ВЕРХНИЙ ПРИВОД С ТРУБОЙ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА Российский патент 2021 года по МПК E21B19/16 

ЗАЯВЛЕНИЕ О ЗАЯВКЕ-ПРОДОЛЖЕНИИ

[1] Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США № 62/330 028, поданной 29 апреля 2016 года.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[2] Настоящее изобретение относится к буровой установке и системе для перемещения бурильной трубы и утяжеленных бурильных труб в подземный ствол скважины и из него. В частности, настоящее изобретение относится к убираемому верхнему силовому приводу (RTD, retractable top drive) для использования на буровой установке, выполненному для значительного уменьшения времени спуска или подъема бурильной колонны. В частности, настоящая конструкция выполнена с возможностью использования с вспомогательной грузоподъемной машиной, смонтированной с возможностью поступательного перемещения на той же мачте, что и убираемый верхний силовой привод.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[3] При разведке нефти, газа и геотермальной энергии для создания стволов скважин или буровых скважин в земле используют бурильные работы. Буровые установки, используемые в подземной разведке, должны быть перемещены в местоположения, где будут начинаться буровые работы. Эти местоположения часто расположены удаленно в пересеченной местности. Транспортировка таких установок по автомагистралям местного значения требует соблюдения правил техники безопасности дорожного движения и соответствия расстояний под мостами и внутри туннелей. После транспортировки в требуемое местоположение крупные компоненты установки должны быть перемещены из транспортного прицепа и соединены с остальными компонентами, расположенными на площадке буровой установки.

[4] Перемещение полноразмерной буровой установки требует разборки и повторной сборки фундаментной рамы и мачты. Первостепенное значение имеет безопасность. Для рентабельности также критична скорость разборки и повторной сборки. Полная разборка приводит к ошибкам, промедлению и угрозам безопасности при повторной сборке. Современные буровые установки могут иметь две, три или даже четыре секции мачты, соединяемые последовательно и поднимаемые над фундаментной рамой.

[5] Транспортные ограничения и затраты ограничивают многие конструктивные возможности построения буровых установок, способных бурить скважины быстрее. Обычное бурение включает наличие бурового долота на дне скважины. Компоновка низа бурильной колонны, расположенная непосредственно над буровым долотом, содержит датчики направления и средства связи, батареи, забойные двигатели и стабилизационное оборудование, помогающие направлять буровое долото к требуемой подземной цели.

[6] Комплект утяжеленных бурильных труб, расположенных над компоновкой низа бурильной колонны, предоставляет неразъемный источник нагрузки, помогающий буровому долоту дробить породу. Толстостенная бурильная труба расположена над утяжеленными бурильными трубами для безопасности, непосредственно над нейтральной точкой бурильной колонны, где компоненты ниже находятся в сжатии, а компоненты выше - в растяжении. Остальная часть бурильной колонны главным образом представляет собой бурильную трубу, выполненную для постоянного пребывания под растяжением. Длина каждой бурильной трубы составляет приблизительно 30 футов (9,14 м), однако длины различаются в зависимости от конструкции. Обычно секции бурильной трубы хранят в виде "двухтрубок" (двух соединенных секций), "трехтрубок" (трех соединенных секций) или "четырехтрубок" (четырех соединенных секций).

[7] Когда бурильная колонна (бурильная труба и все другие компоненты) должна быть извлечена из буровой установки для замены изношенного бурового долота, то необходимо извлекать всю бурильную колонну из скважины и устанавливать на подсвечник двухтрубками или трехтрубками, пока не извлекут и не заменят буровое долото. Такой процесс вытягивания всего оборудования из ствола скважины и подачи его обратно известен как «спускоподъемная операция».

[8] Спускоподъемная операция занимает время, не связанное с бурением, и, таким образом, представляет собой вынужденный убыток. В течение последнего века предпринимались усилия по разработке способов ее устранения или по меньшей мере ускорения. Работа с трехтрубками быстрее работы с двухтрубками, поскольку на одну треть уменьшается количество резьбовых соединений, которые должны быть сначала разъединены, а затем повторно соединены. Трехтрубки требуют наличия более высоких и более дорогостоящих буровых установок, но они являются единственной практической альтернативой при глубоком бурении.

[9] Одним возможным вариантом является использование пары противоположных мачт, каждая из которых оборудована полностью рабочим верхним силовым приводом, последовательно поднимающих из ствола скважины. Таким способом, спускоподъемная операция может быть почти непрерывной, приостанавливающейся только для свинчивания и развинчивания соединений. При такой конфигурации буровой установки очевидной проблемой является стоимость оборудования, работы и транспортировки. Кроме того, остается нерешенной проблема укладки труб.

[10] Автоматическая укладка труб долгое время является задачей, относящейся к уменьшению времени спускоподъемных операций. Система Iron Derrickman™ представляет собой коммерчески доступный механизм, направленный на воспроизведение перемещений верхового рабочего. Это устройство имело очень ограниченные коммерческий успех и признание. Одна из проблем состоит в отсутствии оперативного резервирования. В случае механического сбоя механизм нужно ремонтировать или удалять, что вызывает недопустимый перерыв в буровых работах.

[11] Для наземных буровых установок известны верхние силовые приводы. Некоторые системы верхнего силового привода предшествующего уровня техники смонтированы с возможностью перемещения на трубе крутящего момента, проходящей вертикально и поддерживаемой мачтой буровой установки. Каретка для направления верхнего силового привода вдоль длины мачты обычно присоединена к верхнему силовому приводу, а не к талевому блоку. Это имеет такое преимущество, состоящее в передаче реактивного крутящего момента прямо на верхнем силовом приводе на каретку и затем на рельсы мачты. Реактивный крутящий момент на верхнем силовом приводе возникает из-за вращения бурильной колонны и бурового долота посредством верхнего силового привода. Например, в патенте США № 7,188,686 показана система предыдущего уровня техники, имеющая трубу крутящего момента, проходящую приблизительно от пола буровой установки до верха мачты и поддерживаемую этой мачтой. Система верхнего силового привода смонтирована с возможностью перемещения на трубе крутящего момента и выполнена с возможностью горизонтального смещения удлиняющей системой.

[12] Для целей настоящей спецификации термин "труба крутящего момента" означает любую конструкцию, передающую крутящий момент. Например, определение термина "труба крутящего момента" содержит среди прочего: балку, штангу, стержень, сваю, вал, распорку, колонну, стойку, штифт, трубу, рельс и т.д., имеющие любую геометрию поперечного сечения. В частности, определение термина "труба крутящего момента" не ограничено "трубой", поскольку следует понимать, что термин "труба" является только лингвистическим артефактом некоторых более ранних вариантов осуществления передающих крутящий момент конструкций для буровой установки, имеющих трубчатую форму.

[13] Верхний силовой привод, выполненный для буровой установки с высокой скоростью спускоподъемных операций, должен быть убираемым для того, чтобы освобождать пространство для вспомогательной грузоподъемной машины внутри оболочки мачты, должен быть выполнен с возможностью расположения вблизи пола буровой установки с минимальными помехами для смонтированного на полу буровой установки оборудования для подачи и укладки труб, а также с возможностью стабильной передачи реактивного крутящего момента на рельсы мачты. Значительная проблема возникает в том, что при применении к известным конструкциям верхнего силового привода эти ограничения находятся в конструкционном конфликте. Таким образом, до сих пор сохраняется потребность в создании конструкционного решения для верхнего вращательного приводного механизма, которое может удовлетворять описанным требованиям.

[14] Требуется наличие буровой установки, способной сократить время спускоподъемных операций, необходимое на замену бурового долота или обслуживание компоновки низа бурильной колонны. Дополнительно требуется наличие буровой установки, выполненной с возможностью перемещения бурильной трубы по стволу скважины и из него с оборудованием, отделенным от оборудования, поднимающего бурильную колонну из ствола скважины и опускающего в него. Также требуется наличие системы, включающей резервирование таким образом, чтобы в случае отказа или необходимости обслуживания элемента указанной системы, функции этого модуля мог выполнять другой модуль буровой установки без полной остановки работ для технического обслуживания.

[15] Для того чтобы удовлетворять этим требованиям, требуется система верхнего силового привода, являющегося убираемым для того, чтобы освобождать пространство для вспомогательной грузоподъемной машины внутри оболочки мачты, и выполненного с возможностью расположения вблизи пола буровой установки с минимальными помехами для смонтированного на полу буровой установки оборудования для подачи и укладки труб, а также дополнительно выполненного с возможностью стабильной передачи реактивного крутящего момента на рельсы мачты.

[16] В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения предлагается единственное решение для инженерных ограничений и задач обеспечения быстрых, безопасных и надежных спускоподъемных операций для компонентов бурильной колонны со значительно более высокой скоростью.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[17] В соответствии с идеями настоящего изобретения преодолены недостатки и проблемы, связанные с существующими системами верхнего силового привода буровой установки.

[18] Настоящее изобретение относится к новой системе буровой установки. Настоящее изобретение содержит убираемый верхний силовой привод (RTD, retractable top drive), перемещающийся вертикально и поступательно по внутренней задней стороне буровой мачты. Верхний силовой привод вертикально перемещается вдоль любой из втянутой серединной линии линией и серединной линией скважины, или между ними. Вспомогательная грузоподъемная машина (например, трубчатый подающий рычаг) вертикально перемещается по передней конструкции буровой мачты, вне по отношению к ее внутренней части, с грузоподъемностью, ограниченной грузоподъемностью свечи бурильных труб. Перемещение трубчатого подающего рычага полностью независимо от параллельного перемещения убираемого верхнего силового привода. Трубчатый подающий рычаг может перемещать свечи труб вертикально и горизонтально с помощью буровой лебедки в направлении к приемному мосту, достигая положений, содержащих серединные линии для ствола скважины, положение переноса свечи, шурф под однотрубку и мостки.

[19] В одном варианте осуществления изобретения убираемый верхний силовой привод содержит узел талевого блока и узел верхнего силового привода, подвешенный к тягам узла талевого блока. Каретка имеет множество рычагов, проходящих наружу, причем на конце каждого рычага расположен скользящий узел. Скользящие узлы выполнены с возможностью соединения с парой рельс мачты с возможностью поступательного перемещения, такого как скольжение или качение. Первая вилка соединяет с возможностью поворота талевый блок с кареткой. Между кареткой и первой вилкой присоединен выдвижной исполнительный механизм. Труба крутящего момента соединена с талевым блоком. Труба крутящего момента соединена с верхним силовым приводом с возможностью вертикального скользящего перемещения. В этом варианте осуществления изобретения удлинение исполнительного механизма поворачивает первую вилку таким образом, чтобы талевый блок проходил от каретки в положение над центром скважины. Втягивание исполнительного механизма поворачивает первую вилку таким образом, чтобы втягивать талевый блок к каретке в положение, удаленное от центра скважины.

[20] Также в этом варианте осуществления изобретения реактивный крутящий момент бурильной колонны в ответ на вращение посредством верхнего силового привода передают от верхнего силового привода на трубу крутящего момента, от трубы крутящего момента на талевый блок, от талевого блока на каретку и от каретки на рельсы мачты, поддерживающей убираемый верхний силовой привод.

[21] В другом варианте осуществления изобретения первая вилка на каждом из своих концов содержит соединенную пару поворотных точек. В другом варианте осуществления изобретения вторая вилка соединяет с возможностью поворота каретку с талевым блоком и содержит на каждом из своих концов соединенную пару поворотных точек.

[22] В другом варианте осуществления изобретения узел талевого блока содержит первый узел шкива (первый блок) и второй узел шкива (второй блок). Первая вилка соединена с каждым из первого и второго узлов шкива и разделяет их. Первый и второй узлы шкива выполнены с возможностью вращения вокруг общей оси.

[23] В другом варианте осуществления изобретения каждый скользящий узел содержит скользящую пластину, соединенную с регулирующей пластиной. В другом варианте осуществления изобретения каждый скользящий узел содержит роликовый узел.

[24] В дополнительном варианте осуществления изобретения вторая вилка смонтирована ниже и шире в каретке для более непосредственного взаимодействия с крутящим моментом от верхнего силового привода. В этом варианте осуществления изобретения реактивный крутящий момент бурильной колонны в ответ на вращение посредством верхнего силового привода передают от верхнего силового привода на кронштейн трубы крутящего момента, от кронштейна трубы крутящего момента на трубу крутящего момента, от трубы крутящего момента на вторую вилку, от второй вилки на каретку и от каретки на рельсы мачты, поддерживающей убираемый верхний силовой привод.

[25] Еще в одном аспекте настоящего изобретения предложен убираемый верхний силовой привод для скважинной буровой установки, содержащий: каретку, выполненную с возможностью поддержки посредством мачты буровой установки таким образом, что каретка выполнена с возможностью по существу вертикального поступательного перемещения относительно этой мачты; вилку, имеющую передний конец, механически связанный с кареткой; трубу крутящего момента, механически связанную со вторым концом вилки; верхний силовой привод, механически связанный с трубой крутящего момента таким образом, что существенная часть верхнего силового привода находится ниже существенной части каретки; и исполнительный механизм, механически связанный с вилкой для поступательного перемещения верхнего силового привода в направлении, имеющем горизонтальную составляющую относительно каретки.

[26] В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения предложен способ эксплуатации буровой установки, включающий: монтаж каретки на мачту установки таким образом, что каретка выполнена с возможностью по существу вертикального поступательного перемещения относительно мачты установки; монтаж верхнего силового привода на каретку таким образом, что существенная часть верхнего силового привода находится ниже существенной части каретки, а верхний силовой привод выполнен с возможностью поступательного перемещения в направлении, имеющем горизонтальную составляющую относительно каретки; и передачу крутящего момента от верхнего силового привода через каретку к мачте.

[27] Как раскрыто в настоящем документе, настоящее изобретение устраняет потребность в каретке, соединенной с убираемым верхним силовым приводом, тем самым устраняя потребность в рельсах, проходящих вблизи уровня пола буровой установки, где рельсы и нижнее размещение каретки будут мешать автоматическому оборудованию для подачи и укладки труб, полезному для того, чтобы способствовать вспомогательному грузоподъемному механизму на мачте при манипулировании свечами бурильной трубы, утяжеленных бурильных труб и обсадной колонны между центром скважины, шурфом под однотрубку и положениями переноса свечи. Это дополнительно обеспечивает зазор для монтируемых на полу буровой установки машин для свинчивания и развинчивания труб, известных как автоматические буровые ключи.

[28] Настоящее изобретение предлагает новую систему буровой установки, существенно уменьшающую время, необходимое для спускоподъемных операций бурильной трубы. Настоящее изобретение дополнительно предлагает систему с механическим оперативным резервированием. Последующее краткое изложение относится к "операции спуска", которая означает добавление свечей бурильных труб из свечеприемного модуля для образования полной длины бурильной колонны. Специалисту в данной области техники будет очевидно, что процедуру, кратко приведенную ниже, в общем реверсируют для операции подъема из скважины.

[29] Специалисту в данной области техники будет понятно, что описанную систему можно модифицировать и получить такой же преимущественный результат. Также следует понимать, что как описано, механизмом можно управлять обратным путем для извлечения секций свеч бурильной колонны из ствола скважины для упорядоченной укладки на мостовой кран. Хотя в настоящем документе описана конфигурация, относящаяся к трехтрубкам, специалисту в данной области техники будет понятно, что такое описание предоставлено только в качестве примера, не ограничивающего настоящее изобретение, и в равное степени будет применяться к двухтрубкам и четырехтрубкам.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

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

[31] На фиг. 1 представлен общий вид варианта осуществления системы буровой установки в соответствии с настоящим изобретением для буровой установки с высокой скоростью спускоподъемных операций.

[32] На фиг. 2 представлен общий вид верхней части буровой системы, показанной на фиг. 1.

[33] На фиг. 3 представлен общий вид в разобранном виде компонентов в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. На этом виде проиллюстрированы каретка и рельсовые соединители, поворотные вилки, шкивы и труба крутящего момента.

[34] На фиг. 4 представлен общий вид варианта осуществления убираемого верхнего силового привода (RTD, retractable top drive) в соответствии с настоящим изобретением.

[35] На фиг. 5 представлен вид сбоку альтернативного варианта осуществления привода RTD в соответствии с настоящим изобретением, на котором он изображен помещенным над центром скважины.

[36] На фиг. 6 представлен вид сбоку варианта осуществления привода RTD, показанного на фиг. 5, на котором он изображен втянутым из своего положения над центром скважины.

[37] На фиг. 7 представлен вид сбоку варианта осуществления привода RTD, показанного на фиг. 3 и 4, иллюстрирующий относительные положения привода RTD при перемещении между положением центра скважины и втянутым положением, причем втянутое положение показано пунктиром.

[38] На фиг. 8 представлен общий вид в разрезе, иллюстрирующий силу, переданную через трубу крутящего момента, соединенную непосредственно с талевым блоком.

[39] На фиг. 9А представлен общий вид в разобранном виде альтернативного варианта осуществления привода RTD, в котором вторая вилка тормозит крутящий момент от верхнего силового привода более непосредственно от трубы крутящего момента.

[40] На фиг. 9В представлен общий вид задней стороны (стороны буровой лебедки) узла редуктора верхнего силового привода, на котором для иллюстративных целей увеличен кронштейн трубы крутящего момента.

[41] На фиг. 10А представлен вид сбоку привода RTD, показанного на фиг. 9А, изображенный во втянутой конфигурации.

[42] На фиг. 10В представлен вид сбоку привода RTD, показанного на фиг. 9А, изображенный в выдвинутой конфигурации.

[43] На фиг. 10C представлен вид сверху привода RTD, показанного на фиг. 9А, изображенный в выдвинутой конфигурации.

[44] На фиг. 11А представлен вид сверху привода RTD, показанного на фиг. 9А, и верхнего силового привода, изображенных в выдвинутой конфигурации.

[45] На фиг. 11В представлен вид сбоку привода RTD, показанного на фиг. 9А, и верхнего силового привода, изображенных в выдвинутой конфигурации.

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

[47] Чертежи составляют часть настоящего описания и содержат примерные варианты осуществления настоящего изобретения, которые могут быть воплощены в различных формах. Следует понимать, что в некоторых случаях различные аспекты настоящего изобретения могут быть показаны в расширенном или увеличенном виде для облегчения понимания изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[48] Предпочтительные варианты осуществления изобретения лучше всего будут понятны со ссылкой на фиг. 1-11В, приведенные ниже, с учетом следующего общего описания. Настоящее описание может быть более легко понято в контексте высокоуровневого описания некоторых вариантов осуществления изобретения.

[49] На фиг. 1 показан вариант осуществления настоящего изобретения. Следующее описание представлено, чтобы позволить любому специалисту в данной области техники выполнять и использовать изобретение, и предоставлено в контексте конкретного применения и его требований. Различные модификации раскрытых 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 предполагается ограниченным показанными вариантами осуществления изобретения, но должно рассматриваться в самом широком объеме, в соответствии с раскрытыми в настоящем документе принципами и признаками.

[50] На фиг. 1 представлен общий вид варианта осуществления системы буровой установки в соответствии с настоящим изобретением для буровой установки 1 с высокой скоростью спускоподъемных операций. На фиг. 1 показана буровая установка 1 с удаленной передней частью (частью приемного моста). В этом месте площадка 900 подсвечника расположена вблизи уровня земли, проходящая над секциями блока основания фундаментной рамы 2 на земле. В этом положении площадка 900 подсвечника находится непосредственно под свечеприемным модулем 300 таким образом, что любые свечи 80 труб (не показаны), расположенные в свечеприемном модуле 300, будут опираться на площадку 900 подсвечника. В этой конфигурации свечеприемный модуль 300 расположен ниже на мачте 10 буровой установки 1, чем на обычных наземных установках, поскольку свечи 80 труб не покоятся на уровне пола буровой установки. Кроме того, свечи 80 труб не нужно будет существенно поднимать для того, чтобы достигать уровня пола 6 буровой установки.

[51] Как будет видно из последующего описания, такое расположение обеспечивает многочисленные преимущества во взаимодополняющих отношениях с некоторыми уникальными компонентами буровой установки 1 с высокой скоростью спускоподъемных операций. Для обеспечения наибольшего преимущества требуется просторный пол 6 буровой установки для того, чтобы вмещать соединительное оборудования, такое как автоматический буровой ключ, и нижний стабилизирующий рычаг для управления свободным перемещением свечей труб, поднятых посредством убираемого верхнего силового привода и вспомогательной грузоподъемной машины.

[52] На фиг. 2 представлен общий вид в разрезе привода RTD 200 буровой мачты 10, как использован в варианте осуществления буровой установки 1 с высокой скоростью спускоподъемных операций. Привод RTD 200 имеет каретку 202, смонтированную на рельсах 17 мачты 10. Рельсы 17 находятся вблизи задней стороны 14 (стороны буровой лебедки) мачты 10. Каретка 202 выполнена с возможностью вертикального поступательного перемещения по длине рельсов 17. В иллюстрированном варианте осуществления привод RTD 200 имеет раздвоенный блок, содержащий блок 232 стороны бурильщика и блок 234 противоположной стороны. Этот признак обеспечивает зазор трассы мачта-центр в дополнение к полученному от возможности втягивания каретки 202.

[53] Вилка 210 соединяет половины 232 и 234 блока с кареткой 202. Исполнительный механизм 220 (см. фиг. 3) проходит между вилкой 210 и кареткой 202 для того, чтобы способствовать управляемому перемещению привода RTD между положением центра скважины и втянутым положением.

[54] На фиг. 3 представлен общий вид в разобранном виде компонентов варианта осуществления привода RTD 200. На этом виде наиболее ясно иллюстрирована каретка 202 и соединенные с ней компоненты. Каждый конец 204 каретки между своим концом 204 и скользящей пластиной 208 имеет регулирующую пластину 206. Скользящие пластины 208 взаимодействуют с рельсами 17 для направления привода RTD 200 вверх и вниз по вертикальной длине мачты 10. Регулирующие пластины 206 обеспечивают возможность точного центрирования и выравнивания каретки 202 на мачте 10.

[55] В иллюстрированном варианте осуществления привод RTD 200 имеет раздвоенный блок, содержащий блок 232 стороны бурильщика и блок 234 противоположной стороны. Этот признак обеспечивает зазор трассы мачта-центр в дополнение к полученному от возможности втягивания каретки 202.

[56] Первая вилка 210 соединяет с возможностью поворота половины 232 и 234 блока с кареткой 202 и обеспечивает их разделение и выравнивание на общей оси вращения. Вторая вилка 212 соединяет с возможностью поворота половины 232 и 234 блока с кареткой 202 и стабилизирует их разделение и выравнивание. Труба 260 крутящего момента присоединена к месту пересечения второй вилки 212 и половин 232 и 234 блока для прикрепления ее к узлу 230 талевого блока.

[57] Исполнительный механизм 220 проходит между вилкой 210 и кареткой 202 для того, чтобы способствовать управляемому перемещению привода RTD между положением центра скважины и втянутым положением. Соединение 264 представляет точку на узлах 232 и 234 шкива узла 230 талевого блока, где присоединена труба 260 крутящего момента.

[58] На фиг. 4 представлен общий вид варианта осуществления привода RTD 200, как собран, содержащего завершенные талевый блок и узлы верхнего силового привода. Как можно видеть на этом виде, привод RTD 200 содержит двигатель 240 верхнего силового привода и направляющую 246 для бурильных свечей. Поворотные тяги 252 проходят вниз. Автоматический подъемник 250 прикреплен к концам тяг 252. Узел 230 талевого блока обычно состоит из узлов 232 и 234 шкива и тяг 236.

[59] На фиг. 5 представлен вид сбоку альтернативного варианта осуществления привода RTD 200, на котором он изображен помещенным над центром 30 скважины. В этом варианте осуществления труба 260 крутящего момента присоединена непосредственно к узлу 230 талевого блока в соединении 264.

[60] На фиг. 6 представлен вид сбоку варианта осуществления привода RTD 200, показанного на фиг. 5, на котором он изображен втянутым из своего положения над центром 30 скважины.

[61] На фиг. 7 представлен аналогичный вид сбоку варианта осуществления привода RTD 200, показанного на фиг. 3 и 4, иллюстрирующий относительные положения привода RTD 200 при перемещении между положением центра 30 скважины и втянутым положением, причем втянутое положение показано пунктиром.

[62] На фиг. 8 представлен общий вид в разрезе, иллюстрирующий силу, переданную через трубу 260 крутящего момента, соединенную непосредственно с узлом талевого блока. На этом виде привод RTD 200 помещен над центром 30 скважины. Можно видеть скользящие пластины 208, смонтированные на противоположных концах 204 (не видны) каретки 202, которые проходят наружу в направлениях стороны бурильщика и противоположной стороны и взаимодействуют с рельсами 17 на мачте 10.

[63] Что является центральным для настоящего изобретения, привод RTD 200 имеет трубу 260 крутящего момента, которая функционирует для передачи крутящего момента от привода RTD 200 на каретку 202 и через нее на рельсы 17 и мачту 10, даже если верхний силовой привод не соединен непосредственно со своей кареткой. Крутящий момент встречается из-за деятельности по свинчиванию и развинчиванию труб, а также крутящего момента бурения, воздействующего от бурового долота и взаимодействия стабилизатора со стволом скважины. Труба 260 крутящего момента взаимодействует с верхним силовым приводом 240 на кронштейне 262 трубы крутящего момента с возможностью скользящего перемещения. Верхний силовой привод 240 выполнен с возможностью вертикального разделения от узла талевого блока для того, чтобы вмещать различные резьбовые длины в трубчатых соединениях. Указанная возможность скользящего перемещения соединения на кронштейне 262 трубы крутящего момента вмещает это перемещение. Труба 260 крутящего момента прикреплена к узлу талевого блока над верхним силовым приводом 240. Как изображено, труба 260 крутящего момента присоединена к узлу талевого блока на месте пересечения второй вилки 212 и половин 232 и 234 блока.

[64] Как видно из фиг. 8, свечу 80 труб вращают направо посредством верхнего силового привода 240, как показано при помощи Т1. Для продолжения бурения нужно преодолевать относящееся к бурению трение на буровом долоте, стабилизаторах и компонентах компоновки низа бурильной колонны. Это приводит к значительному реактивному крутящему моменту Т2 на верхнем силовом приводе 240. Крутящий момент Т2 передается на трубу 260 крутящего момента через противоположные силы F1 и F2 на кронштейне 262. Труба 260 крутящего момента передает этот крутящий момент на вторую вилку 212, которая передает эту силу на присоединенную каретку 202. Каретка 202 передает силу на рельсы 17 мачты 10 через свои скользящие пластины 208.

[65] Благодаря такой конфигурации трубу 260 крутящего момента выдвигают и втягивают с верхним силовым приводом 240 и талевым блоком. Благодаря прочному соединению трубы 260 крутящего момента непосредственно с талевым блоком и устранению каретки на верхнем силовом приводе 240 привод RTD 200 решает конструкционную проблему, необходимую для помещения вспомогательной грузоподъемной машины на общей мачте 10.

[66] Специалисту в данной области техники будет очевидно, что иллюстрированную процедуру, хоть и относящуюся к "операции спуска" в скважину, можно в общем реверсировать для понимания процедуры для "операции подъема" из скважины.

[67] Используемый в настоящем документе термин "по существу" предназначен для конструкции со значением "скорее так, чем нет".

[68] На фиг. 9A представлен общий вид в разобранном виде альтернативного варианта осуществления привода RTD 200. Привод RTD 200 имеет каретку 202, трубу 260 крутящего момента, узел 230 талевого блока, тяги и подузел 242 редуктора. Каретка 202 имеет первую вилку 210 и вторую вилку 212. Первая вилка 210 прикреплена с возможностью поворота в двух местоположениях к верхней балке 214 каретки 202. На противоположной стороне каретки 202 первая вилка 210 прикреплена с возможностью поворота к верхнему кронштейну 266 трубы 260 крутящего момента. Вторая вилка 212 прикреплена с возможностью поворота в двух местоположениях к нижней балке 216 каретки 202. Указанные точки прикрепления расположены на большом расстоянии друг от друга на нижней балке 216 для обеспечения второй вилке 212 взаимодействия с крутящим моментом, развиваемым верхним силовым приводом. В одном варианте осуществления настоящего изобретения точки прикрепления разнесены на расстояние, большее чем 1/3 ширины каретки 202. На противоположной стороне каретки 202 вторая вилка 212 прикреплена с возможностью поворота к нижнему кронштейну 268 трубы 260 крутящего момента. Между второй вилкой 212 и кареткой 202 присоединены два исполнительных механизма 220. В этом варианте осуществления изобретения два исполнительных механизма 220 представляют собой гидравлические поршни, выдвигаемые и втягиваемые для обеспечения возможности вращения второй вилки 212 вокруг ее поворотных точек прикрепления к каретке 202. Два исполнительных механизма 220 перемещают привод RTD 200 между втянутой и выдвинутой конфигурациями, как более подробно описано ниже. В этом варианте осуществления изобретения исполнительные механизмы представляют собой гидравлические поршни. В альтернативных вариантах осуществления эти исполнительные механизмы могут быть зубатыми передачами, поршнями пневмоцилиндров, системами блоков, сервомеханизмами и т.д. или любым другим исполнительным устройством, известным специалистам в данной области техники.

[69] Все еще со ссылкой на фиг. 9А, узел 230 талевого блока прикреплен к верхнему концу трубы 260 крутящего момента через соединение 264. Подузел 242 редуктора подвешен на узле 230 талевого блока с помощью тяг 236. Подузел 242 редуктора также прикреплен к трубе 260 крутящего момента через кронштейн 262 трубы крутящего момента (см. фиг. 9В). Как ориентировано на фиг. 9А, кронштейн 262 трубы крутящего момента смонтирован на задней стороне (стороне буровой лебедки) подузла 242 редуктора и не показан на этом чертеже. На фиг. 9В показана передняя сторона (сторона свечеприемного модуля) подузла 242 редуктора, а кронштейн 262 увеличен для того, чтобы был более ясно виден на чертеже. Кронштейн 262 трубы крутящего момента скользяще перемещается по трубе 260 крутящего момента для обеспечения подузлу 242 редуктора возможности вертикального перемещения относительно узла 230 талевого блока, где тяги 236 обеспечивают существенный "вклад" для обеспечения возможности этого вертикального перемещения по мере того, как трубы крутят относительно друг друга для свинчивания и развинчивания соединений в бурильную колонну. Причина такого движения состоит в том, чтобы учитывать резьбовое продвижение при свинчивании или развинчивании соединения трубы или обсадной колонны в центре скважины. Цилиндры компенсатора (не показан на чертежах) перемещают верхний силовой привод 240 вертикально относительно талевого блока 230. Со ссылкой на фиг. 9В, тяги 236 на верхних своих концах имеют пазы для обеспечения верхнему силовому приводу возможности вертикального перемещения относительно талевого блока 230.

[70] На фиг. 10А - 10C проиллюстрирован привод RTD 200, показанный на фиг. 9А. На фиг. 10А представлен вид сбоку привода RTD 200 во втянутой конфигурации. На фиг. 10В представлен вид сбоку привода RTD 200 в выдвинутой конфигурации. На фиг. 10C представлен вид сверху привода RTD 200 во втянутой конфигурации.

[71] На фиг. 11А представлен вид сверху привода RTD 200, показанного на фиг. 9А, в выдвинутой конфигурации с узлом талевого блока, подузлом редуктора и двигателями верхнего силового привода. На фиг. 11В представлен вид сбоку привода RTD 200, показанного на фиг. 9А, в выдвинутой конфигурации.

[72] Таким образом, описав настоящее изобретение со ссылкой на некоторые из его предпочтительных вариантов осуществления, следует отметить, что раскрытые варианты осуществления изобретения являются скорее иллюстративными, чем ограничивающими по своей природе, и что широкий диапазон вариантов, модификаций, изменений и замен рассматривается в предшествующем 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 техники, на основе рассмотрения предшествующего описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения. Соответственно, прилагаемая формула изобретения должна быть истолкована в широком смысле и в соответствии с объемом настоящего изобретения.

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

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[74] Убираемые верхние силовые приводы для буровых установок согласно настоящему изобретению имеют множество вариантов промышленного применения, включая среди прочего бурение вертикальных стволов скважины и длинных боковых секций в горизонтальных скважинах для нефтегазовой промышленности.

Группа изобретений относится к верхнему силовому приводу для скважинной буровой установки и способу эксплуатации буровой установки. Технический результат заключается в стабильной передаче реактивного крутящего момента на мачту. Верхний силовой привод для скважинной буровой установки содержит: каретку, выполненную с возможностью поддержки посредством мачты буровой установки таким образом, что каретка выполнена с возможностью по существу вертикального поступательного перемещения относительно мачты; вилку, имеющую первый конец, механически связанный с кареткой; трубу крутящего момента, механически связанную со вторым концом вилки; верхний силовой привод, механически связанный с трубой крутящего момента таким образом, что существенная часть верхнего силового привода находится ниже существенной части каретки; и исполнительный механизм, механически связанный с вилкой для поступательного перемещения верхнего силового привода в направлении, имеющем горизонтальную составляющую относительно каретки. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Верхний силовой привод для скважинной буровой установки, содержащий:

каретку, выполненную с возможностью поддержки посредством мачты буровой установки таким образом, что каретка выполнена с возможностью по существу вертикального поступательного перемещения относительно мачты;

вилку, имеющую первый конец, механически связанный с кареткой;

трубу крутящего момента, механически связанную со вторым концом вилки;

верхний силовой привод, механически связанный с трубой крутящего момента таким образом, что существенная часть верхнего силового привода находится ниже существенной части каретки; и

исполнительный механизм, механически связанный с вилкой для поступательного перемещения верхнего силового привода в направлении, имеющем горизонтальную составляющую относительно каретки.

2. Верхний силовой привод по п. 1, в котором первый конец вилки прикреплен с возможностью поворота к каретке, а второй конец вилки прикреплен с возможностью поворота к трубе крутящего момента.

3. Верхний силовой привод по п. 1, в котором первый конец вилки механически связан с кареткой в двух точках, причем эти две точки разделены друг от друга расстоянием, превышающим одну треть ширины каретки.

4. Верхний силовой привод по п. 1, в котором исполнительный механизм содержит по меньшей мере один поршень.

5. Верхний силовой привод по п. 1, в котором верхний силовой привод механически связан с трубой крутящего момента через кронштейн трубы крутящего момента.

6. Верхний силовой привод по п. 1, в котором верхний силовой привод механически связан с трубой крутящего момента таким образом, чтобы обеспечивать верхнему силовому приводу возможность вертикального перемещения относительно трубы крутящего момента, посредством чего вертикальное перемещение верхнего силового привода обеспечивает продвижение по резьбе при свинчивании или развинчивании соединения трубы или обсадной колонны.

7. Верхний силовой привод по п. 1, в котором труба крутящего момента механически связана талевым блоком, причем верхний силовой привод подвешен на этом талевом блоке.

8. Верхний силовой привод по п. 1, дополнительно содержащий дополнительную вилку, которая имеет первый конец, механически связанный с кареткой, и второй конец, механически связанный с трубой крутящего момента.

9. Верхний силовой привод по п. 8, в котором первый конец дополнительной вилки прикреплен с возможностью поворота к каретке, а второй конец дополнительной вилки прикреплен с возможностью поворота к трубе крутящего момента.

10. Верхний силовой привод по п. 1, дополнительно содержащий по меньшей мере одну регулирующую пластину, выполненную с возможностью регулировки положения каретки относительно мачты буровой установки.

11. Способ эксплуатации буровой установки, включающий в себя этапы, на которых осуществляют:

монтаж каретки на мачту установки таким образом, что каретка выполнена с возможностью по существу вертикального поступательного перемещения относительно мачты установки;

монтаж верхнего силового привода на каретку таким образом, что существенная часть верхнего силового привода находится ниже существенной части каретки, а верхний силовой привод выполнен с возможностью поступательного перемещения в направлении, имеющем горизонтальную составляющую относительно каретки; и

передачу крутящего момента от верхнего силового привода через каретку к мачте.

12. Способ эксплуатации буровой установки по п. 11, в котором

монтаж верхнего силового привода к каретке включает в себя этап, на котором осуществляют монтаж через трубу крутящего момента.

13. Способ эксплуатации буровой установки по п. 11, в котором монтаж верхнего силового привода к каретке включает в себя этап, на котором осуществляют монтаж через вилку.

14. Способ эксплуатации буровой установки по п. 11, в котором монтаж верхнего силового привода к каретке включает в себя этапы, на которых осуществляют: монтаж с возможностью поворота первого конца вилки к каретке; монтаж с возможностью поворота второго конца вилки к трубе крутящего момента и монтаж с возможностью скользящего перемещения верхнего силового привода к трубе крутящего момента; при этом монтаж с возможностью скользящего перемещения верхнего силового привода к трубе крутящего момента обеспечивает продвижение по резьбе при свинчивании или развинчивании соединения трубы или обсадной колонны.

15. Способ эксплуатации буровой установки по п. 11, в котором монтаж верхнего силового привода к каретке включает в себя этапы, на которых осуществляют: механическое связывание вилки с кареткой в двух точках, которые разделены друг от друга расстоянием, превышающим одну треть ширины каретки; и механическое связывание верхнего силового привода с вилкой.

16. Способ эксплуатации буровой установки по п. 11, дополнительно включающий в себя этап, на котором осуществляют поступательное перемещение верхнего силового привода в направлении, имеющем горизонтальную составляющую относительно каретки с помощью исполнительного механизма.

17. Способ эксплуатации буровой установки по п. 11, дополнительно включающий в себя этап, на котором осуществляют механическое связывание талевого блока с кареткой, причем верхний силовой привод подвешен на этом талевом блоке.

18. Способ эксплуатации буровой установки по п. 11, в котором монтаж верхнего силового привода к каретке включает в себя этапы, на которых осуществляют: механическое связывание первой и второй вилок между верхним силовым приводом и трубой крутящего момента и механическое связывание трубы крутящего момента с верхним силовым приводом.

19. Способ эксплуатации буровой установки по п. 11, в котором передача крутящего момента от верхнего силового привода через каретку к мачте включает в себя этап, на котором осуществляют дополнительную передачу крутящего момента через трубу крутящего момента и по меньшей мере одну вилку.

20. Способ эксплуатации буровой установки по п. 11, в котором передача крутящего момента от верхнего силового привода через каретку к мачте включает в себя этап, на котором осуществляют дополнительную передачу крутящего момента через талевый блок и по меньшей мере одну вилку.