Фиг. 12 иллюстрирует схему пола буровой установки с пультом управления (кроличьей клеткой) по фиг. 4A-4B, расположенным относительно него. Фиг. 13 иллюстрирует схему пола буровой установки с пультом управления (кроличьей клеткой) по фиг. 3A-3K, расположенным относительно него. Что касается линий обзора, то пульт 300 управления (кроличья клетка) может быть спроектирован и размещен так, чтобы обеспечивать оператору или операторам легкость обзора места передачи элеватора верхнего привода, линию обзора на операцию APH ниже уровня пола бурильной установки и дополнительную линию обзора пола буровой установки. Одновременно могут выполняться две операции: бурение и свинчивание свечей. Таким образом, операторы должны иметь полный обзор для мониторинга обеих операций.

[67] Пульт 300 управления (кроличья клетка) может быть модулем для сборки с другими модульными компонентами буровой установки. Он может обеспечивать рабочую температуру для пользователей с помощью систем отопления/охлаждения, управляемых посредством DR/AD, причем эти системы могут быть дублирующими. Освещение может быть достаточным и с регулируемой яркостью. Оконные панели могут быть антибликовыми, солнцезащитными, с очисткой окон. Конструкция пульта управления может быть такой, что шумоподавление может быть уменьшено на 20 дБ по сравнению с шумом на полу буровой установки. Конструкция также может не нуждаться в герметизированной кабине даже при использовании ветрозащиты. Также может быть предусмотрено подавление вибрации (кабин и кресел оператора). Также может иметься плавная интеграция планка/симфонии. Пульт 300 управления (кроличья клетка) может иметь максимальную вместимость для пяти человек, причем внутри кабины управления бурением (drilling control room, DCR) имеется место для двух-трех человек в дополнение к двум операторам. Помещение для реагирования на ситуацию может быть совмещено с пространством на полу буровой вышки. Рабочие станции могут быть выполнены в виде отдельной панели и рабочей станции. Может иметься два кресла оператора. Могут иметься резервные элементы управления. Доступ и выход могут осуществляться через две двери, наружную зону два, два пути эвакуации для DR/AD (См. фиг. 3A, 3C, 3H, 4A, 4B, 3J и 5). Могут иметься DCR-дисплеи с пространством для дополнительных экранов. Пульт управления противовыбросовым превентором (blow-out preventer, BOP) может быть расположен так, чтобы быть легко доступным для всех в помещении. Пульт 300 управления (кроличья клетка) может быть выполнен поблизости операторов с учетом обзора конструкции машины для сооружения скважины. Он может быть выполнен с учетом существования вероятности того, что падающие объекты упадут на верхнюю часть DCR с учетом движения указанного выше оборудования. Помещение местного обрудования (local equipment room, LER) может быть доступно на стороне бурового мастера пола бурильной установки.

[68] На фиг. 14 показан общий вид кресла оператора для использования в нише для управления. Все элементы управления оборудованием могут быть встроены в кресло так, чтобы все были легко доступны на расстоянии вытянутой руки.

[69] На фиг. 15 показана ниша управления с точки зрения оператора. Элементы управления могут представлять собой самый интуитивно понятный человеко-машинный интерфейс (human-machine interface, HMI). Для управления оборудованием могут использоваться сенсорные панели 1518. На каждой кнопке могут использоваться символы и текст. На кнопках может быть представлено состояние обратной связи. Кресло оператора может обеспечить интуитивную и безопасную работу. Системы управления могут работать под управлением программного обеспечения, поэтому их можно легко изменить. Передние экраны 1502 HMI могут иметь усовершенствованные впечатление и ощущение от использования, и могут быть менее шумными, чем у других производителей. Также может быть обеспечен экран 1514 системы видеонаблюдения (closed-circuit television, CCTV). Передние экраны 1502 HMI могут быть управляемыми посредством шариковой мыши 1522 с функцией щелчка правой кнопкой мыши 1520, чтобы обеспечить более эргономичное управление и более точное управление экранными объектами. Три передних экрана 1502 HMI могут использоваться для того, чтобы не мешать оптимальной линии обзора (См. фиг. 10А-10В). Благодаря выдающимся эргономичным настройкам операторы могут поддерживать круглосуточную работу буровой установки без стресса. Переключение яркости на всех экранах может обеспечить оптимальную видимость во всех условиях. Правый и левый джойстики 1504, кнопки 1506 управления и аналоговая рукоятка 1508 управления могут обеспечивать интерфейс управления системой. Может быть предусмотрена кнопка 1510 подтверждения тревоги и кнопки 1512 аварийного отключения. Функциональные возможности каждой ниши оператора полностью взаимозаменяемы и выполнены с возможностью настройки. В частности, элементами управления отдельными подсистемами бурения можно управлять с помощью любой ниши управления оператора, и управление может переключаться с одной ниши управления оператора на другую.

[70] На фиг. 16 показана схема последовательности операций в процессе спуска трубы. Буровая лебедка (drawwork, DW) опускает талевый блок до пола буровой установки, и ограничитель перегрузочного моста (укладчик) (transfer bridge constraint, TBC) закрывает зажимное устройство на свече бурильных труб в балконе буровой вышки с пальцами (finger board, FB). Балкон буровой вышки с пальцами RB открывает защелку, удерживающую свечу бурильных труб. Ограничитель перегрузочного моста (укладчик) TBC перемещает свечу бурильных труб в положение передачи свечи (stand handoff position, SHP). Буровая лебедка DW устанавливает плашки. Как нижний стабилизирующий рычаг (lower stabilizing arm, LSA), так и рычаг подачи труб (tubular deliver arm, TDA) перемещают свечу бурильных труб в положение передачи свечи SHP, и балкон буровой вышки с пальцами FB закрывает защелку. Верхний ограничитель свечей (upper stand constraint, USC) закрывает направляющую возле свечи бурильных труб. Верхний привод (top drive, TD) открывает элеватор, чтобы освободить бурильную колонну, уже спущенную в скважину, и ограничитель перегрузочного моста (укладчик) TBC опускает и снимает нагрузку со свечи бурильных труб. Нижний стабилизирующий рычаг LSA закрывает направляющую, и рычаг подачи труб TDA закрывает элеватор на свече туб в положении передачи свечи SHP. Верхний привод TD отводит назад опорную тележку, чтобы отвести верхний привод TD из положения в центре скважины (well center, WC). В положении передачи свечи SHP конец с наружной резьбой свечи бурильных труб очищается и смазывается. Затем ограничитель перегрузочного моста (укладчик) открывает зажимное устройство, чтобы освободить свечу бурильных труб, и перемещается к следующей свече в балконе буровой вышки с пальцами FB. Трубный ключ устройства для механизированной подвески и развинчивания труб при спускоподъемных операциях (iron roughneck, IRN) перемещается в положение в центре скважины WC, и верхний ограничитель свечей USC открывает направляющие, чтобы освободить свечу бурильных труб в положении передачи свечи SHP. Рычаг подачи труб TDA поднимают к полу буровой установки, и буровая лебедка DW поднимает верхний привод TD в верхнее положение в буровой вышке. Как нижний стабилизирующий рычаг LSA, так и рычаг подачи труб TDA перемещают свечу бурильных труб в положение в центре скважины WC, и рычаг подачи труб TDA заводит свечу бурильных труб в бурильную колонну. Трубный ключ IRN фиксируется на бурильной колонне. Рычаг подачи труб TDA опускает свечу бурильных труб, когда трубный ключ IRN вращает свечу бурильных труб для ввинчивания конца с наружной резьбой свечи бурильных труб в конец с внутренней резьбой бурильной колонны. Между тем, верхний привод выдвигает опорную тележку, чтобы расположить верхний привод TD над бурильной колонной и свечой бурильных труб в положении в центре скважины WC. Когда трубный ключ IRN свинчивает соединение между бурильной колонной и свечой бурильных труб, верхний привод TD закрывает элеватор вокруг свинченной свечи бурильных труб. Затем рычаг подачи труб TDA открывает элеватор, чтобы освободить свинченную свечу бурильных труб. Трубный ключ IRN освобождает зажим бурильной колонны, когда буровая лебедка DW принимает нагрузку бурильной колонны, и трубный ключ IRN перемещается в положение готовности, когда буровая лебедка DW открывает плашки, чтобы бурильная колонна была подвешена на верхнем приводе TD.

[71] На фиг. 17 показана схема последовательности операций в процессе подъема трубы. Буровая лебедка DW поднимает верхний привод TD в верхнее положение, с бурильной колонной, свисающей с элеватора верхнего привода TD. Как трубный ключ IRN, так и рычаг подачи труб TDA перемещаются в положение в центре скважины WC. Буровая лебедка устанавливает плашки и снимает нагрузку с бурильной колонны, чтобы бурильная колонна свисала с пола буровой установки. Рычаг подачи труб TDA закрывает элеватор возле верхней части верхней свечи, ввинченной в бурильную колонну, когда трубный ключ IRN зажимает бурильную колонну. Затем верхний привод TD открывает элеватор, когда трубный ключ IRN развинчивает соединение между верхней свечой бурильных труб и остальной частью бурильной колонны. Нижний стабилизирующий рычаг LSA перемещается в положение в центре скважины WC. Верхний привод TD отводится из положения в центре скважины, когда трубный ключ IRN развинчивает соединение. Нижний стабилизирующий рычаг LSA закрывает направляющую возле свечи бурильных труб. Трубный ключ IRN освобождает зажим бурильной колонны. Буровая лебедка DW опускает верхний привод TD к полу буровой установки, когда и нижний стабилизирующий рычаг LSA, и рычаг подачи труб TDA перемещают свечу бурильных труб в положение передачи свечи SHP. Трубный ключ IRN возвращается в положение готовности, и ограничитель перегрузочного моста (укладчик) TBC перемещается в положение передачи свечи SHP. Рычаг подачи труб TDA снимает нагрузку со свечи бурильных труб в положении передачи свечи SHP, когда верхний ограничитель свечей USC закрывает направляющую на свече бурильных труб. Затем ограничитель перегрузочного моста (укладчик) TBC закрывает зажимное устройство на свече бурильных труб, и рычаг подачи труб TDA открывает элеватор. Когда ограничитель перегрузочного моста (укладчик) TDC принимает нагрузку свечи бурильных труб, верхний ограничитель свечей USC открывает направляющую. После опускания до пола буровой установки верхний привод TD выдвигает опорную тележку, чтобы установить верхний привод над положением по центру скважины WC. Затем верхний привод TD закрывает элеватор на бурильной колонне, когда ограничитель перегрузочного моста (укладчик) TBC перемещает свечу бурильных труб к выбранному ряду балкона буровой вышки с пальцами FB, и балкон буровой вышки с пальцами FB открывает защелку. Ограничитель перегрузочного моста (укладчик) TBC перемещает свечу бурильных труб в выбранный ряд балкона буровой вышки с пальцами FB и балкон буровой вышки с пальцами FB закрывает защелку позади свечи бурильных труб. Ограничитель перегрузочного моста (укладчик) TBC снимает нагрузку со свечи бурильных труб в подсвечнике и открывает зажимное устройство, чтобы освободить свечу бурильных труб. Буровая лебедка DW принимает нагрузку бурильной колонны и открывает плашки в полу буровой установки.

[72] На фиг. 18A-18C показана последовательность операций в процессе свинчивания бурильных труб. Когда 1^ая бурильная труба загружена на механизированный приемный мост (catwalk machine, CM), верхний упор шурфа для двухтрубки (mouse hole, MH) выдвигается, нижний стабилизирующий рычаг LSA перемещается в положение готовности, и TDA перемещается в положение приема. Салазки CM перемещают 1^ую бурильную трубу в положение разгрузки (offload position, OP), так что TDA может закрывать элеватор возле конца с внутренней резьбой 1^ой бурильной трубы. TDA принимает нагрузку 1^ой бурильной трубы. Когда TDA поднимает 1^ую бурильную трубу, чтобы обеспечить введение хвостовика посредством LSA, LSA перемещается в положение введения хвостовика. Салазки CW возвращаются в положение нагружения, и 2^ая бурильная труба загружается на CW, тогда как LSA устанавливает хвостовик 2ой бурильной трубы в MH, и TDA поднимается в заданное положение. Затем LSA перемещается в положение готовности. Затем TDA опускается до верхнего упора MH. Затем TDA снимает нагрузку с 1^ой бурильной трубы, MH закрывает направляющую уровня OF, и TDA открывает элеватор. После освобождения 1^ой бурильной трубы в шурфе для двухтрубки, TDA перемещается в положение приема для размещения 2^ой бурильной трубы. Салазки CW перемещают 2^ую бурильную трубу в положение приема, и TDA закрывает элеватор возле 2^ой бурильной трубы. TDA принимает нагрузку 2^ой бурильной трубы, и салазки CW возвращаются в положение нагружения. TDA поднимает 2-^ую бурильную трубу для обеспечения перемещения посредством LSA для перемещения 2^ой бурильной трубы в положение введения хвостовика. 3^я бурильная труба загружается на CW. LSA вставляет хвостовик 2^й бурильной трубы в 1^ую бурильную трубу, когда TDA поднимается в заданное положение. Затем, в то время как TDA опускается в пенек керна, трубный ключ IRN перемещается к MH. TDA заводит 2^ую бурильную трубу в 1^ую бурильную трубу. IRN зажимает 1^ую бурильную трубу, вворачивает 2^ую бурильную трубу в 1^ую бурильную трубу, и свинчивает соединение между трубами. Во время свинчивания LSA перемещается в положение готовности. IRN освобождает зажим бурильных труб, и TDA принимает нагрузку бурильных труб, когда MH извлекает верхний упор. MH открывает направляющую уровня DF, и TDA опускает бурильные трубы в нижнюю часть MH. IRN возвращается в положение готовности. MH закрывает направляющую уровня DF возле 2^ой бурильной трубы, и TDA снимает нагрузку с бурильных труб в MH. TDA открывает элеватор и перемещается в положение приема для размещения 3^ей бурильной трубы. Салазки CW подают 3^ю бурильную трубу к TDA, и TDA закрывает элеватор возле трубы и принимает ее нагрузку. Салазки CW возвращаются в положение нагружения. TDA поднимается для подъема 3^ей бурильной трубы, и LSA перемещает висящий конец трубы до положения введения хвостовика. TDA опускает 3^ю бурильную трубу в пенек керна, и IRN перемещается к MH. Конец с наружной резьбой 3^ей бурильной трубы заводится в конец с внутренней резьбой 2^ой бурильной трубы, когда TDA опускается. IRN фиксируется на 2^ой бурильной трубе, вращает 3^ю бурильную трубу, и свинчивает соединение. TDA принимает нагрузку 3-трубной свечи, и MH открывает направляющую уровня, когда IRN освобождает зажим труб. IRN возвращается в положение готовности, и TDA поднимает 3-трубную свечу до высоты SHP. LSA, TDA и TBC перемещаются в SHP. USC закрывает направляющую на свече, и TDA снимает нагрузку со свечи в SHP. TBC закрывает зажимное устройство, и TDA открывает элеватор, чтобы освободить свечу. USC открывает направляющую, когда TBC принимает нагрузку свечи. TBC перемещает свечу в выбранный ряд FB, когда FB открывает защелку в ряду. TBC перемещает свечу в выбранный ряд FB, и FB закрывает защелку позади свечи. TBC снимает нагрузку со свечи на подсвечнике и открывает зажимное устройство для освобождения свечи.

[73] На фиг. 19A-19B показана схема последовательности операций процесса свинчивания свечей обсадной колонны. Этот процесс аналогичен последовательности операций процесса свинчивания бурильных труб, описанного выше со ссылками на фиг. 19A-18C.

[74] Используемый в настоящем документе термин «по существу» предназначен для конструкции со значением «скорее да, чем нет».

[75] Таким образом, описав настоящее изобретение со ссылкой на некоторые из его предпочтительных вариантов осуществления, следует отметить, что описанные варианты осуществления изобретения являются скорее иллюстративными, чем ограничивающими по своей природе, и что широкий диапазон вариантов, модификаций, изменений и замен рассматривается в предыдущем описании и, в некоторых случаях, некоторые признаки настоящего изобретения могут быть использованы без соответствующего использования других признаков. Многие такие изменения и модификации могут считаться желательными специалистами в данной области, на основе рассмотрения предшествующего описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения. Соответственно, прилагаемая формула изобретения должна толковаться в широком смысле и в соответствии с объемом изобретения.

[76] Хотя в настоящем документе подробно описаны описанные варианты осуществления изобретения, следует понимать, что различные изменения, замены и модификации могут быть сделаны в вариантах осуществления изобретения без отхода от его сущности и объема.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[77] Рабочие станции для буровых установок согласно настоящему изобретению имеют множество вариантов промышленного применения, включая, но, не ограничиваясь этим, бурение вертикальных стволов скважины и длинных боковых секций в горизонтальных скважинах для нефтегазовой промышленности.

Группа изобретений относится к системе рабочих станций и способу мониторинга и управления подсистемами на буровой установке. Технический результат заключается в повышении эффективности обзора и управления. Система рабочих станций для мониторинга и управления подсистемами на буровой установке содержит: нишу первой рабочей станции, расположенную рядом с полом буровой установки таким образом, чтобы обеспечить оператору прямую линию обзора, когда он сидит или стоит в нише, по меньшей мере на одну первую подсистему буровой установки, управляемую первой рабочей станцией; и нишу второй рабочей станции, расположенную рядом с полом буровой установки таким образом, чтобы обеспечить оператору прямую линию обзора, когда он сидит или стоит в нише, по меньшей мере на одну вторую подсистему буровой установки, управляемую второй рабочей станцией. Ниша первой рабочей станции содержит: кресло оператора; множество элементов управления для управления по меньшей мере одной первой подсистемой буровой установки; по меньшей мере один дисплей графического представления по меньшей мере одной первой подсистемы буровой установки. Ниша второй рабочей станции содержит: кресло оператора; множество элементов управления для управления по меньшей мере одной второй подсистемой буровой установки; по меньшей мере один дисплей графического представления по меньшей мере одной второй подсистемы буровой установки. Ниша первой рабочей станции расположена перед нишей второй рабочей станции, а ниша второй рабочей станции расположена выше, чем ниша первой рабочей станции. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Система рабочих станций для мониторинга и управления подсистемами на буровой установке, содержащая:

нишу первой рабочей станции, расположенную рядом с полом буровой установки таким образом, чтобы обеспечить оператору прямую линию обзора, когда он сидит или стоит в нише, по меньшей мере на одну первую подсистему буровой установки, управляемую первой рабочей станцией, при этом ниша первой рабочей станции содержит:

кресло оператора;

множество элементов управления для управления по меньшей мере одной первой подсистемой буровой установки;

по меньшей мере один дисплей графического представления по меньшей мере одной первой подсистемы буровой установки, и

нишу второй рабочей станции, расположенную рядом с полом буровой установки таким образом, чтобы обеспечить оператору прямую линию обзора, когда он сидит или стоит в нише, по меньшей мере на одну вторую подсистему буровой установки, управляемую второй рабочей станцией, при этом ниша второй рабочей станции содержит:

кресло оператора;

множество элементов управления для управления по меньшей мере одной второй подсистемой буровой установки;

по меньшей мере один дисплей графического представления по меньшей мере одной второй подсистемы буровой установки,

при этом ниша первой рабочей станции расположена перед нишей второй рабочей станции, а ниша второй рабочей станции расположена выше, чем ниша первой рабочей станции.

2. Система рабочих станций по п. 1, в которой по меньшей мере одна первая подсистема выбрана из группы: буровая лебедка, верхний привод, система промывки буровым раствором, устройство для механизированной подвески, система свинчивания, система передачи (спуска-подъема) труб, система приемного моста и противовыбросовый превентор.

3. Система рабочих станций по п. 1, в которой по меньшей мере одна вторая подсистема выбрана из группы: буровая лебедка, верхний привод, система промывки буровым раствором, устройство для механизированной подвески, система свинчивания, система передачи (спуска-подъема) труб, система приемного моста и противовыбросовый превентор.

4. Система рабочих станций по п. 1, в которой как ниша первой, так и ниша второй рабочей станции расположены таким образом, что обеспечивает операторам прямые линии обзора, когда они сидят или стоят в нишах, на буровую лебедку, верхний привод, устройство для механизированной подвески, систему свинчивания, систему передачи (спуска-подъема) труб и систему приемного моста.

5. Система рабочих станций по п. 1, в которой как ниша первой, так и ниша второй рабочей станции расположены таким образом, что обеспечивает операторам прямые линии обзора, когда они сидят или стоят в нишах, на подсистемы для выполнения процесса спуска-подъема.

6. Система рабочих станций по п. 1, в которой как ниша первой, так и ниша второй рабочих станций расположены таким образом, что обеспечивают операторам прямые линии обзора, когда они сидят или стоят в нишах, на подсистемы для выполнения процесса свинчивания свечи.

7. Система рабочих станций по п. 1, в которой множество элементов управления как ниши первой, так и ниши второй рабочих станций выполнены с возможностью настройки для взаимозаменяемого управления одной или более подсистемами, выбранными из группы: буровая лебедка, верхний привод, система промывки буровым раствором, устройство для механизированной подвески, система свинчивания, система передачи (спуска-подъема) труб, система приемного моста и противовыбросовый превентор.

8. Система рабочих станций по п. 1, в которой управление подсистемами буровой установки является дублированным, так что управление может осуществляться через нишу первой рабочей станции, нишу второй рабочей станции или через обе.

9. Система рабочих станций по п. 1, в которой ниша первой и ниша второй рабочих станций находятся в одной кабине.

10. Система рабочих станций по п. 1, дополнительно содержащая модульную кабину ниши первой и ниши второй рабочих станций, при этом кабина может быть смонтирована с буровой установкой как один модуль.

11. Способ мониторинга и управления подсистемами на буровой установке, включающий в себя:

установку ниши первой рабочей станции вблизи пола буровой установки таким образом, чтобы обеспечить оператору прямые линии обзора, когда он сидит или стоит в нише, по меньшей мере на одну первую подсистему буровой установки;

управление по меньшей мере одной первой подсистемой буровой установки с помощью первой рабочей станции;

установку ниши второй рабочей станции вблизи пола буровой установки таким образом, чтобы обеспечить оператору прямые линии обзора, когда он сидит или стоит в нише, по меньшей мере на одну вторую подсистему буровой установки, и

управление по меньшей мере одной второй подсистемой буровой установки с помощью второй рабочей станции,

при этом ниша первой рабочей станции расположена перед нишей второй рабочей станции, а ниша второй рабочей станции расположена выше, чем ниша первой рабочей станции.

12. Способ мониторинга и управления подсистемами на буровой установке по п. 11, в котором по меньшей мере одна первая подсистема выбрана из группы: буровая лебедка, верхний привод, система промывки буровым раствором, устройство для механизированной подвески, система свинчивания, система передачи (спуска-подъема) труб, система приемного моста и противовыбросовый превентор.

13. Способ мониторинга и управления подсистемами на буровой установке по п. 11, в котором по меньшей мере одна вторая подсистема выбрана из группы: буровая лебедка, верхний привод, система промывки буровым раствором, устройство для механизированной подвески, система свинчивания, система передачи (спуска-подъема) труб, система приемного моста и противовыбросовый превентор.

14. Способ мониторинга и управления подсистемами на буровой установке по п. 11, в котором положение как ниши первой, так и ниши второй рабочих станций обеспечивает операторам прямые линии обзора, когда они сидят или стоят в нишах, на буровую лебедку, верхний привод, устройство для механизированной подвески, систему свинчивания, систему передачи (спуска-подъема) труб и систему приемного моста.

15. Способ мониторинга и управления подсистемами на буровой установке по п. 11, в котором положение как ниши первой, так и ниши второй рабочих станций обеспечивает операторам прямые линии обзора, когда они сидят или стоят в нишах, на подсистемы для выполнения процесса спуска-подъема.

16. Способ мониторинга и управления подсистемами на буровой установке по п. 11, в котором положение как ниши первой, так и ниши второй рабочих станций обеспечивает операторам прямые линии обзора, когда они сидят или стоят в нишах, на подсистемы для выполнения процесса свинчивания свечи.

17. Способ мониторинга и управления подсистемами на буровой установке по п. 11, дополнительно включающий настройку множества элементов управления как ниши первой, так и ниши второй рабочих станций для взаимозаменяемого управления одной или более подсистем, выбранных из группы: буровая лебедка, верхний привод, система промывки буровым раствором, устройство для механизированной подвески, система свинчивания, система передачи (спуска-подъема) труб, система приемного моста и противовыбросовый превентор.

18. Способ мониторинга и управления подсистемами на буровой установке по п. 11, дополнительно включающий управление с дублированием подсистемами буровой установки, так что управление может осуществляться через нишу первой рабочей станции, нишу второй рабочей станции или через обе.

19. Способ мониторинга и управления подсистемами на буровой установке по п. 11, дополнительно включающий размещение ниши первой и ниши второй рабочих станций в одной кабине.

20. Способ мониторинга и управления подсистемами на буровой установке по п. 11, дополнительно включающий размещение ниши первой и ниши второй рабочих станций в модуле для сборки с буровой установкой как одного модуля.