Бурова установка

1. Бурова установка, що містить нижню нерухому основу з опорною вишкою, нерухомий труботримач, рухливу платформу з розміщеними рухливим обертачем і вертлюгом-сальником для подачі бурового розчину, яка відрізняється тим, що на нерухомій основі встановлено центрувач та вузолзгвинчувач бурильної свічки з бурильною колоною, а також поворотну "люльку" з пазом для укладки в неї маніпулятором бурильної свічки з транспортного контейнера і можливістю обертання відносно горизонтальної осі, яка проходить через вертика 3 мач і вертлюг-сальник для подачі бурового розчину. Відомий також її гідравлічний механізм подачі, що складається з рухливої платформи з розміщеним рухливим обертачем та з роликовими опорами, переміщуваної гідроциліндрами по напрямних рами; при цьому самі гідроциліндри жорстко встановлені на рамі. (Котлярів A.M. „Автоматизация буровых агрегатов". М., изд-во «Недра», 1971) [2]. Недоліки: неможливість здійснення безперервного процесу буріння глибоких свердловин незалежно від змінних фізико-механічних властивостей породи, глибини буріння й забезпечити стійкість інструмента та інтенсифікувати сам процес буріння. При такій схемі приводу подачі зазори, що існують між роликами та напрямними, різні значення сил тертя в ущільненнях і центруючих поверхнях гідроциліндрів, коливання й ексцентричність прикладених навантажень на гідроциліндри призводять до виникнення бічних зусиль на всі елементи ланцюга „гідроциліндр - ролик - рухома платформа", швидкому зношуванню й виходу з ладу згаданих елементів і, головне, роблять їх непридатними для здійснення глибокого буріння на нафту й газ. До недоліків можна віднести також те, що для перенесення і установки бурильних свічок з вертикального накопичувача до рухливого обертача на вісь буріння і в зворотному напрямку встановлена дуже значна кількість додаткових механізмів з ускладненим контролем виконання безлічі технологічних операцій. Значні експлуатаційні витрати і витрати ручної праці при установці і перенесенні свічок від транспортних контейнерів до вертикального накопичувача і навпаки. Кінематика і привід фактично усіх вузлів бурової установки не забезпечують їх точного позиціювання, що приводить до необхідності застосування систем управління, що відповідають роботам 2-го покоління з блоками адаптації, які здійснюють корекцію сигналів керуючих пристроїв залежно від реальних положень бурильних свічок і вузлів бурової установки. Всі ці недоліки затримали розвиток в СРСР автоматизованих бурових установок з кінематичними схемами, близькими до схеми бурової установки БА-25 і взагалі з усіма іншими кінематичними схемами. Зарубіжні фірми-виробники автоматизованих бурових установок не розголошують інформацію про кінематичні структури свого обладнання. В основу корисної моделі поставлено завдання удосконалити відому бурову установку, у якій шляхом оптимізації кінематичних схем усіх вузлів і зменшення їх загальної кількості зменшити численність виконуваних технологічних операцій і об'єднати останні в замкнутий автоматизований цикл, а також інтенсифікувати увесь процес буріння і видобутку корисних копалин, спростити переміщення бурильних свічок з транспортних контейнерів до робочих механізмів установки, а також - в зворотному напрямку. Поставлена задача вирішується тим, що у відомій буровій установці, що містить нижню неру 60811 4 хому основу з опорною вишкою, нерухомий труботримач, рухливу платформу з розміщеними рухливим обертачем, ротором і вертлюгом-сальником для подачі бурового розчину, на нерухомій основі встановлено центрувач та вузол - зґвинчувач бурильної свічки з бурильною колоною, а також поворотну «люльку» з пазом для укладки в неї маніпулятором бурильної свічки з транспортного контейнера і можливістю обертання відносно горизонтальної осі, яка проходить через вертикальну вісь буріння, по якій встановлюють бурильну свічку в розташований талевою підйомною системою рухливу платформу з труботримачем при опусканні свічки в отвори вузла - зґвинчувача і центрувача, а вертлюг-сальник встановлено на рухливій платформі з можливістю переміщення до отвору ротора рухливого обертача, і вздовж цього отвору у момент розташування верхньої муфти свічки в отворі ротора. Рухливий обертач має вхідну шестерню з осьовим фігурним отвором, який просувається по спряжному фігурному провідному валу, а сам провідний вал має карданні пристрої у верхній рамі та редукторі приводу. Поворотна "люлька" та рухливий обертач мають набори змінних вкладишів для роботи з бурильними свічками або обсадними трубами різних діаметрів. На фіг.1 представлений загальний вигляд типової конструкції бурової установки (вигляд збоку), поворотна „люлька" 30 зображена в трьох положеннях; На фіг.2 представлений загальний вигляд типової конструкції бурової установки (вигляд зверху); На фіг.3 представлений загальний вигляд типової конструкції бурової установки в поперечному перерізі; На фіг.4 (а) і (б) показані положення вузлів рухливого обертача з вертлюгом-сальником, вузлом плашок, рухливим трубозахватом бурильних свічок або обсадних труб до і після їх установки в осьовий отвір ротора обертача. На фіг.5 показані: вузол центрувача бурильної колони при з'єднанні з бурильною свічкою, вузли зґвинчувача, нерухомого трубозахвату, а також спеціальні рукояті для утримання бурильної свічки по вертикалі при можливих нештатних ситуаціях і необхідності додаткового центрування. На фіг.6 показаний вузол вертикального провідного валу фігурного перерізу з верхнім і нижнім карданними пристроями до і після додатка бічної дії. На фіг.7 представлена специфікація даних вузлів бурової установки (номер позиції вузла і його найменування). Бурова установка включає рухливий буровий блок 1 (Фіг.1) з рухливою платформою 2 (Фіг.1), підвішеною на крюку 3 (Фіг.1) рухливого талевого блока 4 (Фіг.1) талевої підйомної системи 5 (Фіг.1) в опорній вишці 6 (Фіг.1), загальну нижню основа 7 (Фіг.1) , на якій нерухомо встановлені привід обертання 8 (Фіг.1) і редуктор приводу 9 (Фіг.1) бурильної колони 10 (Фіг.1) за допомогою провідного валу 11 (Фіг.1). Рухлива платформа 2 (Фіг.1) з двома 5 рознесеними чотирьохроликовими опорами 12 (Фіг.1) зцентрована відносно осі бурового блоку 1 (Фіг.1) за допомогою направляючих стійок 13 (Фіг.1) опорної вишки 6(Фіг.1). Провідний вал 11(Фіг.1; Фіг.6) складається з валу 11.1 (Фіг.6), верхнього карданного пристрою 11.2 (Фіг.6) (який складається зі скалки верхньої 11,2.1(Фіг.6), фігурного плунжеру верхнього 11.2.2(Фіг.6), отвору верхнього кухля 11.2.3 (Фіг.6), кухля верхнього 11.2.4 (Фіг.6)), нижнього карданного пристрою 11.3 (Фіг.6), який складається зі скалки нижньої 11.3.1 (Фіг.6), фігурного плунжера нижнього 11.3.2 (Фіг.6), отвору нижнього кухля 11.3.3 (Фіг.6), кухля нижнього 11.3.4(Фіг.6) та підшипників сферичних 11.4 (Фіг.6). З провідним валом 11 (Фіг.4а) по осьовому отвору 14 (Фіг.4а) зв'язана вхідна шестерня 15 (Фіг.4а) рухливого обертача 16 (Фіг.4а), який переміщується талевою підйомною системою 5 (Фіг.1) уздовж провідного вала 11 (Фіг.1) та направляючих стійок 13 (Фіг.1) опорної вишки 6 (Фіг.1). Ротор обертача 17 (Фіг.1; Фіг.4а) має по своїй осі фігурний отвір 18 (Фіг.1; Фіг.4а) для з’єднання, при необхідності, з встановленим на верхній площині корпусу рухливого обертача 16 вертлюгасальника 19 (Фіг.1; Фіг.4а), який складається з приводу обертання 19.1 (Фіг. 1; Фіг.4а) та приводу вертикального переміщення 19.2 (Фіг.1; Фіг.4а) плунжера 19.3 (Фіг.1; Фіг.4а) з фігурною поверхнею, спряженою з отвором ротора 18 (Фіг.1; Фіг.4а). Плунжер 19.3 (Фіг.1; Фіг.4а) також має різьбовий наконечник для з’єднання з різьбовим отвором верхньої муфти 20 (Фіг.1; Фіг.4а) бурильної свічки 21 (Фіг.1; Фіг.4а) та кільцевий паз для плашок вузла 22 (Фіг.1; Фіг.4а), розташованого на верхній площині корпусу рухливого обертача 16. На нижній площині рухливого обертача 16 (Фіг.1; Фіг.4а) встановлено рухливий труботримач 23 (Фіг.1; Фіг.4а) з захватами 24 (Фіг.1; Фіг.4а). Талева підйомна система 5 (Фіг.1) має нерухомий крон-блок 25 (Фіг.1; Фіг.2), розташований на верхній рамі 26 (Фіг.1; Фіг.2) металевої конструкції опорної вишки 6 (Фіг.1), вхідний направляючий блок 27 (Фіг.1; Фіг.2), трос 28 (Фіг.1 ;Фіг.2), привід підйому з барабаном 29 (Фіг.1; Фіг.2), розташованим на нульовій відмітці. На нижній основі 7 (Фіг.1) вишки встановлена поворотна „люлька" 30 (Фіг.1; Фіг.2; Фіг.3) , вузол зґвинчувач 31 (Фіг.5), нерухомий труботримач 32 (Фіг.5) та центрувач 33 (Фіг.5) з центруючими планками 33.1(Фіг.3) та приводами 33.2(Фіг.5). Маніпулятор 34 (Фіг.2; Фіг.3), встановлений на приймальному майданчику бурової установки, перекладає бурильні свічки 21 (Фіг.1; Фіг.2; Фіг.3) (або обсадні труби) з транспортного контейнера 35 (Фіг.2; Фіг.3) в паз 36 (Фіг.1; Фіг.2; Фіг.3) „люльки" 30 (Фіг.1; Фіг.2; Фіг.3). Поворотна «люлька» 30 (Фіг.1; Фіг.2; Фіг.3) за допомогою своїх рухомих кронштейнів 37 (Фіг.1; Фіг.3; Фіг.5) розташована на горизонтальних півосях 38 (Фіг.1; Фіг.3; Фіг.5) в нерухомих кронштейнах 39 (Фіг.1; Фіг.3; Фіг.5), встановлених на нижній основі 7 (Фіг.1; Фіг.5) з можливістю розвороту пристроєм розвороту 40 (Фіг.1) із горизонтального 60811 6 положення у вертикальне та в зворотному напрямку. В горизонтальному положенні поворотної «люльки» 30 (Фіг.1; Фіг.2; Фіг.3) нерухомі кронштейни 39 (Фіг.1; Фіг.3; Фіг.5) забезпечують вільне переміщення між ними рухливого обертача 16 (Фіг.1; Фіг.4), ось буріння якого проходить через геометричну горизонтальну вісь, утворену горизонтальними півосями 38(Фіг.1; Фіг.3; Фіг.5) рухомих кронштейнів 37 (Фіг.1; Фіг.3; Фіг.5). Затискні пристрої 41 (Фіг.1; Фіг.2; Фіг.3) утримують бурильну свічку 21 (Фіг.1; Фіг.2; Фіг.3) (або обсадну трубу) в пазу,,люльки" 36 (Фіг.1; Фіг.2; Фіг.3). У верхній і середній частині опорної вишки 6 (Фіг.1) і бурового блоку 1 (Фіг.1) встановлені рукояті 42 (Фіг.5) із захватами 43 (Фіг.5) для забезпечення, при необхідності, додаткового центрування бурильної свічки 21 (Фіг.1; Фіг.2; Фіг.3) при її забурюванні або при установлюванні у вузол - зґвинчувач 31(Фіг.5) при позаштатних ситуаціях. При установлюванні транспортного контейнера 35 (Фіг.2; Фіг.3) відносно поворотної „люльки" 30 (Фіг.1; Фіг.2; Фіг.3) застосовуються упори 44 (Фіг.2; Фіг.3) , штовхальники 45 (Фіг.2; Фіг.3), лебідки 46 (Фіг.2; Фіг.3) та упорна стінка „люльки" 47 (Фіг.2; Фіг.3). Для роботи з бурильними свічками 21 (Фіг.1; Фіг.2; Фіг.3) (або обсадними трубами) різних діаметрів застосовують набір змінних вкладишів 48 (Фіг.2) паза 36 (Фіг.1; Фіг.3) „люльки" та набір змінних вкладишів 49 (Фіг.1; Фіг.4) рухливого обертача 16 (Фіг.1; Фіг.4). Бурова установка працює таким чином. Робота установки починається з подачі транспортного контейнера 35 з бурильними свічками 21 на приймальний майданчик за допомогою підйомного крану з нульової відмітки, на якій встановлена бурова установка. Необхідна точність розташування транспортного контейнера 35 на приймальному майданчику відносно маніпулятора 34 і поворотної „люльки" 30 забезпечується його переміщенням по осях "X" і "Y" на відповідні упори 44 і упорну стінку „люльки" 47 штовхальниками 45 і лебідками 46. Маніпулятор 34 поштучно укладає бурильні свічки 21 (або обсадні труби) з транспортних контейнерів 35 в паз "Люльки" 36, розташованій горизонтально. Далі механізми маніпулятора відводяться в початкові положення. Положення основних вузлів бурової установки при завершенні попереднього циклу буріння після опускання бурильної колони 10 у свердловину на довжину останньої забуреної бурильної свічки 21 та виключення талевої підйомної системи, полягає в наступному: захвати нерухомого труботримача 32 затиску бурильної колони 10 розтиснуті; центрувач 33 розведений; захвати 24 рухливого труботримача 23 розтиснуті раніше; рухливий обертач 16 спільно з рухливою платформою 2 бурового блоку 1 і крюком 3 знаходиться в крайнє нижньому положенні; вертлюг-сальник 19 приєднано до отвору верхньої муфти 20 крайньої верхньої бурильної свічки 21, зафіксованої вертикально за кільцевий паз плунжера 19.3 вертлюга 7 сальника 19 вузлом плашок 22 рухливого обертача 16; захвати вузла - згвинчувача 31 розведені; поворотна "люлька" 30 знаходиться в початковому горизонтальному положенні з наступною бурильною свічкою 21, закріпленою затискними пристроями 41 в пазу "люльки" 36. Нарощування бурильної колони 10 наступною бурильною свічкою 21 починають із затиску бурильної колони 10 у свердловині нерухомим труботримачем 32 і звільнення від останньої забуреної бурильної свічки 21 механізмів вертлюг-сальник 19 і вузла плашок 22. З початку відводять плашки вузла 22 з кільцевого пазу плунжера 19.3 вертлюга-сальника 19, а потім від'єднують плунжер 19.3 від верхньої муфти 20 забуреної бурильної свічки 21 реверсивним включенням приводів обертання 19.1 та вертикального переміщення 19.2.. Далі здійснюють підйом рухливої платформи 2 в крайнє верхнє положення, розгортають поворотну "люльку" 30 із зафіксованою в її пазу 36 новою бурильною свічкою 21 з горизонтального у вертикальне положення по осі буріння і захватами 24 рухливого труботримача 23 затискають нову бурильну свічку 21, яка ще знаходиться в пазу "люльки" 36. Розводять затискні пристрої 41 поворотної „люльки" і повертають її в горизонтальне положення пристроєм розвороту 40. Опусканням рухливої платформи 2 і рухливого обертача 16 вертлюга-сальника 19 підводять різьбовий наконечник плунжера 19.3 вертлюгасальника 19 до торця отвору верхньої муфти 20 наступної бурильної свічки 21, а потім і з'єднують його з нею. Введенням плашок вузла 22 в кільцевий паз плунжера 19.3 забезпечують вертикальну фіксацію бурильної свічки 21 на корпусі рухливого обертача 16. Для згвинчення нарощуваної бурильної свічки 21 з бурильною колоною 10, що знаходиться у свердловині і утримується нерухомим труботримачем 32, рухливу платформу 2 опускають і зафіксовану механізмами рухливого обертача 16 нарощувану бурильну свічку 21 вводять у отвір вузла зґвинчувача 31; центрувач 33 її центрує по осі буріння, захвати 24рухливого труботримача 23 розтискають і, спочатку, вузол - зґвинчувач 31, обертаючи бурильну свічку 21, з’єднує її нижній різьбовий наконечник з отвором верхньої муфти кінцевої бурильної свічки забуреної бурильної колони 10, а потім, включивши головний привід обертання бурильної колони, закінчують з’єднання нарощуваної бурильної свічки 21 з бурильною колоною 10. Далі розводять нерухомий труботримач 32 і подають глинистий розчин на забій. Буровий комплекс готовий до буріння свердловини після включення талевої підйомної системи 5 і приводу обертання 8 бурильної колони 10. Рукояті 42 підтримки бурильної колони 10 у вертикальному положенні застосовують при необхідності. Задані параметри роботи рухливого обертача 16 і привода підйому з барабаном 29 (момент обертання, число обертів, зусилля подачі і т.д.) визна 60811 8 чають вимогою забезпечення максимальної швидкості проходження свердловини залежно від конкретних геологічних умов. Підйом і розбирання бурильної колони 10 відбувається в зворотній послідовності. Початкове положення: бурильна свічка 21, що знімається з бурильної колони 10, знаходиться у свердловині; рухливий обертач 16 з рухливою платформою 2 знаходяться внизу і на вузлі плашок 22 утримує бурильну колону 10 за кільцевий паз плунжера 19.3 вертлюга-сальника 19, який з’єднаний з верхньою бурильною свічкою колони 10; нижній нерухомий труботримач 32 розведений. Далі нижнім нерухомим труботримачем 32 затискають бурильну колону 10 нижче за муфту знімаємої бурильної свічки. Вузлом - зґвинчувачем 31 і головним приводом обертання 8 через рухливий обертач 16 послідовно розгвинчують різьблення знімаємої з бурильної колони 10 бурильної свічки 21. Бурильну свічку 21 затискають захватами 24 рухливого труботримача 23. Далі піднімають рухливий обертач 16 з знімаємою бурильною свічкою 21 в крайнє верхнє положення. Поворотну „люльку" 30 піднімають у вертикальне положення на вісь буріння, її паз 36 охоплює знімаємую бурильну свічку 21 і зводять раніше відкриті затискні пристрої 41 „люльки", на рухливому обертачі розводять плашки вузла 22 та роз’єднують вертлюгсальник 19 від знімаємої бурильної свічки. Після цього розтискають захвати 24 рухливого труботримача 23 і розгортають поворотну „люльку" 30 з свічкою в пазу 36 в горизонтальне положення. З пазу "люльки" 36 пересувний маніпулятор 34 послідовно укладає бурильні свічки 21 в транспортний контейнер 35. Аналогічно виконуються роботи з обсадними трубами. При вертикальному переміщенні бурового блоку 1 з чотирьохроликовими опорами 12 в направляючих стійках 13 опорної вишки 6 в процесі буріння свердловини він коливається відносно осі установки з амплітудою до 5-8мм. Для виключення впливу коливань бурового блоку 1 на всі деталі і вузли рухливої платформи 2, верхній і нижній карданні пристрої 11.2 та 11.3 працюють наступним чином. При відхиленні осі провідного валу 11 в ту чи іншу сторону, положення осей верхнього 11.2.4 і нижнього 11.3.4 кухлів залишаються незмінними, а змінюються вертикальні положення в них верхнього 11.2.2 та нижнього 11.3.2. фігурних плунжерів та кути нахилу в них верхньої 11.2.1 і нижньої 11.3.1 скалок, встановлених на підшипниках сферичних 11.4 (4 шт.). Таким чином, горизонтальні переміщення осі провідного валу 11 перпендикулярно горизонтальній площині перетворені у вертикальні переміщення фігурних плунжерів в отворах 11.2.3 і 11.3.3 верхнього і нижнього кухлів. Це виключає вплив коливань бурового блоку 1 на всю конструкцію бурової установки. При бурінні свердловини та виконанні операцій з'єднання і роз'єднання бурильних свічок 21 в стані готовності знаходяться механізми, що виконують функції попередження виникнення аварій 9 них ситуацій на буровій установці та її захисту в разі необхідності. Ці механізми зазвичай розташовані в просторі між нижньою основою вишки та нульовою відміткою. Пропоновану бурову установку найдоцільніше використовувати при бурінні середніх (15003200м), глибоких (3200-5000м) і надглибоких вертикальних свердловин (8000 і більше метрів) будьякого призначення незалежно від міцності породи. Вона може використовуватись при бурінні пологих та горизонтальних свердловин збільшеної протяжності при дегазації вугільних пластів та добуванні сланцевого газу. Крім цього, пропонована бурова установка може бути використана як важливий складовий вузол при морському бурінні,. Нині створення бурових установок характеризується фактично повсюдним застосуванням електромеханічних приводів в умовах постійного розвитку і вдосконалення усіх параметрів, характеристик механічних вузлів і систем управління підйомної лебідки, приводу ротора і інших вузлів талевої системи, механізації робіт по установці і зніманню бурильних свічок бурильної колони. Ведучі зарубіжні фірми-виробники важких бурових установок досягають значної загальної швидкості буріння і майже повного виключення 60811 10 при цьому ручної праці за рахунок величезного рівня автоматизації при використанні роботов 2-го покоління з блоками адаптації, які здійснюють корекцію сигналів керуючих пристроїв залежно від реальних положень бурильних свічок при їх транспортуванні, розміщенні та з’єднанні-роз’єднанні. При цьому вартість бурової установки, її обслуговування та експлуатацій значно зростають. Застосування поворотної "люльки" спільно з провідним валом рухливого обертача значно скорочує кількість згаданих вище загальних технологічних операцій і загальний час циклу буріння, а просте механічне позиціювання усіх елементів бурової установки, бурильних свічок по всьому циклу роботи забезпечують спрощення конструкції, підвищують її надійність і загальну швидкість буріння, зменшують вартість усього устаткування бурової установки та її обслуговування і забезпечують повну автоматизацію бурової установки простими засобами роботів 1-ого покоління. Застосування сучасних електронних систем управління приводів буровой установки дозволяє забезпечити точний контроль величини притиску ріжучого або руйнівного робочого органу до забою і забезпечити виконання усіх оптимальних параметрів режиму буріння свердловини, розрахованих залежно від конкретних геологічних умов. 11 60811 12 13 60811 14 15 60811 16 Специфікація (найменування і номер вузлів) (Фіг.7) Буровий блок Рухлива платформа Крюк Рухливий талевий блок Талева підйомна система Опорна вишка Нижня основа Привід обертання Редуктор приводу Бурильна колона Провідний вал Вал Верхній карданний пристрій Скалка верхня Фігурний плунжер верхній Отвір верхнього кухля Кухоль верхній Нижній карданний пристрій Скалка нижня Фігурний плунжер нижній Отвір нижнього кухля Кухоль нижній Підшипники сферичні Чотирьохроликова опора Направляючі стойки Осьовий отвір вхідної шестерні Вхідна шестерня Рухливий обертач Ротор обертана Отвір ротора Вертлюг-сальник Привід обертання Привід вертикального переміщення Плунжер Комп’ютерна верстка В. Мацело 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11.1 11.2 11.2.1 11.2.2 11.2.3 11.2.4 11.3 11.3.1 11.3.2 11.3.3 11.3.4 11.4 12 13 14 15 16 17 18 19 19.1 19.2 19.3 Верхня муфта Бурильна свічка Вузол плашок Рухливий труботримач Захвати Нерухомий крон-блок Верхня рама Вхідний направляючий блок Трос Привід підйому з барабаном Поворотна «люлька» Вузол-зґвинчувач Нерухомий труботримач Центрувач Центруючі планки Привід Маніпулятор Транспортний контейнер Паз "люльки" Рухомі кронштейни Горизонтальні півосі Нерухомі кронштейни Пристрій розвороту Затискні пристрої Рукоять Захват Упори Штовхальники Лебідки Упорна стінка "люльки" Набір змінних вкладишів Набір змінних вкладишів обертача Підписне Тираж 24 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 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 33.1 33.2 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49