RU2100565C1

RU2100565C1 - Drilling rig

Info

Publication number: RU2100565C1
Application number: RU95102664/03A
Authority: RU
Inventors: Вадим Николаевич Грамолин; Ru]; Владимир Алексеевич Скоробогатов; Виталий Алексеевич Степанов; Борис Семенович Сусликов; Ua]
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Уральский завод тяжелого машиностроения"
Priority date: 1995-02-27
Filing date: 1995-02-27
Publication date: 1997-12-27
Also published as: RU95102664A

Abstract

FIELD: drilling of oil and gas wells; applicable in drilling rigs with upper rotary drive of drill pipe string. SUBSTANCE: drilling rig has derrick, derrick substructure, travelling block with spaced pulley sections, power swivel with upper drive and guide carriage and device for swinging swivel out of well center axis, guide beam and complex of mechanisms of automatic unit for round-trip operations of drill pipe stand. Novelty consists in provision of device for recheck of upper end of drill pipe stand. The device is made in form of beam with carriage mounted in guide of power swivel and kinematically connected with its carriage. Mounted on beam is fixing head having central hole and consists of two cones facing, by their small bases, each other and interconnected by cylindrical band. Travelling block has centering device. Installed in hole of fixing head are spring-loaded cams of one-way action. EFFECT: higher efficiency. 6 dwg

Description

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано в буровых установках с верхним приводом вращения бурильных труб (с верхнеприводным силовым вертлюгом). The invention relates to the drilling of oil and gas wells and can be used in drilling rigs with top drive rotation of the drill pipe (with top-drive power swivel).

Известна буровая установка для бурения с плавучего средства, содержащая буровую вышку, комплекс механизмов автомата спуска-подъема свечей, включающий в себя автоматический элеватор, механизм расстановки свечей, механизм захвата свечи на верхней стреле, механизм подъема свечи, поворотную колонну с обводным роликом, подсвечники, магазин, подвижный центратор, направляющую балку, установленную параллельно оси вышки, по которой перемещаются каретки талевого блока и подвижного центратора [1]
Недостатком этой буровой установки является невозможность использования преимуществ комплекса механизмов автомата спуска-подъема свечей в полном объеме в совокупности в верхним приводом вращения колонны бурильных труб, так как отсутствует совмещение операций спуска-подъема ненагруженного элеватора со свинчиванием свечи с колонной бурильных труб из-за наличия на оси центра скважины верхнеприводного силового вертлюга.A well-known drilling rig for drilling with floating means, containing a drilling rig, a set of mechanisms for a candle descent-raising machine, including an automatic elevator, a candle placement mechanism, a candle gripping mechanism on an upper arrow, a candle lifting mechanism, a rotary column with a bypass roller, candle holders, magazine, movable centralizer, guide beam mounted parallel to the axis of the tower along which the carriages of the tackle block and the movable centralizer move [1]
The disadvantage of this rig is the inability to take full advantage of the complex of mechanisms for launching and lifting candles in combination with the top drive of rotation of the drill pipe string, since there is no combination of the operations of lowering and lifting an unloaded elevator with screwing a candle with a drill pipe string due to axis of the center of the borehole of the upper drive power swivel.

Известно устройство для бурения скважин, содержащее подвышечное основание с встроенным в него клиновым механизмом удержания буровой колонны, вышку, талевую подвеску, вертлюг с переводником, трубодержатель, вращатель труб с приводом вращения ствола вертлюга, элеватор. В этом устройстве имеются верхняя и нижняя повдески, жестко соединенные между собой посредством направляющих скалок, на которых с возможностью независимого вертикального перемещения установлен трубопровод, вращатель труб с приводом вращения ствола вертлюга и вертлюг, который, в свою очередь, установлен с возможностью горизонтального перемещения относительно оси устройства. Элеватор известного устройства шарнирно связан с нижней подвеской и выполнен со сменными опорными стаканами, клиньями удержания, сопряженными посредством рычагов с упорным кольцом, опирающимся на штоки гидроцилиндров, встроенных в корпус элеватора [2]
Недостатком данного устройства, выбранного в качестве прототипа, является применение трубодержателя, вращателя труб и элеватора замкнутого типа, в результате чего из-за наличия замкнутого кольцевого пространства увеличивается высота разъема колонны бурильных труб относительно подвышечного основания, что приводит к невозможности резьбовых соединений машинным ключом и увеличивает высоту подсвечников относительно буровой площадки.A device for drilling wells is known, comprising a sub-base with a wedge support mechanism for the drill string, a tower, a tackle suspension, a swivel with a sub, a pipe holder, a pipe rotator with a swivel shaft rotation drive, an elevator. This device has upper and lower hangers, rigidly interconnected by means of guide rolling pins, on which a pipeline is installed with the possibility of independent vertical movement, a pipe rotator with a swivel barrel rotation drive and a swivel, which, in turn, is mounted with the possibility of horizontal movement relative to the axis devices. The elevator of the known device is pivotally connected to the lower suspension and is made with removable support cups, retention wedges, conjugated by levers with a thrust ring resting on the rods of hydraulic cylinders integrated in the elevator housing [2]
The disadvantage of this device, selected as a prototype, is the use of a pipe holder, pipe rotator and elevator of a closed type, as a result of which the presence of a closed annular space increases the height of the connector of the drill pipe string relative to the sub-base, which leads to the impossibility of threaded connections with a machine wrench and increases the height of the candlesticks relative to the drilling site.

Другим недостатком прототипа является применение дистанционно управляемого элеватора для перехвата верхнего конца свечи (двух-, трех-, четырех трубки), на которые разбивается в процессе проведения спуско-подъемных операций колонна бурильных труб. Для пропуска промежуточного замкнутого соединения бурильной свечи необходимо вести подъем и спуск устройства в управляемом режиме работы элеватора, при этом отсутствует возможность контроля этих операций, что может привести к аварии ("полету" колонны бурильных труб) и, в конечном результате, к потере скважины. Another disadvantage of the prototype is the use of a remotely controlled elevator to intercept the upper end of the plug (two, three, four tubes), into which the drill pipe string is broken during tripping. To skip the intermediate closed connection of the drill plug, it is necessary to raise and lower the device in the controlled operation of the elevator, while there is no possibility to control these operations, which can lead to an accident ("flight" of the drill pipe string) and, ultimately, to loss of the well.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в использовании преимуществ комплекса механизмов автомата спуска-подъема свечей в полном объеме, то есть в сокращении времени спуска-подъема инструмента за счет совмещения по времени операций свинчивания-развинчивания замков труб с перемещением ненагруженного талевого блока в совокупности с верхним приводом вращения колонны бурильных труб, а также в исключении замкнутых кольцевых пространств над разъемом бурильных труб, обеспечении автоматического перехвата верхнего конца бурильной свечи, пропуске промежуточного замкового соединения без подхвата колонны под него, исключении без подхвата колонны под него, исключении раскачивания нижнего конца свечи. The problem to which the claimed technical solution is directed is to take full advantage of the complex of mechanisms for the automatic machine for lowering and raising candles, that is, to reduce the time for lowering and lifting the tool by combining the time of screwing-unscrewing of pipe locks and moving an unloaded hoist block in conjunction with the top drive of rotation of the drill pipe string, as well as the exclusion of closed annular spaces above the drill pipe connector, ensuring automatic rehvata upper end of the drill candles, skipping intermediate tool joint without picking column under it, without exclusion of the pick-up columns beneath it, the lower end of the rocking exclusion candles.

Для решения этой задачи заявляемая буровая установка содержит устройство для перехвата верхнего конца бурильной свечи, выполненное в виде балки с кареткой, смонтированной в направляющей балке верхнеприводного силового вертлюга и кинематически связанной с его кареткой, на балке установлена фиксирующая головка, имеющая центральное отверстие в виде двух конусов, обращенных друг к другу меньшими основаниями, соединенными цилиндрическим пояском, и подпружиненные кулачки одностороннего действия, а талевый блок снабжен центрирующим устройством. To solve this problem, the inventive drilling rig contains a device for intercepting the upper end of the drill plug, made in the form of a beam with a carriage mounted in the guide beam of the upper drive power swivel and kinematically connected with its carriage, a fixing head is installed on the beam, which has a central hole in the form of two cones , facing each other with smaller bases connected by a cylindrical girdle, and spring-loaded cams of unilateral action, and the tackle block is equipped with a centering device stvom.

На фиг. 1 показан общий вид буровой установки; на фиг. 2 узел I на фиг. 1; на фиг. 3 узел II на фиг. 2, на фиг. 4 разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 5 вид Б на фиг. 2; на фиг. 6 разрез В-В на фиг. 5. In FIG. 1 shows a general view of a drilling rig; in FIG. 2 node I in FIG. one; in FIG. 3 node II in FIG. 2, in FIG. 4, section AA in FIG. 2; in FIG. 5 view B in FIG. 2; in FIG. 6 a section BB in FIG. 5.

Установка содержит буровую вышку 1, на которой расположен кронблок 2, талевый блок 3 с кареткой 4, установленной в направляющей балке 5. На подвышечном основании 6 расположен автоматический буровой ключ 7, подсвечник 8 и механизм подъема свечи 9. Установка снабжена магазином 10, механизмом расстановки свечей 11, на стреле 12 которого установлен механизм захвата свечи 13. Подвижный центратор 14 с кареткой 15 смонтирован в направляющей балке 5, которая через амортизационные канаты 16 соединена с амортизатором 17. Верхнеприводной силовой вертлюг 18 размещен в направляющей каретке 19 и соединен с разрезным элеватором 20. Устройство перехвата свечи 21 состоит из смонтированной на направляющей балке 5 фиксирующей головки 22, имеющей центральное отверстие в виде двух конусов 23, обращенных друг к другу меньшими основаниями, соединенными цилиндрическим пояском и подпружиненными кулачками одностороннего действия 24, и каретки 25, установленном в направляющей балке 5 и связанной с кареткой верхнеприводного силового вертлюга связью 26. В нижней части талевого блока 3 для дополнительной фиксации от раскачивания свечи установлено центрирующее устройство 27, выполненное в виде воронки 28 с открывающимися подпружиненными створками 29 посредством силового цилиндра 30. Для соединения с колонной бурильных труб верхнеприводной вертлюг снабжен стволом 31 и системой отвода от оси скважины 32. The installation comprises a drilling tower 1, on which the crown block 2 is located, a traveling block 3 with a carriage 4 installed in the guide beam 5. An automatic drill key 7, a candlestick 8 and a candle lifting mechanism 9 are located on the suspension base 6. The installation is equipped with a magazine 10, an arrangement mechanism candles 11, on the boom 12 of which the mechanism for gripping the candle is installed 13. The movable centralizer 14 with the carriage 15 is mounted in the guide beam 5, which is connected through the shock-absorbing ropes 16 to the shock absorber 17. The top-drive power swivel 18 is placed n in the guide carriage 19 and is connected to the split elevator 20. The candle pickup device 21 consists of a fixing head 22 mounted on the guide beam 5, having a central hole in the form of two cones 23 facing each other with smaller bases connected by a cylindrical girdle and spring-loaded cams of one-sided actions 24, and the carriage 25 installed in the guide beam 5 and connected to the carriage of the upper drive power swivel by a link 26. In the lower part of the tackle block 3 for additional fixation from the rask To drill the candle, a centering device 27 is installed, made in the form of a funnel 28 with spring-loaded valves 29 opening by means of a power cylinder 30. To connect to the drill pipe string, the top-drive swivel is equipped with a barrel 31 and a system for diverting from the well axis 32.

Буровая установка работает следующим образом. The drilling rig operates as follows.

При бурении скважины ствол 31 силового вертлюга 18 соединен с верхним концом колонны бурильных труб, благодаря чему поддерживается циркуляция бурового раствора для выноса разрушенной породы на устье. После износа породоразрушающего инструмента необходимо произвести его смену, для чего колонну бурильных труб поднимают из скважины и разбирают на отдельные фрагменты свечи, которые в процессе подъема устанавливают на подсвечники 8. Если подъем и спуск бурильных труб производится в зоне осложнений или скважина подвержена осложнениям постоянно, то подъем или спуск колонны производится с ее вращением и одновременно с промывкой скважины буровым раствором, при этом подъем или спуск колонны производится стволом вертлюга, то есть нагрузка от массы колонны бурильных труб на талевую систему передается через ствол верхнеприводного силового вертлюга. When drilling a well, the shaft 31 of the power swivel 18 is connected to the upper end of the drill pipe string, which maintains the circulation of drilling fluid to carry the destroyed rock to the mouth. After wear of the rock cutting tool, it is necessary to change it, for which the drill pipe string is lifted from the well and dismantled into individual candle fragments, which are installed on the candle holders during the lifting process 8. If the drill pipe is raised and lowered in the complication zone or the well is constantly subject to complications, then the column is raised or lowered with its rotation and at the same time as the well is flushed with drilling fluid, while the column is raised or lowered with the swivel barrel, i.e. the mass of the drill pipe string to the tackle system is transmitted through the trunk of the overhead power swivel.

После бурения скважины колонну труб поднимают вверх на стволе вертлюга 31 на высоту, равную длине свечи так, чтобы нижний замок колонны остановился в зоне челюстей автоматического бурового ключа 7. Колонна останавливается, и нагрузка от ее массы передается на подвышечное основание. При подъеме силового вертлюга 18 вверх поднимается устройство захвата свечи 21, пропускающее промежуточные замковые соединения свечи. Талевый блок 3 с закрытым центрирующим устройством 27 поднимает подвижный центратор 14, подхватывает его под каретку 15. Силовой вертлюг 18 своим ключом раскрепляет ствол вертлюга 31 от колонны бурильных труб и двигателем отворачивает его от верхнего конца бурильных труб, после чего системой отвода 32 отводится от оси скважины, освобождая ее ось. Талевый блок 3 спускает подвижные части (поз. 14, 15, 18, 19, 20, 21) вниз, при этом устройство 21 фиксирует свечу при спуске, пропуская промежуточные замковые соединения. При дальнейшем спуске талевый блок опускает подвижный центратор 14 на опоры амортизационных канатов 16, а центрирующее устройство 27 фиксирует верхний конец колонны бурильных труб от выпадания. Как только силовой вертлюг начинает спуск вниз в отведенном от оси скважины положении, автоматический буровой ключ 7 отворачивает свечу от колонны. Механизм расстановки свечей 11 подводит механизм захвата свечи к полностью отвернутой свече и после упора в нее захватывает ее. Центрирующее устройство 27 закрывает проход в воронке 28 створками 29. Механизм расстановки свечей 11 переносит свечу на подсвечник 8, а механизм подъема свечи 9 устанавливает ее на настил подсвечника, после чего механизм расстановки свечей переносит механизм захвата свечи 13 к оси центра скважины. Затем цикл повторяется. After drilling a well, the pipe string is lifted upward on the swivel barrel 31 to a height equal to the length of the candle so that the bottom lock of the column stops in the jaw area of the automatic drill key 7. The column stops and the load from its mass is transferred to the sub-base. When lifting the power swivel 18, the device for gripping the candle 21 rises, passing the intermediate castle joints of the candle. The tackle block 3 with the closed centering device 27 raises the movable centralizer 14, picks it up under the carriage 15. The power swivel 18 unfastens the swivel shaft 31 with the key from the drill pipe string and turns it away from the upper end of the drill pipe by the engine, after which it is diverted from the axis 32 wells, freeing its axis. The tackle block 3 lowers the moving parts (pos. 14, 15, 18, 19, 20, 21) downward, while the device 21 fixes the candle during the descent, skipping the intermediate lock joints. With further descent, the tackle block lowers the movable centralizer 14 onto the supports of the shock-absorbing ropes 16, and the centering device 27 fixes the upper end of the drill string from falling out. As soon as the power swivel begins to descend in the position allotted from the axis of the well, the automatic drill key 7 turns the candle away from the column. The arrangement of the candles 11 brings the mechanism for capturing the candle to a completely unfolded candle and, after stopping, captures it. The centering device 27 closes the passage in the funnel 28 with leaves 29. The arrangement of candles 11 transfers the candle to the candlestick 8, and the mechanism for lifting the candle 9 installs it on the floor of the candlestick, after which the arrangement of candles transfers the candle gripping mechanism 13 to the axis of the center of the well. Then the cycle repeats.

Если спуско-подъемные операции производятся с пластов, не подверженных осложнениям, то цикл производится аналогично вышеописанному, но подъем осуществляется не стволом вертлюга, а разрезным элеватором. If hoisting operations are carried out from formations that are not prone to complications, then the cycle is carried out similarly to the above, but the lifting is carried out not by the swivel barrel, but by a split elevator.

Спуск колонны производится следующим образом. The descent of the column is as follows.

Створки 29 воронки 28 центрирующего устройства 27 талевого блока 3 на протяжении всего процесса находятся в открытом положении. Верхнеприводной силовой вертлюг 18 отворачивает ствол 31 от колонны бурильных труб, а система 32 отводит его от оси центра скважины в сторону направляющей балки 5. Устройство перехвата свечи 21 приподнимается вверх и устанавливается фиксирующей головкой 22 на верхний конец колонны бурильных труб, при этом подпружиненные кулачки 24 находятся в исходном положении, то есть перекрывают путь свече. Механизм захвата свечи 13 захватывает свечу, стоящую на подсвечнике 8, а механизм расстановки свечей 11 переносит ее на ось центра скважины. Верхний конец свечи заносится в центрирующую головку подвижного центратора 14, а нижний конец в фиксирующую головку 22 устройства 21. Подпружиненные фиксаторы 24 перекрывают выход свече из фиксирующей головки 22. Механизм подъема свечи 9 опускает свечу вниз, нижний конец свечи центрируется конусными поверхностями 23 и устанавливается в муфту выступающего из ротора верхнего конца бурильной трубы. Механизм расстановки свечей 11 переносит механизм захвата свечи 13 к очередной свече, стоящей на подсвечнике. Талевый блок 3 поднимает подвижные части (поз. 14, 15, 18, 19, 20, 21) вверх, при этом устройство перехвата свечи 21 фиксирует свечу, пропуская при ее подъеме промежуточные соединения. Автоматический буровой ключ 7 за время подъема талевого блока 3 свинчивает свечу с колонной бурильных труб. Талевый блок поднимает силовой вертлюг вверх до уровня верхнего конца свечи, после чего силовой вертлюг системой отвода 32 возвращается на ось центра скважины до совмещения ствола 31 с верхним концом свечи. Ствол 31 свинчивается с колонной и после восстановления циркуляции раствора в скважине, вращая ствол, талевый блок опускает колонну в скважину. Если спуско-подъемные операции производятся не с пласта, подверженного осложнениям, то цикл производится аналогично описанному, при этом спуск колонны осуществляется не стволом вертлюга, а разным элеватором. The flaps 29 of the funnel 28 of the centering device 27 of the traveling block 3 are in the open position throughout the process. The top-drive power swivel 18 turns the barrel 31 away from the drill pipe string, and the system 32 takes it away from the axis of the well center towards the guide beam 5. The candle pickup device 21 is lifted up and mounted by the fixing head 22 on the upper end of the drill pipe string, while the spring-loaded cams 24 are in the starting position, that is, they block the path of the candle. The gripping mechanism of the candle 13 captures the candle, standing on the candlestick 8, and the arrangement of the candles 11 transfers it to the axis of the center of the well. The upper end of the candle is entered into the centering head of the movable centralizer 14, and the lower end into the fixing head 22 of the device 21. The spring-loaded clamps 24 block the exit of the candle from the fixing head 22. The mechanism for lifting the candle 9 lowers the candle down, the lower end of the candle is centered by the conical surfaces 23 and is installed in a sleeve protruding from the rotor of the upper end of the drill pipe. The arrangement of the candles 11 transfers the gripping mechanism of the candles 13 to the next candle standing on the candlestick. The tackle block 3 lifts the movable parts (pos. 14, 15, 18, 19, 20, 21) upwards, while the device for intercepting the candle 21 fixes the candle, passing intermediate connections when lifting it. The automatic drill key 7 during the lifting of the tackle block 3 makes a candle with a drill pipe string. The tackle block raises the power swivel up to the level of the upper end of the candle, after which the power swivel by the retraction system 32 returns to the axis of the center of the well before aligning the barrel 31 with the upper end of the candle. The barrel 31 is screwed with the column and after the restoration of the circulation of the solution in the well, rotating the barrel, the tackle block lowers the column into the well. If the hoisting operations are carried out not from the reservoir, which is subject to complications, then the cycle is performed as described, while the descent of the column is carried out not by the swivel barrel, but by a different elevator.

Затем цикл повторяется. Then the cycle repeats.

Применение верхнеприводного силового вертлюга при проведении спуско-подъемных операций позволяет производить вращение колонны бурильных труб с одновременной промывкой скважины. Сокращение времени спуско-подъемных операций достигается применением комплекса автомата спуска-подъема в совокупности с верхним приводом вращения колонны бурильных труб, то есть совместить операции спуска-подъема ненагруженного элеватора со свинчиванием свечи с колонной бурильных труб, при этом снижается количество прихватов, затяжек, обвалов стенок скважины. The use of a top-drive power swivel during hoisting operations allows rotation of the drill pipe string while flushing the well. Reducing the time of tripping is achieved by using the complex of a launching and lifting machine in conjunction with the top drive of rotation of the drill string, that is, combining the lowering and lifting operations of an unloaded elevator with screwing a candle with a drill pipe string, while reducing the number of tacks, tightenings, wall collapses wells.

Claims

Буровая установка, содержащая вышку, подвышечное основание, талевый блок с разнесенными секциями шкивов, верхнеприводной силовой вертлюг с направляющей кареткой и устройством для отвода вертлюга от оси центра скважины, направляющую балку и комплекс механизмов спуска-подъема свечи, отличающаяся тем, что в нее включено устройство для перехвата верхнего конца бурильной свечи, выполненное в виде балки с кареткой, смонтированной в направляющей верхнеприводного силового вертлюга и кинематически связанной с его кареткой, на балке установлена фиксирующая головка, имеющая центральное отверстие в виде двух конусов, обращенных друг к другу меньшими основаниями, соединенными цилиндрическим поясом, и подпружиненные кулачки одностороннего действия, а талевый блок снабжен центрирующим устройством. A drilling rig comprising a derrick, a sub-base, a tackle block with spaced pulley sections, a top-drive power swivel with a guide carriage and a device for diverting the swivel from the center axis of the well, a guide beam and a set of candle lowering and lifting mechanisms, characterized in that the device is included in it for intercepting the upper end of the drill plug, made in the form of a beam with a carriage mounted in the guide of the upper drive power swivel and kinematically connected with its carriage, is installed on the beam and a locking head having a central hole in the form of two cones facing each other with smaller bases connected by a cylindrical belt, and spring-loaded cams of single-acting, and the tackle block is equipped with a centering device.