Буровий комплекс

Буровий комплекс, який містить нерухому основу з вишкою і буровим блоком з рухомою платформою, обертачем, гідравлічним підйомним механізмом, вертлюгом-сальником для подачі бурового розчину, який відрізняється тим, що має встановлену вище ротора-обертача в момент його крайнього нижнього положення пристосування - "люльку" на тій же нерухомій основі, з можливістю повороту відносно горизонтальної осі для послідовної подачі кожної свічки в отвір ротора обертача у цей момент, а вертлюг-сальник встановлено на обертачі з можливістю переміщення на ньому до отвору ротора і уздовж цього отвору у момент крайнього верхнього положення обертача. Винахід належить до бурових установок з механізацією робочих операцій, що виконуються при бурінні глибоких і надглибоких свердловин. Пропонований пристрій може працювати з будь-якими типами ріжучого або руйнівного робочого органа (РО), відомими на даний час в техніці буріння свердловин. Відома бурова вишка з буровою установкою типу AS 300/40 фірми Salzgitter Maschinen Aktiengesellschaft-SMG (Germany) з талевою системою, нерухомо (по вертикалі) встановленим обертачем, ротором та провідною квадратною трубою із застосуванням електромеханічного приводу для виконання операцій підйому і обертання бурової колони (БК) при глибині буріння до 6000 м і вантажопідйомності до 300 т.с. [Інформація «Fullview salzgitter maste (Gulliver)»]. Недоліки: при зростанні глибини буріння і міцності порід різко зростають висота вишки, об'єм, вага і вартість всього устаткування бурової установки, а також трудомісткість його обслуговування. У геометричній прогресії зростає об'єм ручної праці в процесі виконання спуско-підіймальних операцій. Вишка - це секційна установка із значними ваговими параметрами і габаритами по ширині і висоті, що істотно ускладнює її транспортування в умовах бездоріжжя і монтаж в польових умовах. Найбільш близьким технічним рішенням є бурова вишка, яка містить буровий блок (ББ) із гідравлічними механізмами підйому і обертання бурильної колони, з вертикальним накопичувачем свічок, встановленим на нерухомій опорі (рамі) вишки спільно з ходовими мостом, візком і з пристроями додаткового вертикального переміщення і захоплення свічок із накопичувача до ББ і назад [Патент України МПК Е21B 19/00 №35927)]. Недоліки: значна кількість технологічних допоміжних операцій і, відповідно, значна кількість додаткових механізмів при перенесенні і установці бурильних свічок із накопичувача до рухомого обертача на вісь буріння; ускладнений доступ до рухомого обертача, розташованого в середині рами вишки; значні витрати ручної праці при виконанні операцій при установці і перенесенні свічок з транспортних пристроїв у вертикальний накопичувач і назад, значні експлуатаційні витрати. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення відомої бурової установки, в якій шляхом (19) UA (11) 95519 (13) C2 (21) a200911523 (22) 04.11.2009 (24) 10.08.2011 (46) 10.08.2011, Бюл.№ 15, 2011 р. (72) ДЗЮБА АНАТОЛІЙ ПЕТРОВИЧ, БЕШТА ОЛЕКСАНДР СТЕПАНОВИЧ, ЛЕВІН ВОЛОДИМИР ЛЬВОВИЧ, ДУДЛЯ МИКОЛА АНДРІЙОВИЧ (73) ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД "НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ " (56) US 4403897 A1, 13.09.1983 GB 2047306 A, 26.11.1980 EP 0731251 A2, 11.09.1996 US 5273388 A1, 28.12.1993 UA 35927 U, 10.10.2008 SU 1134695 A, 15.01.1985 US 3655071 A1, 11.04.1972 3 введення нових конструктивних елементів і вдосконалення їх взаємного розташування, зменшити загальну кількість застосованих механізмів і виконуваних технологічних операцій, об'єднати їх в замкнутий автоматизований цикл, збільшити робочу і загальну швидкість буріння, інтенсифікувати процес буріння і видобутку корисних копалин, спростити монтаж, транспортування і демонтаж вузлів бурильного комплексу в цілому і, в першу чергу, установку і знімання бурильних свічок, корінним чином поліпшити експлуатаційні характеристики бурового комплексу, забезпечити його транспортування без розбирання в умовах транспортної системи України, і, за рахунок цього, повністю виключити ручну працю, автоматизувати процес буріння свердловин при зниженні витрат незалежно від конкретних геологічних умов. Задача вирішується таким чином, що у відомому буровому комплексі, що містить нерухому підставу з вишкою і буровим блоком з рухомою платформою, обертачем, гідравлічним механізмом підйому, вертлюгом-сальником, відповідно до винаходу, має додатково встановлене вище ротора обертача в його крайньому нижньому положенні пристосування - «люлька» на тій же нерухомій підставі, з можливістю повороту відносно горизонтальної осі для послідовної подачі кожної свічки в отвір ротора, а вертлюг-сальник встановлений на обертачі з можливістю переміщення по ньому до отвору ротора і уздовж цього отвору у момент крайнього верхнього положення обертача. На фіг. 1 зображено загальний вигляд бурового комплексу (вигляд з боку); На фiг. 2 зображено загальний вигляд бурового комплексу в поперечному перерізі; На фiг. 3 зображено фронтальний вигляд кінематики бурової установки; На фiг. 4 зображено вигляд зверху кінематики бурової установки; На фiг. 5 і 6 показано положення вертлюгасальника до і після його установки в отвір ротора обертача. Буровий комплекс містить буровий блок 1 з опорною вишкою 2 і загальною нерухомою підставою 3, установку транспортних пристроїв 4 із свічками 5. На нерухомій основі 3 по осі буріння встановлений нерухомий труботримач 6. Буровий блок 1 містить рухому платформу 7 з гідравлічним механізмом підйому 8. Рухома платформа 7 на двох роликових опорах 9 зцентрована відносно вертикальної осі бурового блока 1 і містить обертач 10 з приводом 11 ротора 12, який має по осі отвір 13 для установки зверху в ротор вертлюг-сальника 14, а знизу - свічі 5 бурильної колони 15, плашки 16 з приводом переміщення і рухомий труботримач 17. Рухомий труботримач 17, який встановлений і зцентрований в нижній частині корпусу обертача 10 в єдиному блоці з гідроживленням, гідро- і електроуправлінням, має приводи для захоплення муфти 18 верхньої свічки 5 бурильної колони 15, а також для її обертання. Плашки 16 забезпечують вертикальну фіксацію бурильної колони 15 і розташовані на корпусі 95519 4 обертача 10 з приводом, що забезпечує робоче і початкове положення. Вертлюг-сальник 14, що розташовується зверху корпуса обертача 10, виконаний з можливістю повороту відносно вертикальної осі і з приводом згвинчування свого різьбового наконечника з отвором муфти 18 бурильної свічки 5 бурильної колони 15. Крім того, він має можливості для передачі моменту обертання від приводу 11 ротора 12 на бурильну колону 15 і для подачі бурового розчину. В період підйому рухомої платформи 7 з нижнього положення у верхнє і назад, обертач 10 переміщається уздовж бурильної колони 15 по осі отвору 13 ротора 12 обертача 10; при цьому вертлюг-сальник 14 заздалегідь відведений з осі отвору 13 ротора 12 за допомогою механізмів повороту і підйому вертлюга-сальника 14. Рухома платформа 7 переміщається гідравлічним механізмом підйому 8, що складається з коромисла 19 з центрально-поворотною горизонтальною віссю 20. До осі 20 підвішена рухома платформа 7 з обертачем 10, а в крайніх, рівновіддалених від осі 20, точках коромисла 19 встановлені на рухомих з'єднаннях 21 і 23 підйомні гідроциліндри 22, такі, що спираються на підставу 24 бурового комплексу. До рухомої платформи 7 підведений рукав для подачі до вертлюга-сальника 14 бурового розчину, а також рукава різного призначення для подачі живлення і управління гідроприводом 11 ротора 12, гідроприводами механізмів рухомого труботримача 17, повороту і підйому вертлюга-сальника 14. На приймальному майданчику бурового комплексу розташований перекладальник 25 з механізмами підйому 26, перенесення 27 і захоплення 28 свічок 5 для їх укладання в поздовжню виїмку 29 поворотного пристрою 30 - «Люльки» у момент її горизонтального розташування. «Люлька» 30 закріплена на горизонтальних півосях 31 кронштейнів 32, встановлених на нерухомій підставі 3, з можливістю повороту пристосування 33 із горизонтального положення у вертикальне і назад. У горизонтальному положенні «люльки» 30 розміщення кронштейнів 32 забезпечує вільне переміщення між ними ексцентричної частини рухомого обертача 10, вісь буріння якого розташована на певній відстані від осі гідравлічного механізму підйому 8 і проходить через геометричну горизонтальну вісь, утворену півосями 31 кронштейнів 32. Для виключення несанкціонованого повороту свічки 5 відносно поздовжньої виїмки 29 «люльки» 30 і її випадання з неї при підході «люльки» до вертикального положення, на корпусі «люльки» 30 встановлені утримуючі пристосування 34, що забезпечують положення «відчинено-зачинено» для свічки в подовжній виїмці 29 «люльки». У верхній і серединній частині нерухомої основи 3 і бурового блока 1 встановлені рукоятки 35 із захопленнями для створення додаткових центруючих опор для бурильної свічки 5 в процесі забурювання. 5 Верхню рукоятку 35 застосовують також для зіштовхування і укладання свічок 5 в «люльку» 30 в її вертикальному положенні при розбиранні бурильної колони 15. Буровий комплекс працює таким чином. Початок роботи полягає в подачі транспортного пристрою 4 з бурильними свічками 5 до бурового комплексу. Роботизований маніпулятор-перекладальник 25 послідовно виконує операції по установці механізму 27 перенесення захоплень 28 над свічками 5, розташованих горизонтально пошарово в контейнерах транспортного пристрою 4. Далі механізмом підйому 26 опускають захоплення 28 на переносиму свічку 5 і проводять її затиск. Потім послідовно проводять підйом і перенесення свічок 5 з транспортного пристрою 4 до поворотного пристрою 30 - «люльки», яка заздалегідь встановлена в горизонтальне положення, і укладають свічку в поздовжню виїмку 29 корпусів «люльки». Задіяні раніше механізми 26, 27 і 28 маніпулятора-перекладальника 25 послідовно відводять в початкові положення. Забезпечення безперервності процесів буріння відбувається таким чином. Початкове положення - вся бурильна колона 15 знаходиться у свердловині, рухомий обертач 10 та рухома платформа 7 займають нижнє положення, ротор 12 розташований нижче горизонтального рівня «люльки» 30 між кронштейнами 32. При вимкненому обертачі 10 закріплюють бурильну колону 15 нижнім нерухомим труботримачем 6, розводять плашки 16 і в автоматичному режимі згвинчують різьбовий наконечник плунжера вертлюга-сальника 14 з муфти 18 верхньої свічки 5 бурильної колони 15, виводять плунжер з різьбовим наконечником вертлюга-сальника 14 з отвору 13 ротора 12 і поворотом відводять вертлюгсальник 14 з осі буріння в початкове положення. Далі повертають «люльку» 30 зі свічкою 5 у виїмці 29 з горизонтального у вертикальне положення. В період розвороту бурильна свічка 5 під дією сили тяжіння, ковзаючи по ложу виїмки 29 «люльки» 30, надходить, завдяки перпендикулярності осі буріння і горизонтальної осі повороту «люльки», в отвір 13 ротора 12 і опускається до контакту з різьбою муфти 18 верхньої свічки 5 бурильної колони 15. Рухомий труботримач 17 обертача 10 заздалегідь з'єднує подальшу свічку 5 з попередньою за допомогою послідовного виконання операцій зведення, затиску і обертання відповідних механізмів, а привод 11 ротора 12 обертача 10 завершує згвинчення бурильних свічок. Встановлюють плашки 16. Після згвинчення бурильних свічок і установки плашок 16 нерухомий труботримач 6 розводять і гідравлічний механізм підйому 8 піднімає рухому платформу 7 у верхнє положення уздовж бурильної колони 15 по осі отвору 13 ротора 12 обертача 10; при цьому вертлюг-сальник 14, заздалегідь відведений з осі отвору 13 ротора 12 за допомогою механізмів повороту і підйому вертлюга 95519 6 сальника 14, використовуючи, при необхідності, рукояті 35 із захватами для забезпечення осьової стійкості свічки. Рухома платформа 7 переміщається гідравлічним механізмом підйому 8, що складається з коромисла 19 з центрально-поворотною горизонтальною віссю 20. До осі підвішена рухома платформа 7 з обертачем 10, а в крайніх, рівновіддалених від осі 20, точках коромисла 19 встановлені на рухомих з'єднаннях 21 і 23 підйомні гідроциліндри 22, такі, що спираються на підставу 24 бурового комплексу. У момент крайнього верхнього положення обертача 10 рухомої платформи 7 послідовно встановлюють вертлюг-сальник 14 на вісь буріння, опускають його уздовж отвору 13 ротора 12 і згвинчують з різьбою муфти 18 встановлюваної свічки 5. Після виконання даних операцій буровий блок 2 підготовлений до буріння свердловини при вмиканні гідравлічного механізму підйому 8 і гідроприводів обертача 10. Гідравлічний механізм підйому 8 працює таким чином. Робоча рідина від розподільної системи гідроелектроживлення бурового комплексу надходить і виходить з гідроциліндрів 22 гідравлічного механізму підйому 8 через пристрій, який допускає відхилення осі гідроциліндрів 22 на кут, але не дає можливості виникнення радіальних зусиль на його ущільнення. Величини переміщення, швидкості та величини навантаження на гідроциліндрах 22 коливаються, коромисло 19 відхиляється від горизонталі, повертаючись відносно осі 20, до якої підвішена рухома платформа 7, зцентрована відносно осі бурового блока за допомогою рознесених роликових опор 9. Вертикальне переміщення центральної осі 20 з підвішеною рухомою платформою 7 визначається напівсумою переміщень кожного з гідроциліндрів 22 окремо. Задані параметри роботи обертача 10 (момент обертання, число обертів і так далі) визначаються вимогою забезпечення максимальної швидкості проходки свердловини залежно від конкретних геологічних умов. Підйом і розбирання бурильної колони 15 відбувається в такій послідовності. Початкове положення: свічка 5, що знімається з бурильної колони 15, знаходиться в свердловині, обертач 10 знаходиться внизу і на плашках 16 утримує бурильну колону; вертлюг-сальник 14 відведений з осі буріння; нижній нерухомий труботримач 6 розведений. Гідравлічний механізм підйому 8 піднімає обертач 10 і бурильну колону 15. Нижнім нерухомим труботримачем 6 затискають бурильну колону 15 нижче замка бурової свічки 5, що знімається, і потім гідравлічний механізм підйому 8 опускає рухомий обертач 10 уздовж свічки в положення над нерухомим труботримачем 6. Верхній кінець свічки, що знімається, центрують і затискають захватом верхньої рукоятки 35. 7 95519 Обертачем 10 і рухомим труботримачем 17 розгвинчують нижню замкову різьбу свічки 5, захоплюють її рухомим труботримачем 17 і гідравлічним механізмом підйому 8 і трохи піднімають її. Верхньою рукояткою переміщають свічку, що знімається, заздалегідь «майже» в вертикально встановлену «люльку» 30 з відкритими планкамиобмежувачами 34 (встановити «люльку» строго вертикально не дозволяє ще встановлена по осі буріння свічка, що знімається). Далі планками-обмежувачами 34 перекривають свічку від випадання з поздовжньої виїмки 29 корпусів «люльки» і опускають «люльку» із знятою свічкою в горизонтальне положення. Після зняття свічки, рухомий обертач 10 опускають до рівня замка подальшої свічки, що знімається, і встановлюють плашки 16 в корпусі замка, розтискають нижній труботримач 6 і виконують операцію підйому бурильної колони із подальшою свічкою, що знімається. Одночасно проводять операцію по опусканню «люльки» 30 з новою свічкою 5, що знімається, в горизонтальне положення, після чого маніпуляторперекладальник 25 послідовними операціями механізмів затиску свічки 28, підйому 26 і перенесення 27 укладає свічку в транспортний пристрій 4. Аналогічно виконуються роботи і з обсадними трубами. При бурінні свердловини, виконанні операцій з'єднання і роз'єднання свічок в стані готовності знаходяться механізми, що виконують функції попередження виникнення аварійних ситуацій і захисту комплексу при аваріях. Дані механізми зазвичай розташовані в просторі між нерухомою основою 3 бурового блока 1 і підставою бурового комплексу 24. Винахід найдоцільніше використовувати при бурінні середніх (1500...3200 м), глибоких (3200...5000 м) і надглибоких свердловин (8000 м і більше) будь-якого призначення незалежно від міцності породи. Крім того, даний винахід може бути використаним як важливий складовий вузол в бурінні з майданчиків при морському бурінні, в шахтобудів 8 ній і гірничій справі для проходки стовбурів і вертикальних гірських виробок, а також свердловин будь-якого призначення. На даний час створення бурових установок характеризується фактично повсюдним застосуванням електромеханічних приводів в умовах постійного розвитку всіх параметрів і характеристик вузлів управління підйомною лебідкою, приводом ротора і іншими вузлами талевої підйомної системи, механізації робіт по установці (зніманню) бурильних свічок на бурильну колону. Складально-розбірні і монтажні технологічні операції, що виникають при цьому, частково механізуються, але за початковою конструктивною схемою не піддаються об'єднанню в цикли автоматизованого управління, у зв'язку з чим досі невідомі бурові установки з повністю замкнутим циклом технологічних операцій процесу буріння свердловин. Перевага пропонованого бурового комплексу визначена тим, що він забезпечує замкнутий автоматизований цикл робіт з буровими свічками від моменту їх надходження в транспортному пристрої на буровий майданчик до моменту їх видалення після завершення процесу буріння. Застосування поворотної «люльки» замість квадратної провідної труби значно скорочує кількість виконуваних технологічних операцій і дозволяє об'єднати їх в замкнутий автоматизований цикл. Крім того, електронно-гідравлічна система управління приводів бурового комплексу дозволяє забезпечити точний контроль величини притиску бурильного інструменту до забою безпосередньо по величині тиску робочої рідини в гідроциліндрах підйому і забезпечити виконання всіх оптимальних параметрів режиму буріння свердловини, розрахованих залежно від конкретних геологічних умов. Висота цілісного бурового блока, що забезпечує обертання бурильної колони і її вертикальне переміщення, забезпечує можливість його транспортування без розбирання в умовах транспортної системи України. Позиції Буровий блок Опорна вишка Нерухома основа Транспортний пристрій Свічка Нерухомий труботримач Рухома платформа Гідравлічний механізм підійм. Роликові опори Обертач Привід ротора Ротор Отвір ротора Вертлюг-сальник Бурильна колона Плашки Рухомий труботримач Муфта свічки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Коромисло Вісь коромисла Рухоме з'єднання верхн. Гідроциліндр Рухоме з'єднання нижн. Основа бурового комплексу Перекладальник Механізм підйому захоплення Механізм перенесення захоплення Захоплення Виїмка «люльки» «люлька» Півосі поворотні Кронштейни «люльки» Поворотне пристосування «л» Планки-обмежувачі свічки Рукоять 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 9 95519 10 11 Комп’ютерна верстка Мацело М. 95519 Підписне 12 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601