способ и устройство для бурения вспомогательных шурфов

Формула изобретения

1. Способ бурения вспомогательного шурфа, применяемого в операциях бурения ствола скважины, содержащий следующие этапы: установку на буровом полу (8) буровой установки (R) блока (10) с приводом для шнекового бурения, содержащего привод (50) с ротором (51), опорную конструкцию (20) для привода (50), перемещающегося относительно опорной конструкции (20), и нижний трос (60, 11), соединение шнекового бура (16) с ротором (51), вращение шнекового бура (16) и выбирание нижнего троса для опускания привода (50) относительно опорной конструкции для способствования бурению вспомогательного шурфа.

2. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап соединения опорной конструкции с буровым полом.

3. Способ по п.1, использующий опорную конструкцию (20), содержащую рамные элементы (25а, 25b, 25с) для образования рамы.

4. Способ по п.1, использующий привод (50), установленный на или в салазках (40), и дополнительно содержащий этап подъема и опускания привода на или в салазках (40).

5. Способ по п.1, использующий опорную конструкцию, содержащую, по меньшей мере, одну направляющую (32) для перемещения по ней привода (50), и содержащий этап перемещения привода по направляющей (32) при подъеме и опускании привода (50).

6. Способ по п.5, использующий салазки (40), включающие элементы (42), и содержащий этап обеспечения элементами (42) перемещения салазок по, по меньшей мере, одной направляющей (32) и предотвращения горизонтального перемещения.

7. Способ по п.5, дополнительно содержащий этап установки, по меньшей мере, одной направляющей (32) под углом относительно опорной конструкции (20).

8. Способ по п.7, использующий, по меньшей мере, одну направляющую (32), имеющую нижний конец, установленный в поворотном шарнире (29), и верхний конец с перемещающимся соединительным устройством (38h), при этом этап установки, по меньшей мере, одной направляющей (32) под углом относительно опорной конструкции (20) осуществляется перемещением, по меньшей мере, одной направляющей (32) в шарнире (29) и соединением ее верхнего конца с опорной конструкцией (20).

9. Способ по п.7 или 8, в котором угол установки направляющей относительно опорной конструкции составляет 0, 4,75 или 7° относительно вертикали.

10. Способ по п.5 или 6, использующий, по меньшей мере, одну направляющую (32), дополнительно содержащую направляющее средство (80) для направления троса (70, 12) для подъема и опускания привода (50).

11. Способ по любому из пп.1-6, использующий верхний трос (70, 12) и содержащий этап выбирания троса для подъема привода (50) относительно опорной конструкции (20).

12. Способ по п.11, использующий лебедку (2а) для вытравливания и выбирания верхнего троса (70, 12).

13. Способ по п.11, использующий направляющее устройство (7а), расположенное на вышке (6) буровой установки (R), и содержащий этапы направления верхнего троса (70, 12) направляющим устройством (7а) на вышке.

14. Способ по одному из пп.1-6, использующий лебедку (2b) для выбирания и вытравливания нижнего троса (60, 11).

15. Способ по одному из пп.1-6, использующий направляющее приспособление (26) для направления нижнего троса (60, 11).

16. Способ по одному из пп.1-6, использующий направляющее устройство (7а), расположенное на вышке (6) буровой установки (R), и содержащий этап направления нижнего троса (60, 11) направляющим устройством (7а).

17. Способ по одному из пп.1-6, использующий буровую установку с буровым полом, имеющим, по меньшей мере, одно отверстие (W, М, R), и содержащий этап перемещения блока с приводом для шнекового бурения над, по меньшей мере, одним отверстием (W, М, R) и соединение конструкции с фиксирующим устройством на или в буровом полу (8) над, по меньшей мере, одним отверстием (W, М, R).

18. Способ по одному из пп.1-6, в котором вспомогательный шурф является направляющим шурфом или шурфом под квадрат, или шурфом для наращивания труб.

19. Способ по одному из пп.1-6, дополнительно содержащий следующий за бурением вглубь земли шнековым буром (16) этап подъема приводного устройства для наращивания бурильной штанги (14) между шнековым буром (16) и ротором (51) для дополнительного бурения вглубь земли.

20. Способ по одному из пп.1-6, дополнительно содержащий этап снятия блока с приводом для шнекового бурения с буровой установки после выполнения вспомогательного шурфа.

21. Буровая установка, содержащая вышку (6) с основанием на буровом полу, покрывающим, по меньшей мере, часть бурового пола (8), имеющего отверстие по центру скважины и, по меньшей мере, одно дополнительное отверстие, разнесенное с центром скважины, и блок (10) с приводом для шнекового бурения вспомогательного шурфа, применяемого в операциях бурения ствола скважины, установленный с возможностью перемещения на участке указанной части бурового пола (8) и способный перемещаться от отверстия над центром скважины к, по меньшей мере, одному дополнительному отверстию, и содержащий привод (50) с ротором (51) и опорную конструкцию (20) для привода (50), способного перемещаться относительно опорной конструкции (20), нижний трос (60, 11) и шнековый бур (16), соединенный с ротором (51) для его вращения для бурения вспомогательного шурфа, при этом нижний трос способен выбираться для перемещения привода (50) относительно опорной конструкции для способствования бурению вспомогательного шурфа.

22. Буровая установка по п.21, в которой привод (50) способен перемещаться в, по существу, опорной конструкции (20) в вертикальной плоскости относительно опорной конструкции.

23. Буровая установка по п.21, в которой опорная конструкция содержит, по меньшей мере, одну направляющую (32) для перемещения по ней привода (50) на или в салазках (40).

24. Буровая установка по п.23, в которой по меньшей мере, одна направляющая (32) установлена под углом относительно опорной конструкции (20).

25. Буровая установка по п.24, в которой, по меньшей мере, одна направляющая (32) имеет нижний конец, установленный в поворотном шарнире (29), и верхний конец с перемещающимся соединительным устройством (38h).

26. Буровая установка по п.24, в которой угол установки направляющей относительно опорной конструкции составляет 0, 4,75 или 7° относительно вертикали.

27. Шнековый бурильный блок буровой установки по одному из пп.21-26.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу и устройству для бурения вспомогательных шурфов, таких как шурфы направления, шурфы под квадрат и шурфы для наращивания труб. В существующем уровне техники описаны различные способы и системы для операций бурения, например, и не в качестве ограничения, описанные в Патентах США 2810550; 3340938; 3719238; 3807109; 3922825; 3942593; 4269395; 4290495; 4368602; 4421179; 4442904; 4489526; 4569168; 4809788; 4837992; 4875530; 5038871; 5199507; 5351767; 5468121; 5544978; 6209851; 6634436; 6523319 и ссылках, приведенных в данных патентах, все данные патенты полностью включены в данный документ посредством ссылки. Выполнение вспомогательных шурфов, таких как шурфы направления, шурфы под квадрат и шурфы для наращивания труб, и использование таких шурфов является обычным в операциях бурения. На фиг.1 показана известная бурильная система.

В бурении, до бурения основного ствола скважины бурят вспомогательные шурфы, такие как шурф направления, шурф под квадрат или шурф для наращивания труб, вблизи местоположения основного ствола скважины. Шурф, представляющий собой ствол большого диаметра, обсаженный трубой, также называемый начальной скважиной, имеет глубину от десятков футов до нескольких сотен футов, в зависимости от геологии на месте работ. Шурф для наращивания труб является неглубоким стволом сбоку под буровым полом, обычно обсаженный трубой, в который на время помещают звенья бурильной трубы. Шурф под квадрат можно использовать для хранения ведущей бурильной трубы, он состоит из проема в буровом полу, оснащенного отрезком обсадной трубы, имеющей внутренний диаметр, превышающий диаметр ведущей бурильной трубы, но меньше диаметра корпуса верхнего клапана ведущей бурильной трубы, так что ведущую бурильную трубу можно спускать в шурф под квадрат до опирания верхнего клапана ведущей бурильной трубы на отрезок обсадной трубы.

Обычно, вспомогательный шурф бурят относительно небольшой передвижной буровой установкой, а не буровой системой, которую должны использовать для бурения основного ствола скважины. После бурения вспомогательного шурфа передвижную буровую установку удаляют. С использованием таких буровых установок связаны различные проблемы, часто включающие в себя трудности транспортировки таких буровых установок на удаленные площадки, где подлежит бурению основной ствол скважины. Часто, если бурильщики вспомогательного шурфа отсутствуют или не могут попасть на буровую площадку, некоторые бурильщики используют ведущую бурильную трубу для бурения данных шурфов. Использование ведущей бурильной трубы для бурения данных шурфов может являться опасным для персонала, поскольку рабочим приходится передвигать ведущую бурильную трубу вручную или лебедками к данным шурфам, и сопротивление и вес данного оборудования может создавать трудности для поддержания точного угла бурения. Это может приводить к неточному угловому положению данных шурфов, что нежелательно. Направление бурения вспомогательного шурфа с помощью ведущей бурильной трубы может являться чрезвычайно трудным. Буровое долото может перемещаться в любом направлении, и точность может теряться. Также для бурения ведущей бурильной трубой должна функционировать система циркуляции бурового раствора буровой установки.

В патенте США 3719238 описана компактная, мобильная передвижная установка роторного бурения, обеспечивающая использование трубы длиной, немного меньшей высоты вышки. Буровая установка имеет силовой вертлюг или бурильную головку, соединяющиеся с бурильной трубой, при этом вертлюг может опускаться устройством с гидроцилиндром и поршнем, причем цилиндр имеет длину, составляющую половину расстояния, на которое опускается вертлюг, и цилиндр сконструирован так, что шланги соединены напрямую с цилиндром. Гидравлический цилиндр передает натяжение на тросы, выполняющие операцию спуска. Предусмотрено размещение настоящей компактной, мобильной установки роторного бурения, включающей в себя вышку, на транспортном средстве, заключенной в теплоизолированном укрытии типа фургона. В некоторых аспектах такая передвижная буровая установка имеет основание, основной двигатель, установленный на основании, выступающую вверх вышку, смонтированную на основании, вертлюг с гидроприводом, установленный на вышке с продольным перемещением и с направлением по вышке, буровой насос с приводом от основного двигателя, шток поршня с двумя полыми участками, установленными продольно в вышке и с гидравлической блокировкой между полыми участками, гидроцилиндр, установленный на полом штоке поршня и продольно перемещающийся относительно него, сальники, уплотняющие цилиндр относительно полого штока поршня, поршень, установленный на шток поршня на длине гидроцилиндра, шкивы троса, установленные на каждом конце гидроцилиндра, дополнительные шкивы троса, установленные вблизи каждого конца вышки, по меньшей мере, два троса, соединенные с вертлюгом с гидроприводом и проходящие в противоположных направлениях по шкивам на каждом конце вышки и по шкивам на каждом конце цилиндра, с частью троса с ограничением существенного перемещения на каждом конце вышки, управляющее давлением устройство для направления текучей среды под давлением в цилиндр через одну часть полого штока поршня на одном его конце с одной стороны поршня и направления текучей среды под давлением из гидроцилиндра на другом конце поршня и с другой стороны блокировки в полом штоке поршня в другую часть полого штока поршня для перемещения цилиндра относительно поршня давлением текучей среды для перемещения вертлюга продольно по вышке посредством тросов, соединенных с ним.

В патенте США 4421179 раскрыто устройство бурения скважины, включающее в себя бурильный блок с приводом, соединяющийся с верхним концом бурильной колонны и выполненный с возможностью вращения колонны для бурения скважины, и проходящую вертикально направляющую конструкцию, по которой бурильный блок перемещается вдоль оси скважины, с частью направляющей конструкции, установленной для отклонения между положением бурения, в котором бурильный блок выставлен по оси скважины, и незначительно отклоненным положением, в котором направляющая конструкция направляет бурильный блок для перемещения по наклонной оси шурфа для наращивания труб, и с бурильным блоком, также предпочтительно установленным для перемещения в боковое убранное положение сбоку скважины, в котором он оставляет ось скважины свободной для использования обычного грузоподъемного оборудования для совершения рейса бурильной колонны из скважины и затем обратно в скважину. В одном аспекте такое устройство бурения скважины включает в себя вышку или вышечный блок, бурильный блок, включающий в себя элемент, выполненный с возможностью соединения с концом бурильной колонны для вращения с ней вокруг оси колонны, и двигатель, функционирующий с вращением элемента и соединенной с ним колонны вокруг оси, пару удлиненных первых направляющих, пару укороченных вторых направляющих, образующих нижние удлинители первых направляющих, тележку, несущую бурильный блок и соединяющуюся с направляющими для перемещения по ним между верхним положением направляющего контакта с первыми направляющими и нижним положением направляющего контакта со вторыми направляющими, средство поворотного соединения, устанавливающее первые направляющие вблизи их верхних концов для качающегося перемещения первых направляющих и вторых направляющих, и тележки и бурильного блока, который она несет, относительно вышки или вышечного блока между положениями бурения, в котором тележка и бурильный блок направляются по первой и второй направляющим для перемещения по оси бурильной колонны и к наклонным положениям, в которых первые и вторые направляющие проходят под углом к оси и направляют тележку и бурильный блок для перемещения по наклонному пути под углом к оси для доступа в шурф для наращивания труб, соединение, устанавливающее, по меньшей мере, одну из вторых направляющих на соответствующей одной из первых направляющих для их перемещения между положением бурения и наклонными положениями и для качающегося перемещения с тележкой и бурильным блоком для перемещения бурильного блока из рабочего положения, совмещенного с осью, в убранное положение сбоку от оси.

В патенте США 5038871 описано буровое оборудование, включающее в себя устройство для бокового перемещения бурильного блока с индивидуальным приводом в положение, смещенное от осевой линии скважины. Буровое оборудование включает в себя талевый блок, подвешенный для вертикального перемещения в вышечном блоке во время бурения скважины, бурильный блок с индивидуальным приводом, подвешенный на талевом блоке, средство направления бурильного блока во время бурения и устройство, соединенное с вышечным блоком, для перемещения бурильного блока вбок относительно оси скважины в сдвинутое положение. Бурильный блок включает в себя бурильный двигатель и ведущую муфту для резьбового соединения бурильного двигателя с бурильной колонной в скважине. Направляющее средство включает в себя первую пару направляющих, соединенных с вышечным блоком и проходящих параллельно оси скважины. Устройство включает в себя вторую пару направляющих и опорное средство бурильного блока. Вторая пара направляющих устанавливается ниже и по оси с первой парой направляющих, когда опорное средство находится в смещенном положении. В одном аспекте такое оборудование включает в себя средство подвески оборудования для вертикального перемещения в вышечном блоке, силовой вертлюг, подвешиваемый на средстве подвески, включающий в себя бурильный двигатель для вращения бурильной колонны в скважине, средство для направления силового вертлюга во время перемещения, направляющее средство, включающее в себя первую пару направляющих, соединенных с вышечным блоком и проходящих параллельно оси скважины, и устройство, соединенное с вышечным блоком для перемещения силового вертлюга вбок относительно оси скважины в смещенное положение и включающее в себя вторую пару направляющих, и опорное средство силового вертлюга, вторую пару направляющих, установленную ниже и по оси с первыми направляющими, когда несущее средство находится в смещенном положении, при этом средство подвески может проходить по всей длине первой и второй пар направляющих, когда несущее средство находится в смещенном положении.

В патенте США 5544978 описан станок для одновременного бурения шнековым буром и установки анкера в землю для последующего прикрепления столба линий связи и электропередач или дорожного знака. Для установочного станка используют транспортное средство с гидравлической системой управления, в которой рельсовый путь перемещается в положение установки и стопорится на месте. Лебедка и система гидравлических поршней должна поднимать и опускать шнек и установочное устройство в необходимое положение. Когда анкер прикреплен к низу платформы, шнековый бур используют для выбуривания грунта и других материалов для введения анкера в землю. Процесс установки осуществляется устройством пошагового перемещения, содержащимся в платформе. Ряд гидравлических поршней вводит анкер в землю на полный ход, при этом платформа повторно-пошагово перемещается для полного введения анкера. Также можно использовать закрепляющее устройство для стабилизации транспортного средства во время операции установки анкера. После завершения процесса установки платформу отсоединяют от анкера и поднимают в исходное положение. Рельсовый путь затем ставят на грузовик с платформой, и транспортное средство можно затем отправлять к следующему необходимому месту работы для погружения анкера. В одном аспекте описан комбинированный станок шнекового бурения и установки для введения анкеров в грунт, имеющий рельсовый путь для установки, поддерживаемый в неподвижном положении и имеющий верхнюю часть, пару разнесенных швеллерных элементов, соединенных множеством поперечных элементов, при этом каждый швеллерный элемент имеет множество отверстий под фиксаторы, платформу, перемещающуюся по рельсовому пути и имеющую компоновку фиксаторов, размещенных в швеллерных элементах, имеющую компоновку поршней для избирательного сцепления множества фиксаторов, размещенных в отверстиях, платформа имеет стенку, при этом стенка платформы и компоновка фиксаторов соединены с возможностью скольжения множеством поршней, стенка платформы приспособлена для размещения анкера с осевым проходным каналом, и шнековый бур, опирающийся на платформу и проходящий через осевой проходной канал, когда анкер принимается платформой, причем множество поршней перемещает платформу с прикрепленным анкером и шнековым буром, когда множество фиксаторов размещено в отверстиях для их приема.

Согласно настоящему изобретению создан способ бурения вспомогательного шурфа для применения в операциях бурения ствола скважины, содержащий этапы установки на буровом полу буровой установки блока с приводом для шнекового бурения, содержащего привод с ротором и опорную конструкцию для привода, перемещающегося в, по существу, вертикальной плоскости относительно опорной конструкции, соединение шнекового бура с ротором и вращение шнекового бура для бурения вспомогательного шурфа. Предпочтительно, блок с приводом для шнекового бурения установлен над буровым полом. Предпочтительно, шнековый бур соединен непосредственно с ротором или через удлинительный элемент, которым может являться бурильная труба или т.п.

Предпочтительно способ дополнительно содержит этап соединения опорной конструкции с буровым полом. Предпочтительно, опорная конструкция соединяется с буровым полом конструкцией с проушинами и пальцами. Предпочтительно, буровая установка имеет вышку, и блок с приводом для шнекового бурения расположен в основании вышки на буровом полу. Предпочтительно, конструкция содержит рамные элементы, образующие раму.

Предпочтительно, опорная конструкция содержит, по меньшей мере, одну направляющую для перемещения привода, и способ дополнительно содержит этап перемещения привода по направляющей для подъема и опускания привода. Предпочтительно, привод установлен на салазках или в них, и способ дополнительно содержит этап подъема и спуска привода на салазках или в салазках. Предпочтительно, салазки содержат элементы, обеспечивающие их перемещение, и способ содержит этап обеспечения элементами перемещения салазок, по меньшей мере, по одной направляющей и предотвращения горизонтального перемещения. Предпочтительно, элементы являются втулками. Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап установки, по меньшей мере, одной направляющей под углом относительно опорной конструкции. Предпочтительно, по меньшей мере, одна направляющая имеет нижний конец, установленный в поворотном шарнире, и верхний конец, имеющий перемещающееся соединительное устройство, при этом этап установки, по меньшей мере, одной направляющей под углом выполняют поворотом, по меньшей мере, одной направляющей в шарнире и соединением верхнего конца, по меньшей мере, одной направляющей с конструкцией. Предпочтительно, по меньшей мере, одна направляющая дополнительно содержит направляющее устройство для направления троса для подъема и опускания привода, что обеспечивает возможность бурения вспомогательного шурфа под необходимым углом к буровому полу. Для приспособления к неровностям грунта, на котором размещена буровая установка, блок с приводом для шнекового бурения поднимают или опускают, и/или его угол относительно буровой установки и земли регулируют.

Предпочтительно использование верхнего троса, и способ содержит этап выбирания верхнего троса для подъема привода относительно опорной конструкции. Предпочтительно, используется лебедка выбирания и вытравливания верхнего троса. Предпочтительно, используется направляющее устройство на вышке буровой установки, способ дополнительно содержит этап направления верхнего троса направляющим устройством на вышке.

Предпочтительно использование нижнего троса, и способ содержит этап выбирания нижнего троса для опускания привода относительно опорной конструкции. Предпочтительно, этап выбирания нижнего троса способствует бурению вспомогательного шурфа, поскольку вес привода может создавать недостаточное усилие для эффективного бурения вспомогательного шурфа. Предпочтительно использование лебедки для выбирания и вытравливания троса. Лебедка для подъема привода может быть отдельной от лебедки для опускания привода или может являться единой лебедкой. Лебедка может быть лебедкой буровой установки или может быть отдельной лебедкой. Можно использовать один или несколько тросов, соединенных с приводным блоком. При использовании одного троса его отсоединяют на различных этапах. Данный трос (тросы) должен использоваться в относительно твердом грунте, в некоторых скальных породах и в мерзлом грунте.

Предпочтительно привод является гидравлическим, электрическим или пневматическим.

Предпочтительно использование направляющего устройства для направления троса. Направляющее устройство может содержать валки и предпочтительно крепиться к низу опорной конструкции. Предпочтительно расположение направляющего устройства на вышке буровой установки, и способ дополнительно содержит этапы направления верхнего и/или нижнего троса направляющим устройством на вышке. Направляющее устройство на вышке направляет трос так, что он не мешает другим операциям буровой установки. Предпочтительно направляющее устройство троса установлено на балконе для работы с буровыми трубами на вышке буровой установки или вблизи нее.

Предпочтительно буровой пол содержит, по меньшей мере, одно отверстие, при этом способ содержит этап перемещения блока с приводом для шнекового бурения, по меньшей мере, в положение над отверстием и соединение опорной конструкции устройствами крепления на буровом полу или в нем, по меньшей мере, вблизи одного отверстия. Предпочтительно вспомогательный шурф является шурфом направления или шурфом под квадрат, или шурфом для наращивания труб.

Предпочтительно способ дополнительно содержит этап последующего бурения вглубь земли шнековым буром, подъем приводного устройства для наращивания бурильной удлинительной штанги между шнековым буром и ротором для дополнительного бурения вглубь земли.

Предпочтительно способ дополнительно содержит этап удаления блока с приводом для шнекового бурения с буровой установки после выполнения вспомогательного шурфа так, что можно начинать установку основного бурильного оборудования.

Настоящим изобретением также создана буровая установка, содержащая вышку с основанием, покрывающим, по меньшей мере, часть бурового пола, имеющего отверстие по центру скважины и, по меньшей мере, одно дополнительное отверстие, разнесенное с центром скважины, блок с приводом для шнекового бурения для бурения вспомогательного шурфа, применяемого в операциях бурения ствола скважины, установленный с возможностью перемещения на части бурового пола и перемещающийся от отверстия по центру скважины к, по меньшей мере, одному дополнительному отверстию, и содержащий привод с ротором и опорную конструкцию для привода, перемещающегося в, по существу, вертикальной плоскости относительно опорной конструкции, и шнековый бур, соединенный с ротором для вращения шнекового бура для бурения вспомогательного шурфа. Предпочтительно, привод перемещается в, по существу, вертикальной плоскости относительно опорной конструкции и в ней.

Настоящим изобретением в некоторых аспектах созданы системы и способы для бурения вспомогательного шурфа, применяемого в операциях бурения, такого как шурф направления, шурф под квадрат или шурф для наращивания труб.

Предпочтительно блок с приводом для шнекового бурения является подвижным. Вес привода создает направленное вниз усилие на шнековый бур для бурения.

Точность, портативность, эффективность увеличиваются при использовании устройства и способа согласно изобретению. Посредством блока согласно настоящему изобретению можно целенаправленно бурить шурфы с бурового пола в точных местах и под правильным углом.

В некоторых вариантах блоки, согласно настоящему изобретению, можно устанавливать в кузове обычного грузовика, поскольку габаритные размеры, в некоторых аспектах, составляют 1,22 м (4 фута) на 1,83 м (6 футов), делая его передвижным. Блок с приводом для шнекового бурения можно транспортировать на другие аналогичные буровые установки, таким образом, данный один блок может обслуживать много буровых установок.

В некоторых вариантах блоки, согласно настоящему изобретению, используют гидравлическое управление и тросы лебедок с кронблока, при этом отсутствует необходимость использования циркуляционной системы для бурения вспомогательных шурфов. Когда некоторые бурильщики бригады бурят вспомогательные шурфы, другие члены бригады могут устанавливать систему очистки бурового раствора, таким образом экономя время.

Для лучшего понимания настоящего изобретения в приведенном ниже в качестве примера подробном описании приводятся ссылки на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.

На фиг.1 показан схематичный вид сбоку известной бурильной системы.

На фиг.2A показан вид сбоку буровой установки согласно настоящему изобретению, содержащей блок с приводом для шнекового бурения согласно настоящему изобретению.

На фиг.2B показан вид спереди буровой установки, показанной на фиг.2.

На фиг.2C показан вид сверху балкона для работы с буровыми трубами буровой установки, показанной на фиг.2A.

На фиг.2D показан вид сверху части буровой установки фиг.2A, показывающий направляющий поворотный рычаг.

На фиг.2E показан вид сбоку части буровой установки фиг.2D, иллюстрирующий направляющий поворотный рычаг.

На фиг.2F показан вид спереди части буровой установки фиг.2D.

На фиг.2G показан вид сверху части буровой установки, показанной на фиг.2A.

На фиг.3A показан изометрический вид верхней части блока с приводом для шнекового бурения согласно настоящему изобретению.

На фиг.3B показан вид спереди блока с приводом для шнекового бурения, показанного на фиг.3A, с указанием пунктирными линиями частей, находящихся на втором этапе операции.

На фиг.3C показан вид сбоку блока с приводом для шнекового бурения, показанного на фиг.3A.

На фиг.3D показан вид сверху блока с приводом для шнекового бурения, показанного на фиг.3A.

На фиг.4 показан изометрический вид части, включающей в себя конструкцию блока с приводом для шнекового бурения, показанного на фиг.3A.

На фиг.5A показан изометрический вид приводного устройства блока с приводом для шнекового бурения, показанного на фиг.3A.

На фиг.5B показан изометрический вид компоновки направляющих приводного устройства, показанной на фиг.5A.

На фиг.5C показан изометрический вид привода приводного устройства, показанного на фиг.5A.

На фиг.5D показан изометрический вид салазок приводного устройства, показанного на фиг.5A.

На фиг.5E показан изометрический вид роликового устройства приводного устройства, показанного на фиг.5A.

На фиг.5F показан изометрический вид тросовой компоновки блока с приводом для шнекового бурения, показанного на фиг.3C.

На фиг.5G показан изометрический вид троса блока с приводом для шнекового бурения, показанного на фиг.3C.

На фиг.5H показан изометрический вид роликового устройства блока с приводом для шнекового бурения, показанного на фиг.3B.

На фиг.5I показан изометрический вид шкива блока с приводом для шнекового бурения, показанного на фиг.4.

На фиг.6A показан схематичный изометрический вид блока с приводом для шнекового бурения, согласно настоящему изобретению, готового к бурению шурфа.

На фиг.6B показан изометрический вид удлинительной штанги, используемой в бурении блоком с приводом для шнекового бурения, показанным на фиг.3A.

На фиг.7A показан вид сверху части буровой установки, содержащей блок с приводом для шнекового бурения, согласно настоящему изобретению, на первом этапе работы над центром скважины.

На фиг.7B показан схематичный вид сверху части буровой установки, показанной на фиг.7A.

На фиг.7C показан вид сбоку части блока с приводом для шнекового бурения, показанного на фиг.7A.

На фиг.8A показан вид сверху части буровой установки, показанной на фиг.7A, на втором этапе работы блока с приводом для шнекового бурения, перемещенного от центра скважины.

На фиг.8B показан схематичный вид сверху буровой установки, показанной на фиг.8A.

На фиг.8C показан вид сбоку части блока с приводом для шнекового бурения, показанной на фиг.8A, с угловой шкалой, совмещенной с частью.

На фиг.9A и 9B на видах сверху показаны этапы способа бурения шурфа под квадрат согласно настоящему изобретению.

На фиг.9C показан вид сбоку части блока с приводом для шнекового бурения, показанной на фиг.8A, с угловой шкалой, совмещенной с частью, с углом, установленным для бурения шурфа под квадрат.

На фиг.9D показан вид сверху части буровой установки, показанной на фиг.9A.

На фиг.10A показан изометрический вид блока с приводом для шнекового бурения, согласно настоящему изобретению, на этапе способа согласно настоящему изобретению.

На фиг.10B показан изометрический вид блока с приводом для шнекового бурения, показанного на фиг.10A, на следующем этапе способа согласно настоящему изобретению.

На фиг.10C показан изометрический вид блока с приводом для шнекового бурения, показанного на фиг.10A, на следующем этапе способа согласно настоящему изобретению.

На фиг.11A показан изометрический вид соединительного устройства блока с приводом для шнекового бурения, согласно настоящему изобретению, с буровым полом.

На фиг.11B показан изометрический вид соединительного устройства блока с приводом для шнекового бурения, согласно настоящему изобретению, с буровым полом.

На фиг.1 показана известная буровая установка, имеющая систему верхнего привода для вращения бурильной колонны, но, как хорошо известно, любое подходящее роторное устройство на буровом полу можно использовать для данной цели. Система, показанная на фиг.1, имеет буровую установку с буровым полом, вышечный блок, кронблок и тросовые канаты, с помощью которых талевый блок устанавливается в нужное положение по вертикали. Нижний конец талевого блока соединен с верхним концом вертлюга. Вертлюг опирается на штропы, проходящие от соединительного устройства. Бурильный двигатель имеет полый ведущий вал, непосредственно приводящий в движение бурильную колонну с буровым долотом, используемый для бурения основного ствола скважины. Двигатель имеет противоположно установленные консоли, прикрепленные к раме двигателя. Талевый блок перемещается вертикально в вышечном блоке и несет вертлюг, двигатель и бурильную колонну. Буровая лебедка установлена для приема свободного конца троса на барабан. В кабине управления размещены пульты управления и электронные схемы для управления работой буровой установки. Ходовая струна талевого каната проходит от барабана буровой лебедки и запасована в кронблок и талевый блок. Система на фиг.1 включает в себя вспомогательный шурф или шурфы вблизи основного ствола скважины, которые не бурились бурильной колонной и буровым долотом, например, шурф под квадрат или шурф для наращивания труб, используемые в операциях бурения. Если необходимо, обычное роторное устройство, не показанное, используют для бурения основного ствола скважины.

На фиг.2A и 2B показана буровая установка R, согласно настоящему изобретению, с блоком 10 с приводом для шнекового бурения, прикрепленным к буровому полу 8 подвышечного основания 5. Буровой пол 8 прикреплен к вышке 6, имеющей балкон 4 для работы с буровыми трубами, прикрепленный к вышке. Тросы 11 и 12 проходят от блока 10 с приводом для шнекового бурения вверх на конструкцию кронблока 9 буровой установки R и вниз на лебедки 2a, 2b на раме 1 транспортера буровой установки (то есть на прицеп или блок буровой установки, несущий оборудование, такое как буровая лебедка, двигатели, лебедки и т.п.). Удлинительная штанга 14 со шнековым буром 16 прикреплена к блоку 10 шнекового бурения и проходит вниз от него. В некоторых вариантах с буровым полом, поднятым на высоту около 6 м (20 футов), используют около восьми (плюс/минус одна) удлинительных штанг 14, каждая длиной около 1,2 м (4 фута), со шнековым буром длиной около 2,7 м (9 футов) для шурфа глубиной 4,5 м (15 футов) для наращивания труб или шурфа глубиной 4,5 м (15 футов) под квадрат.

На фиг.2B показан шнековый бур 16 блока 10 с приводом для шнекового бурения, пробуривший шурф Н направления в земле E.

На фиг.2C показан балкон 4 для работы с буровыми трубами и направляющий поворотный рычаг 7a с роликовым устройством 7b для направления троса 12 и направляющий поворотный рычаг 7c с роликовым устройством 7d для направления троса 11. Каждый направляющий поворотный рычаг поворачивается на валу 7f с перемещением ручки 7g; например, перемещающей направляющие поворотные рычаги с пути талевого блока буровой установки.

Лебедки 2a и 2b, обычно установленные вблизи буровой лебедки DK, работают с тросами, проходящими вверх от лебедок до конструкции 9 кронблока, вокруг шкивов 2d и 2e и затем вниз к буровому полу 8 в блок 10 с приводом для шнекового бурения. Трос 12 идет от лебедки 2a на шкив 2d к тросовой компоновке 70. Трос 11 идет от лебедки 2b на шкив 2e к тросовой компоновке 60. Лебедки 2a и 2b имеют, например, гидравлический привод, и данные лебедки работают тросами 11, 12.

На фиг.2D-2F детально показан один из направляющих поворотных рычагов 7a. Роликовые устройства 7b, 7d имеют две пары роликов, пару роликов 7r и пару роликов 7s, одну пару над другой и под прямыми углами друг к другу в горизонтальной плоскости. Цепь 7h одним концом соединена с направляющим поворотным рычагом 7a и другим концом соединена с балконом 4 для работы с буровыми трубами.

На фиг.3A-3D показан блок 10 с приводом для шнекового бурения. Компоновка 30 направляющих прикреплена к раме 20. Лестницы 22 устроены на противоположных сторонах рамы 20. Основание 24 рамы 20 соединено с конструктивными элементами 25a, 25b, 25c и 25d рамы и несет их. Салазки 40, перемещающиеся по направляющим 32 компоновки 30 направляющих, несут привод 50, прикрепленный к салазкам 40. Привод 50 имеет ведущий вал 51 для соединения со шнековым буром. Винтовые стяжки 24a или другие подходящие соединительные устройства, съемно прикрепленные к проушинам 24b, используют для прикрепления рамы 20 к буровому полу 8.

Направляющие 32 содержат посадочные места 33, создающие нижний останавливающий упор салазок 40. Каждая пара направляющих 32 избирательно соединена с рамой 20 пальцем 29, проходящим через отверстия в проушинах 34. Поперечный элемент 35 проходит между парой направляющих 32. Поперечный элемент 35 имеет направляющую трубу 36, через которую проходит удлинительная штанга или шнековый бур, соединенные с ведущим валом 51 привода 50.

Тросовая компоновка 60, соединенная с салазками 40, имеет два тросовых соединителя 62, каждый соединяющий салазки 40 и промежуточную деталь 64. Трос 11 соединен с третьим тросовым соединителем 66, соединенным с промежуточной деталью 64. Трос 68 соединителя 66 проходит под шкив 25 и вокруг него и через роликовое устройство 26 и затем соединяется с тросом 11 от шкива 2e. Выбирание троса 68 вверх тянет салазки 40 и блок 50 привода вниз.

Тросовая компоновка 70 с тросом 72 соединена с салазками 40 и проходит вверх через роликовую компоновку 80 между роликами 82. Роликовая компоновка 80 прикреплена к компоновке 30 направляющих. Трос 72 используют для подъема блока 10 привода с приводом 50, например, для наращивания дополнительного удлинительного элемента (элементов).

Каждая направляющая 32 имеет верхний элемент 38 с двумя пластинами 38p, имеющими множество отверстий 38h. Верхний рамный элемент 31 имеет поперечные элементы 31a, 31b с множеством отверстий 31h, соответствующих отверстиям 38h верхних элементов 38 направляющих 32 и примыкающих к ним. Пальцы 31p, проходящие через отверстие 31h и отверстие 38h, крепят компоновку 30 направляющих в положение установки шнекового бура 16 на необходимый угол для бурения вспомогательного шурфа под необходимым углом.

Салазки 40 имеют два боковых элемента 42, через которые проходят направляющие 32, и верхний элемент 44, соединяющий между собой боковые элементы 42. Хомут 46, прикрепленный к боковым элементам 42, удерживает привод 50 на месте установки на салазках 40. Проушины 58 привода 50 прикреплены съемными пальцами к проушинам 48. Хомут 46 удерживается в пазе 56 корпуса 59 привода 50. Трос 70 соединен с проушиной 49 салазок 40. Проушины 201 создают точки подъема рамы 20. Привод 50 является серийно выпускаемым приводом для шнекового бурения.

На фиг.6A блок 10 с приводом для шнекового бурения показан в процессе подготовки к бурению шурфа направления на центре W скважины. Компоновку 30 направляющих можно переставить для бурения шурфа М для наращивания труб через направляющую G или шурфа R под квадрат через направляющую D. Угол данных шурфов показан пунктирными линиями (хотя сами шурфы находятся в земле и непосредственно не примыкают к буровому полу).

На фиг.7A, 8A и 9A показаны различные положения блока 10 с приводом для шнекового бурения для бурения различных вспомогательных шурфов.

Как показано на фиг.7A и 7B, блок 10 с приводом для шнекового бурения установлен для бурения шурфа направления на центре W скважины. Как показано на фиг.7C, шнековый бур 16 по существу выставлен вертикально над центром W скважины (угол 0 градусов), пальцы 31p вставлены в конкретные отверстия 31h рамы и 38h компоновки направляющих для получения указанного выставления по оси.

Как показано на фиг.7B, для бурения шурфа направления трос 11 проходит на лебедку 2b и трос 12 идет на лебедку 2a. Трос 11 не проходит через ролики направляющего поворотного рычага, как показано на фиг.2C. Трос 11 не проходит через ролики направляющего поворотного рычага на балконе для работы с буровыми трубами. Ролики направляющего поворотного рычага используются для обеспечения свободного прохода тросов вокруг талевого блока или мест, где другие препятствия могут мешать тросам 11 и 12. Данные ролики являются применяемыми, если необходимо.

Как показано на фиг.8A и 8B, блок 10 с приводом для шнекового бурения установлен для бурения шурфа М для наращивания труб. Как показано на фиг.8C, пальцы 31p вставлены в конкретные отверстия 31h, 38h, так что блок 10 с приводом для шнекового бурения имеет необходимый угол (например, 4,75°) для бурения шурфа для наращивания труб.

Как показано на фиг.8B, для бурения шурфа для наращивания труб трос 11 идет на лебедку 2b и трос 12 идет на лебедку 2a. Тросы 11, 12 идут через ролики направляющего поворотного рычага, как показано на фиг.2C.

Как показано на фиг.9A и 9B, блок 10 с приводом для шнекового бурения установлен для бурения шурфа R под квадрат. Как показано на фиг.9C, пальцы 31p вставлены в конкретные отверстия 31h, 38h, так что блок 10 с приводом для шнекового бурения имеет необходимый угол (например, 7°) для бурения шурфа под квадрат.

Как показано на фиг.9B, для бурения шурфа под квадрат трос 11 проходит на лебедку 2b и трос 12 проходит на лебедку 2a. Оба троса проходят через ролики поворотного рычага 7b с обеих сторон балкона для работы с буровыми трубами.

На фиг.10A-10C показаны этапы способов, согласно настоящему изобретению, с использованием буровой установки согласно настоящему изобретению и блока с приводом для шнекового бурения, согласно настоящему изобретению.

Как показано на фиг.10A, когда трос 12 несет салазки 40 и привод 50, выбирание троса 11 создает усилие, направленное вниз на салазках 40, приводе 50 и шнековом буре 16 для бурения вспомогательного шурфа X. Вес салазок 40 и привода 50 и усилие, направленное вниз, приложенное тросом 11, заставляет шнековый бур 16 перемещаться вглубь. В объеме настоящего изобретения (относится к любой системе и любому способу, описанным в данном документе, согласно настоящему изобретению) можно, если необходимо, исключить выбирание троса 11 вверх, и вспомогательный шурф можно бурить с использованием только веса на шнековом буре для создания направленной вниз силы (например, в рыхлых грунтах).

Как показано на фиг.10A, привод 50 шнекового бурения достиг нижнего предела своего перемещения. Как показано на фиг.10B, выбирание троса 12 поднимает привод 50 шнекового бурения так, что еще одну удлинительную штангу 14 можно нарастить на шнековый бур 16 для дополнительного бурения вглубь. Трос 11 имеет соответствующее перемещение вниз, обеспечивающее подъем привода 50 шнекового бурения.

Как показано на фиг.10C, нарастили дополнительную удлинительную штангу 14, соединенную с ведущим валом 51 привода 50 шнекового бурения. После подъема привода 50 данную дополнительную удлинительную штангу 14 соединяют с самой верхней удлинительной штангой 14 над шнековым буром 16 для дополнительного бурения вглубь.

На фиг.11A и 11B показаны различные способы прикрепления рамы 20 к буровому полу 8.

Как показано на фиг.11A, винтовое устройство 24t (аналогичное винтовым стяжкам 24a, описанным выше) соединено с проушиной 24b и скреплено съемным пальцем 95a с серьгой 12m. Серьга 12m скреплена съемным пальцем 95b с выполненной впотай рамой 96 с проушинами, являющейся частью бурового пола 8. Палец 95c крепит серьгу 12m в поднятом вверх положении.

Как показано на фиг.11B, винтовое стяжное устройство 24s (аналогичное винтовым стяжкам 24a, описанным выше) соединено с проушиной 24b и скреплено пальцем 95d с серьгой 12r, посаженной на болты плиты 97, привинченной болтами к буровому полу 8, например, плиты с болтами, приваренной к буровому полу, к которой можно привинчивать компоновку с серьгой и с которой компоновку можно снимать, когда она не нужна.

Согласно настоящему изобретению создан способ бурения вспомогательных шурфов, применимых для операций бурения ствола скважины, содержащий следующие стадии: соединение несущей рамы с буровой установкой (на любой подходящей площадке или позиции, например, но без ограничения этим, к буровому полу буровой установки над полом); соединение конструкции крепления с несущей рамой; соединение с опорной конструкцией приводного устройства, включающего в себя привод, перемещающийся относительно опорной конструкции; соединение шнекового бурильного устройства с приводом; вращение шнекового бурильного устройства приводом для бурения вспомогательного шурфа; бурение вспомогательного шурфа шнековым бурильным устройством. Такой способ может включать в себя, в любых возможных комбинациях, одну или несколько из следующих стадий: соединение основного троса с приводом и выбирание основного троса для приложения к приводу и шнековому бурильному устройству усилия, направленного вниз и способствующего бурению вспомогательного шурфа; использование буровой установки, включающей в себя основную лебедку для выбирания основного троса и выбирания основного троса основной лебедкой; использование буровой установки, имеющей вышку и направляющее трос устройство на вышке, и направление основного троса направляющим трос устройством; использование направляющего трос устройства, подвижно соединенного с вышкой, и перемещение указанного устройства и основного троса относительно вышки; использование привода, включающего в себя корпус и опорную конструкцию, имеющую пару противоположных направляющих, при этом корпус установлен для перемещения на паре противоположных направляющих, и перемещение корпуса на паре противоположных направляющих опорной конструкции для перемещения приводного блока и шнекового бурильного устройства относительно буровой установки; использование опорной конструкции, включающей в себя множество разнесенных отверстий, и приводного устройства, включающего в себя множество соответствующих отверстий, съемный палец, вставляющийся в отверстия опорной конструкции и примыкающие отверстия приводного устройств для установки приводного устройства на необходимый угол относительно конструкции крепления, и введение пальца в отверстие опорной конструкции и отверстие примыкающего приводного устройства для удержания приводного устройства под необходимым углом к опорной конструкции так, что приводное устройство установлено для бурения вспомогательного шурфа под необходимым углом в земле; бурение вспомогательного шурфа, являющегося одним из: шурфа направления, шурфа под квадрат и шурфа для наращивания труб; последующее бурение вглубь земли с шнековым бурильным устройством, подъем приводного устройства для наращивания бурильными удлинительными штангами между шнековым бурильным устройством и приводным устройством для дополнительного бурения в землю; использование буровой установки, включающей в себя вспомогательную лебедку для действия вспомогательным тросом, соединенным с приводным устройством, и подъем приводного устройства на вспомогательном тросе вспомогательной лебедкой; удаление несущей рамы, опорной конструкции, приводного устройства и шнекового бурильного устройства с буровой установки после завершения бурения вспомогательного шурфа; и/или использование приводного блока, не приводимого в действие прокачкой бурового раствора.

Согласно настоящему изобретению создан способ бурения вспомогательных шурфов, применяемых для операций бурения ствола скважины, содержащий следующие стадии: соединение несущей рамы к буровом полу буровой установки над полом; соединение опорной конструкции с несущей рамой; соединение с опорной конструкцией приводного устройства, включающего в себя приводной блок, перемещающийся относительно опорной конструкции; соединение шнекового бурильного устройства с приводным блоком; при этом опорная конструкция включает в себя множество разнесенных отверстий, и приводное устройство включает в себя множество соответствующих отверстий, съемный палец, вставляющийся через одно из отверстий опорной конструкции в отверстие примыкающего приводного устройства для соединения приводного устройства под необходимым углом с опорной конструкцией, введение пальца с проходом через отверстие опорной конструкции в отверстие примыкающего приводного устройства для удержания приводного устройства под необходимым углом к опорной конструкции для установки приводного устройства для бурения вспомогательного шурфа под необходимым углом в земле; вращение шнекового бурильного устройства приводным блоком для бурения вспомогательного шурфа; соединение троса с приводным блоком; выбирание основного троса для приложения к приводному блоку и шнековому бурильному устройству усилия, направленного вниз и способствующего бурению вспомогательного шурфа; использование буровой установки, включающей в себя основную лебедку для выбирания основного троса, при этом вспомогательный шурф является одним из: шурфа направления, шурфа под квадрат и шурфа для наращивания труб; бурение вспомогательного шурфа шнековым бурильным устройством.

Согласно настоящему изобретению создана также система бурения вспомогательных шурфов, применяемых для операций бурения ствола скважины, содержащая: несущую раму, съемно соединенную с буровым полом буровой установки над полом, опорную конструкцию, съемно соединенную с несущей рамой; приводное устройство, съемно соединенное с опорной конструкцией и включающее в себя приводной блок, перемещающийся относительно опорной конструкции; шнековое бурильное устройство, съемно соединенное с приводным блоком и вращающееся приводным блоком для бурения вспомогательного шурфа. Такая система может включать в себя, в любой возможной комбинации, одно или несколько из следующего: основной трос, соединенный с приводным блоком так, что выбирание основного троса перемещает приводной блок и шнековое бурильное устройство вниз, способствуя бурению вспомогательного шурфа; основную лебедку на буровой установке для выбирания основного троса; приводной блок, включающий в себя корпус; опорную конструкцию с парой противоположных направляющих; корпус, установленный для перемещения на паре противоположных направляющих так, что перемещение корпуса на паре противоположных направляющих конструкции крепления перемещает приводной блок и шнековый бур относительно буровой установки; опорную конструкцию, включающую в себя множество разнесенных отверстий, и приводное устройство, включающее в себя множество соответствующих отверстий приводного устройства, со съемным пальцем, вставляемым через одно отверстие опорной конструкции и в отверстие примыкающего приводного устройства для соединения приводного устройства под необходимым углом с опорной конструкцией для удержания приводного устройства под необходимым углом к опорной конструкции так, что приводное устройство установлено для бурения вспомогательного шурфа под необходимым углом в земле; подъемное устройство, соединенное с буровой установкой для подъема приводного устройства для наращивания бурильной штанги между шнековым бурильным устройством и приводным устройством для дополнительного бурения в земле.

Согласно настоящему изобретению создан способ бурения вспомогательных шурфов, применяемых в операциях бурения ствола скважины, в одном аспекте включающий в себя следующие стадии: соединение несущей рамы с буровой установкой; соединение опорной конструкции с несущей рамой; соединение с опорной конструкцией приводного устройства, включающего в себя приводной блок, перемещающийся относительно опорной конструкции; соединение шнекового бурильного устройства с приводным блоком; вращение шнекового бурильного устройства приводным блоком для бурения вспомогательного шурфа.