Нижний стабилизирующий рычаг для буровой установки
Группа изобретений относится к нижним стабилизирующим рычагам для буровой установки. Технический результат заключается в уменьшении времени на спуско-подъемные операции, в устранении вероятности опасного воздействия на рабочего на уровне пола буровой установки. Нижний стабилизирующий рычаг содержит: опору; верхний рычаг, имеющий верхний конец и нижний конец; верхнюю пару различающихся по оси вращения вращательных приводов, соединяющих верхний конец верхнего рычага с опорой; нижний рычаг, имеющий верхний конец и нижний конец; центральный вращательный привод, присоединенный между нижним концом верхнего рычага и верхним концом нижнего рычага; роликовую опору; нижнюю пару различающихся по оси вращения вращательных приводов, соединяющую нижний конец нижнего рычага с роликовой опорой; и пару V-образных роликов, установленных на роликовой опоре. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 11 ил.
ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[001] Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США № 62/255991, поданной 16 ноября 2015 г. и имеющей то же название. Указанная предварительная заявка на патент включена во всей полноте в этот документ посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[002] При поиске нефти, газа и геотермальной энергии проводятся бурильные работы для создания шурфов или скважин в поверхности земли. Традиционное бурение предусматривает размещение бурового долота на забое скважины. Компоновка низа бурильной колонны расположена непосредственно над буровым долотом, где расположены датчики направления и оборудование связи, батареи, забойные двигатели и стабилизирующее оборудование, способствующие направлению бурового долота к требуемому подземному целевому участку.
[003] Набор утяжеленных бурильных труб расположен над компоновкой низа бурильной колонны для обеспечения несжимаемого источника массы, способствующего дроблению пласта буровым долотом. Толстостенная бурильная труба расположена над утяжеленными бурильными трубами для безопасности. Оставшаяся часть бурильной колонны представляет собой главным образом бурильную трубу, предназначенную для работы под напряжением. Длина традиционной секции бурильной трубы составляет приблизительно 30 футов, но секции могут варьировать в зависимости от исполнения. Распространенным является хранение секций бурильной трубы в виде «двухтрубок» (2 соединенных секций) или «трехтрубок» (3 соединенных секций). Когда бурильную колонну (бурильную трубу, утяжеленные бурильные трубы и другие компоненты) извлекают из ствола скважины для замены изношенного бурового долота, бурильную трубу и утяжеленные бурильные трубы устанавливают в вертикальном положении в виде двухтрубок или трехтрубок до извлечения и замены бурового долота. Этот процесс подъема всего из ствола и опускания обратно известен как «спуско-подъемные операции».
[004] Спуско-подъемные операции представляют собой операции, в течение которых не происходит бурение, и, таким образом, они связаны с убытками. В течение длительного времени были предприняты попытки по разработке способов исключения этих операций или по меньшей мере их ускорения. Опускание трехтрубок осуществляется быстрее, чем опускание двухтрубок, поскольку в этом случае уменьшается количество резьбовых соединений, которые необходимо разъединить и потом снова соединить. Трехтрубки длиннее, и, таким образом, сложнее в обращении в связи с их длиной и массой, а также естественными колебаниями, возникающими при их перемещении с места на место. Обращение с движущимися трубами вручную на уровне пола буровой установки может быть опасным.
[005] Желательно иметь буровую установку с возможностью уменьшения времени на спуско-подъемные операции. Одна составляющая высокоскоростных спуско-подъемных операций, остающаяся препятствием, заключается в обращении с длинными секциями тонких трубных элементов, собранных в свечи, и, в частности, бурильной трубой. Для обеспечения безопасности при ускорении спуско-подъемных операций предлагается уводить персонал с пола буровой установки и автоматически выполнять обращение со свечами трубных элементов. Чем быстрее выполняются операции возле ствола скважины, тем опаснее присутствие персонала на полу буровой установки. Дополнительно, в результате более быстрого перемещения свеч труб образуются более выраженные гармонические колебания в свече, вызванные дополнительным ускорением. В результате ускоренного перемещения нижнего конца свечи также повышается момент свечи, а также сила, сообщаемая, когда она ударяет что-либо или кого-либо на полу буровой установки.
[006] Таким образом, желательно иметь манипулирующий рычаг, установленный на полу буровой установки, который выполнен с возможностью стабилизации и направления нижнего конца ряда бурильных трубных элементов, которые последовательно соединены в виде «свечей» двухтрубок, трехтрубок или четырехтрубок. Также желательно иметь манипулирующий рычаг, установленный на полу буровой установки, выполненный с возможностью стабилизации и направления нижнего конца трубных элементов во множество местоположений рядом с полом буровой установки таким образом, что направляющая может использоваться для множества функций, включающих трубные элементы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[007] Раскрываемый объект настоящего изобретения относится к нижнему стабилизирующему рычагу, способствующему стабилизации трубных элементов для позиционирования свечей бурильных труб и утяжеленных бурильных труб, а также направлению для стыковки с резьбовыми соединениями бурильной колонны на буровых установках. Нижний стабилизирующий рычаг снижает необходимость в ручном манипулировании нижним концом поднятого трубного элемента, а также сокращает время, необходимое для выполнения спуско-подъемных операций с бурильной колонной. Нижний стабилизирующий рычаг соединен с частью мачты буровой установки рядом с полом буровой установки.
[008] В одном варианте осуществления предлагается нижний стабилизирующий рычаг для буровой установки, содержащий опору и верхний рычаг, имеющий верхний конец и нижний конец. Верхняя пара различающихся по оси вращения вращательных приводов соединяет верхний конец верхнего рычага с опорой. Предусмотрен нижний рычаг, имеющий верхний конец и нижний конец. Центральный вращательный привод присоединен между нижним концом верхнего рычага и верхним концом нижнего рычага. Предусмотрена роликовая опора, имеющая пару V образных роликов, установленных на роликовой опоре. Нижняя пара различающихся по оси вращения вращательных приводов соединяет второй конец нижнего рычага с роликовой опорой. В другом варианте осуществления нижний стабилизирующий рычаг содержит изогнутую под тупым углом секцию, расположенную на нижнем рычаге.
[009] В другом варианте осуществления нижний стабилизирующий рычаг оснащен набором из пяти вращательных приводов, расположенных по длине стабилизирующего рычага. Роликовая опора расположена на дальнем конце рычага, и пара роликов установлена на роликовой опоре. В другом варианте осуществления также предусмотрена изогнутая под тупым углом секция, расположенная на нижнем рычаге.
[010] В другом варианте осуществления нижний стабилизирующий рычаг оснащен опорой и верхним рычагом, имеющим верхний конец и нижний конец. Первый вращательный привод установлен на опоре. Первое соединение приводов соединяет первый вращательный привод со вторым вращательным приводом между верхним концом верхнего рычага и опорой. Предусмотрен нижний рычаг, имеющий верхний конец и нижний конец. Третий вращательный привод присоединен между нижним концом верхнего рычага и верхним концом нижнего рычага. Четвертый вращательный привод соединен с нижним концом нижнего рычага. Второе соединение приводов соединяет четвертый вращательный привод с пятым вращательным приводом. Роликовая опора соединена с пятым вращательным приводом. Пара V образных роликов установлена на роликовой опоре.
[011] Как будет понятно среднему специалисту в данной области техники, описанное устройство может быть изменено и получен тот же преимущественный результат. Также должно быть понятно, что описываемый механизм может применяться в обратном порядке для извлечения свечей бурильных труб, составляющих бурильную колонну, из ствола скважины для надлежащей укладки в штабель мостовым краном.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[012] На фиг. 1 показан вид в изометрии одного варианта осуществления нижнего стабилизирующего рычага, на котором изображены множество осей вращения рычага.
[013] На фиг. 2 показан вид в изометрии в разобранном состоянии варианта осуществления нижнего стабилизирующего рычага, показанного на фиг. 1.
[014] На фиг. 3 показан увеличенный вид в изометрии одного варианта осуществления конца, входящего в зацепление с трубой, нижнего стабилизирующего рычага.
[015] На фиг. 4 показан местный вид спереди одного варианта осуществления нижнего стабилизирующего рычага, на котором изображен четвертый вращательный привод, предназначенный для фиксации и центрирования бурильной трубы между V образными роликами.
[016] На фиг. 5 показан местный вид сбоку варианта осуществления нижнего стабилизирующего рычага, на котором изображен пятый вращательный привод, предназначенный для высвобождения бурильной трубы от V образных роликов.
[017] На фиг. 6 показан вид сверху одного варианта осуществления нижнего стабилизирующего рычага, на котором изображена возможность нижнего стабилизирующего рычага стабилизировать свечу бурильных труб для посадки или позиционирования в четырех критичных местоположениях.
[018] На фиг. 7 показан вид сверху одного варианта осуществления нижнего стабилизирующего рычага, на котором изображено изменение вертикального расположения по мере изменения положения нижнего стабилизирующего рычага между положениями размещения свечи, с сохранением горизонтального наклона.
[019] На фиг. 8 показан вид в изометрии одного варианта осуществления нижнего стабилизирующего рычага, на котором изображен нижний стабилизирующий рычаг, захватывающий нижний конец свечи бурильных труб с приемных мостков.
[020] На фиг. 9 показан вид в изометрии нижнего стабилизирующего рычага, на котором изображен нижний стабилизирующий рычаг, прикрепленный к нижнему концу свечи бурильных труб и обеспечивающий ее посадку в шурфе для наращивания труб.
[021] На фиг. 10 показан вид в изометрии нижнего стабилизирующего рычага, на котором изображен нижний стабилизирующий рычаг, прикрепленный к нижнему концу свечи бурильных труб и обеспечивающий ее посадку в центре скважины.
[022] На фиг. 11 показан вид в изометрии нижнего стабилизирующего рычага, на котором изображен нижний стабилизирующий рычаг, выходящий из зацепления с нижним концом свечи бурильных труб, посаженной в центре скважины.
[023] Цели и признаки описанных вариантов осуществления станут более понятны из последующего подробного описания и прилагаемой формулы изобретения при прочтении совместно с сопутствующими графическими материалами, на которых подобные ссылочные позиции обозначают подобные элементы.
[024] Графические материалы составляют часть настоящего описания и включают в себя иллюстративные варианты осуществления, которые могут быть реализованы в различных формах. Следует понимать, что в некоторых случаях различные аспекты описанных вариантов осуществления могут быть показаны в преувеличенном или увеличенном состоянии, чтобы способствовать пониманию принципов и признаков описываемых вариантов осуществления.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[025] Следующее описание предоставлено для того, чтобы позволить специалисту в данной области техники создать и использовать нижний стабилизирующий рычаг, причем оно предоставлено в контексте конкретной области применения и ее требований. Различные модификации описываемых вариантов осуществления будут очевидны для специалистов в данной области техники, и общие принципы, определенные в настоящем документе, могут быть применены к другим вариантам осуществления и областям применения без отхода от сущности и объема настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не следует ограничивать предложенными вариантами осуществления, но следует понимать в самом широком смысле в соответствии с вариантами осуществления, описанными в настоящем документе.
[026] На фиг. 1 показан вид в изометрии одного варианта осуществления нижнего стабилизирующего рычага 800, на котором изображены множество осей вращения его рычага 824. На этом виде показано, что пять осей вращения сочетаются для достижения полноценного перемещения нижнего стабилизирующего рычага 800 для осуществления стабилизации нижнего конца свечи 2 бурильных труб (см. фиг. 9) без необходимости в удлинителе хвостовика.
[027] На фиг. 2 показан вид в изометрии в разобранном состоянии одного варианта осуществления нижнего стабилизирующего рычага 800. Как показано на фиг. 2, нижний стабилизирующий рычаг 800 содержит первый вращательный привод 810, установленный на опоре 802 мачты. Первое соединение 815 приводов соединяет первый вращательный привод 810 со вторым вращательным приводом 820. Предусмотрен верхний рычаг 824, имеющий верхний конец 826 и нижний конец 828. Верхний конец 826 соединен со вторым вращательным приводом 820. Третий вращательный привод 830 соединен с нижним концом 828 верхнего рычага 824.
[028] Предусмотрен нижний рычаг 832, имеющий верхний конец 834 и противоположный нижний конец 836. Верхний конец 834 нижнего рычага 832 соединен с третьим вращательным приводом 830. Изогнутая под тупым углом секция 835 предусмотрена между верхним концом 834 и нижним концом 836. Изогнутая под тупым углом секция 835 или нижний рычаг 832 позволяют разместить амортизатор 864 и V-образные ролики 862 перпендикулярно перемещению бурильной трубы 2 при вертикальном подъеме с приемных мостков.
[029] Четвертый вращательный привод 840 соединен с нижним концом 836 нижнего рычага 832. Второе соединение 845 приводов присоединено между четвертым вращательным приводом 840 и пятым вращательным приводом 850. Роликовая опора 860 соединена с пятым вращательным приводом 850. Пара V образных роликов 862 установлена на роликовой опоре 860.
[030] Как описано выше, первый вращательный привод 810 и второй вращательный привод 820 образуют верхнюю пару различающихся по оси вращения вращательных приводов (810, 820), соединяющую верхний конец 826 верхнего рычага 824 с опорой 802. Аналогично, четвертый вращательный привод 840 и пятый вращательный привод 850 образуют нижнюю пару различающихся по оси вращения вращательных приводов (840, 850), соединяющую нижний конец 836 нижнего рычага 832 с роликовой опорой 860.
[031] Снова обратимся к фиг. 1, на которой показано, что в результате приведения в действие первого вращательного привода 810 происходит вращение верхнего рычага 824 вокруг оси A. В результате приведения в действие второго вращательного привода 820 происходит вращение верхнего рычага 824 вокруг оси B. В результате приведения в действие третьего вращательного привода 830 происходит вращение нижнего рычага 832 вокруг оси C. Приведения в действие первого вращательного привода 810, второго вращательного привода 820 и третьего вращательного привода 830 достаточно, чтобы позиционировать V образные ролики 862 над соответствующими центрами ствола 30 скважины, шурфа 40 для наращивания труб и положения 50 отсоединения свечи буровой установки, как лучше всего показано на фиг. 6 и 7. Как также показано на фиг. 6 и 7, нижний стабилизирующий рычаг 800 может достигать положения 60 на приемных мостках для приема нижнего конца бурильной трубы 2 с приемных мостков.
[032] На фиг. 3 показан увеличенный местный вид в изометрии конца, входящего в зацепление с трубой, нижнего стабилизирующего рычага 800. На фиг. 4 показан местный вид спереди варианта осуществления, показанного на фиг. 3, на котором изображен путь перемещения V образных роликов 862 при приведении в действие четвертого вращательного привода 840 для фиксации бурильной трубы 2 между V образными роликами 862.
[033] На фиг. 5 показан местный вид сбоку одного варианта осуществления нижнего стабилизирующего рычага 800, на котором изображен путь перемещения V образных роликов 862 при приведении в действие пятого вращательного привода 850 для высвобождения бурильной трубы 2 от V образных роликов 862.
[034] На фиг. 6 показан вид сверху одного варианта осуществления нижнего стабилизирующего рычага 800, на котором изображена возможность нижнего стабилизирующего рычага 800 по размещению V образных роликов 862 таким образом, чтобы стабилизировать и позиционировать нижний конец свечи бурильных труб 2 для посадки или другого необходимого позиционирования в следующих четырех критичных местоположениях, находящихся на одной линии: центр 30 скважины, шурф 40 для наращивания труб, положение 50 отсоединения свечи и приемные мостки 60.
[035] На фиг. 7 показан вид сбоку одного варианта осуществления нижнего стабилизирующего рычага 800, показанный с нерабочей стороны буровой установки, на котором отверстие в буровой вышке изображено слева, а буровая лебедка - справа. На фиг. 7 показано изменение вертикального положения, происходящее по мере изменения положения нижнего стабилизирующего рычага 800 между положениями размещения бурильной трубы 2, центром 30 скважины, шурфом 40 для наращивания труб, положением 50 отсоединения свечи и приемными мостками 60, а также изображена возможность нижнего стабилизирующего рычага 800 перемещать бурильную трубу 2 между различными положениями с сохранением горизонтального наклона нижнего рычага 832 за счет координированного вращения второго вращательного привода 820 и третьего вращательного привода 830 (см. фиг. 1). Посредством этого способа обеспечивается надлежащее размещение и позиционирование нижнего стабилизирующего рычага 800 без необходимости в выдвижном элементе.
[036] На фиг. 8 показан вид в изометрии одного варианта осуществления нижнего стабилизирующего рычага 800, на котором изображен нижний стабилизирующий рычаг 800, захватывающий нижний конец секции 2 бурильной трубы с приемных мостков 600 (не показаны) на буровой установке 1. В изображенном варианте осуществления нижний стабилизирующий рычаг 800 установлен на опоры 20 нижней секции мачты буровой установки 1.
[037] На фиг. 9 показан вид в изометрии одного варианта осуществления нижнего стабилизирующего рычага 800, на котором изображен нижний стабилизирующий рычаг 800, прикрепленный к нижнему концу секции 2 бурильной трубы и подготовленный к посадке ее в муфту секции 3 бурильной трубы, расположенной в шурфе 40 для наращивания труб. На фиг. 9 секция 3 бурильной трубы зафиксирована ниже пола 6 буровой установки посредством промежуточного фиксатора 130 свечи.
[038] На фиг. 10 показан вид в изометрии одного варианта осуществления нижнего стабилизирующего рычага 800, на котором изображен нижний стабилизирующий рычаг 800, прикрепленный к нижнему концу свечи 2 бурильных труб и подготовленный к ее посадке в верхнюю муфту бурильной колонны 3, расположенной в центре 40 скважины.
[039] На фиг. 11 показан вид в изометрии одного варианта осуществления нижнего стабилизирующего рычага 800, на котором изображен нижний стабилизирующий рычаг 800, выходящий из зацепления с нижним концом свечи 2 бурильных труб, которая была успешно посажена в верхнюю муфту бурильной колонны 3, расположенной в центре 40 скважины. Снова обратимся к фиг. 4, на которой показано, что вращательное высвобождение V образных роликов 862 от свечи 2 труб достигается за счет приведения в действие четвертого вращательного привода 840. Снова обратимся к фиг. 5, на которой показано, что вертикальное отведение V образных роликов 862 от свечи 2 труб достигается за счет приведения в действие пятого вращательного привода 850.
[040] Таким образом, было показано, что описанный в настоящем документе нижний стабилизирующий рычаг 800 представляет собой механизм, который выполнен с возможностью управления нижним концом бурильной трубы 2, в том числе утяжеленными бурильными трубами, независимо от того, представлены они в виде однотрубок или свечей, для безопасного ускоренного перемещения бурильной трубы 2 в ствол скважины и из него с целью уменьшения времени на спуско-подъемные операции или для устранения вероятности опасного воздействия на рабочего на уровне пола буровой установки. Нижний стабилизирующий рычаг 800 обеспечивает средство для размещения ниппеля поднятого бурильного трубного элемента 2 с выравниванием относительно муфты 3 другого трубного элемента для посадки, или для других необходимых операций по размещению, например, для укладывания в штабель или вставки в шурф для наращивания труб. Нижний стабилизирующий рычаг 800 может обеспечивать точное позиционирование бурильной трубы 2 в центре ствола 30 скважины, шурфа 40 для наращивания труб и положения 50 отсоединения свечи буровой установки 1.
[041] При использовании в настоящем документе термин «по существу» рассчитан на конструкцию, означающую «скорее да, чем нет».
[042] Таким образом, хотя были описаны различные варианты осуществления, следует понимать, что описанные варианты осуществления имеют скорее иллюстративный, чем ограничительный характер, и что предполагается широкий выбор вариаций, модификаций, изменений и замен в вышеприведенном описании и, в некоторых случаях, некоторые признаки могут быть использованы без соответствующего использования других признаков. Многие такие вариации и модификации могут рассматриваться как желательные специалистами в данной области техники с учетом вышеприведенного описания вариантов осуществления. Соответственно, не лишним будет отметить, что прилагаемая формула изобретения должна толковаться в широком смысле и в соответствии с объемом настоящего изобретения.
1. Нижний стабилизирующий рычаг (800) для буровой установки, содержащий:
опору (802);
верхний рычаг (824), имеющий верхний конец (826) и нижний конец (828);
верхнюю пару различающихся по оси вращения вращательных приводов (810, 820), соединяющих верхний конец (826) верхнего рычага (824) с опорой (802);
нижний рычаг (832), имеющий верхний конец (834) и нижний конец (836);
центральный вращательный привод (830), присоединенный между нижним концом (828) верхнего рычага (824) и верхним концом (834) нижнего рычага (832);
роликовую опору (860);
нижнюю пару различающихся по оси вращения вращательных приводов (840, 850), соединяющую нижний конец (836) нижнего рычага (832) с роликовой опорой (860); и
пару V-образных роликов (862), установленных на роликовой опоре (860).
2. Нижний стабилизирующий рычаг по п. 1, дополнительно содержащий изогнутую под тупым углом секцию, расположенную на нижнем рычаге.
3. Нижний стабилизирующий рычаг по п. 1, дополнительно предусматривающий, что верхнюю пару различающихся по оси вращения вращательных приводов и центральный вращательный привод можно привести в действие для позиционирования V-образных роликов над центром каждого из ствола скважины, шурфа для наращивания труб и положения отсоединения свечи буровой установки.
4. Нижний стабилизирующий рычаг (800) для буровой установки, содержащий:
набор из пяти вращательных приводов (810, 820, 830, 840, 850), расположенных по длине нижнего стабилизирующего рычага (800);
роликовую опору (860), расположенную на дальнем конце рычага (800); и
пару роликов (862), установленных на роликовой опоре (860).
5. Нижний стабилизирующий рычаг по п. 4, дополнительно содержащий изогнутую под тупым углом секцию, расположенную на нижнем рычаге.
6. Нижний стабилизирующий рычаг (800) для буровой установки, содержащий:
опору (802);
верхний рычаг (824), имеющий верхний конец (826) и нижний конец (828);
первый вращательный привод (810), установленный на опоре (802);
первое соединение (815) приводов, соединяющее первый вращательный привод (810) со вторым вращательным приводом (820) между верхним концом (826) верхнего рычага (824) и опорой (802);
нижний рычаг (832), имеющий верхний конец (834) и нижний конец (836);
третий вращательный привод (830), присоединенный между нижним концом (828) верхнего рычага (824) и верхним концом (834) нижнего рычага (832);
четвертый вращательный привод (840), соединенный с нижним концом (836) нижнего рычага (832);
второе соединение (845) приводов, соединяющее четвертый вращательный привод (840) с пятым вращательным приводом (850);
роликовую опору (860), соединенную с пятым вращательным приводом (850); и
пару V-образных роликов (862), установленных на роликовой опоре (860).
7. Нижний стабилизирующий рычаг по п. 6, дополнительно предусматривающий, что за счет приведения в действие четвертого вращательного привода происходит вращение V-образных роликов на оси, отцентрованной по бурильной трубе, для входа в зацепление с нижним концом бурильной трубы.
8. Нижний стабилизирующий рычаг по п. 6, дополнительно предусматривающий, что за счет приведения в действие пятого вращательного привода происходит перемещение V-образных роликов между осью, перпендикулярной бурильной трубе, и осью, в целом параллельной бурильной трубе.
9. Нижний стабилизирующий рычаг по п. 6, дополнительно предусматривающий, что за счет совместного вращения второго вращательного привода и третьего вращательного привода происходит выдвижение нижнего рычага с сохранением горизонтального наклона нижнего рычага.
