PL185301B1 - Sposób i zespół do łączenia i rozłączania rur w urządzeniu wiertniczym - Google Patents

Abstract

Sposób łączenia/rozłączania rur w urządzeniu wiertniczym polegający, zwłaszcza na łączeniu/rozłączaniu sekcjirury z ciągiem rur wystającym z obrotowego urządzenia wiertniczego służącego do prowadzenia odwiertu w skorupie ziemskiej, znamienny tym, że sekcję rury (1) obraca się względem ciągu rur(2) poprzez wywieranie momentu obrotowego łączenia/rozłączania, które powoduje wystąpienie przeciwnie skierowanego momentu obrotowego, zaś obroty silnika (17; 50) przenoszą się na ciąg rur (2), który to ciąg obraca się w odwiercie, natomiast przeciwnie skierowany moment obrotowy przenosi się na ciąg rur(2) wzdłuż toru przechodzącego przez silnik (17; 50)

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób łączenia/rozłączania rur w urządzeniu wiertniczym i zespół do rączeniz/koałącazniz rur w urządzeniu wiertniczym.

Wynalazek dotyczy zestawiania połączeń pomiędzy sekcjami rury i ciągiem rury wystającym z urządzenia wiertniczego w odwiercie wykonanym w skorupie ziemskiej, na przykład podczas wiercenia lub obudowywania odwiertów naftowych bądź gazowych.

Wykonywanie odwiertów naftowych lub gazowych oraz obudowywanie odwiertów typowo pociąga za sobą wprowadzanie do odwiertu dużej ilości sekcji rur lub rur kierowniczych, jak na przykład sekcji rury i sekcji rur okładzinowych. Sekcje każdorazowo łączy się w ciąg sekcji wystający do odwiertu, po wyrównaniu w linii z ciągiem rury. Każdą sekcję można utworzyć z pojedynczym łącznikiem lub licznymi łącznikami połączonymi ze sobą przed podłączeniem do ciągu.

Podczas obracania przy wierceniu następuje podawanie płuczki mułowej do ciągu przykładowo dla napędu silnika koronki wiertniczej na końcu ciągu. Płuczka mułowa może być również podawana dla ułatwienia wprowadzenia ciągu do odwiertu. Wnane jest również obracanie ciągu rur okładzinowych podczas wkładania do odwiertu.

Połączenia pomiędzy kolejnymi sekcjami rury typowo wykonuje się, lub rozłącza, poprzez wkręcanie sekcji rury na ciągu lub poprzez odkręcanie sekcji rury z ciągu. Dla zmniejszenia ilości obrotów potrzebnych dla zestawienia lub rozłączenia połączenia, współpracujące gwinty połączeń mają zwykle stożkowy kształt. Obracanie każdej łączonej lub zdejmowanej sekcji przeważnie wykonuje się po zatrzymaniu obrotów ciągu. Do obracania każdej sekcji łączonej rury oraz wywierania początkowego lub końcowego momentu obrotowego, dla połączenia lub rozłączenia stosuje się klucze cęgowe na przykład Wheatherford, lub tzw. odcinek Iron RougEneck dla obrócenia każdej łączonej sekcji rury oraz wywierania końcowego lub początkowego momentu obrotowego potrzebnego do zestawienia bądź rozłączenia połączenia.

Sprawność i efektywność takich operacji ulegają pogorszeniu przez przerywanie procesu wiercenia lub obudowywania, konieczne dla łączenia lub rozłączania następnej sekcji. Ma to szczególne znaczenie, ponieważ wykonywanie odwiertu typowo wymaga wielu drobnych czynności (wyciąganie i ponowne wprowadzanie ciągu) w celu kontroli i/lub wymiany koronki wiertniczej. Każda drobna czynność obejmuje rozłączenie i połączenie około 50-300 sekcji. Przykładowo, zatrzymywanie obrotów ciągu wywiera różne niekorzystne wpływy; na przykład rozwijanie, jeśli jest to ciąg rur wiertniczych. Ponowne uruchomienie ciągu rur wiertniczych zajmuje typowo 10-30 minut zanim zostanie osiągnięte należyte stabilne wyrównanie. Oprócz tego zatrzymanie obrotów ciągu w odwiercie zwiększa ryzyko zakleszczenia. Okres pomiędzy zatrzymaniem i ponownym uruchomieniem ciągu zwiększa czas potrzebny dla połączenia lub usunięcia sekcji rury.

185 301

Znane jest, z opisu patentowego USA nr 3 708 020 (Adamson), utrzymywanie małego ciągu rur wiertniczych przy pobieraniu rdzeni formacji geologicznych lub rotacji betonu podczas zestawiania lub rozłączania połączeń rur wiertniczych. Jednakże, wywieranie momentów obrotowych dla zestawienia lub rozłączenia połączeń pomiędzy kolejnymi długościami rury wiertniczej zakłóca robocze wyrównanie obracającego się ciągu rur wiertniczych, co wywiera niepomyślny wpływ na szybkość postępowania oraz trwałość koronki wiertniczej.

Celem obecnego wynalazku jest umożliwienie skrócenia czasu potrzebnego dla dodania lub usunięcia sekcji ciągu rury i umożliwienie łączenia pomiędzy kolejnymi sekcjami ciągu rury przy zasadniczym zmniejszeniu stopnia, w jakim zakłócono robocze wyrównanie obracającego się ciągu w odwiercie.

Celem wynalazku jest sposób łączenia/rozłączania rur w urządzeniu wiertniczym.

Celem wynalazku jest zespół do łączenia/rozłączania rur w urządzeniu wiertniczym.

Sposób łączenia/rozłączania rur w urządzeniu wiertniczym polegający zwłaszcza na łączeniu/rozłączaniu sekcji rury z ciągiem rur wystającym z obrotowego urządzenia wiertniczego służącego do prowadzenia odwiertu w skorupie ziemskiej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że sekcję rury obraca się względem ciągu rur poprzez wywieranie momentu obrotowego łączenia/rozłączania, które powoduje wystąpienie przeciwnie skierowanego momentu obrotowego, zaś obroty silnika przenoszą się na ciąg rur, który to ciąg obraca się w odwiercie, natomiast przeciwnie skierowany moment obrotowy przenosi się na ciąg rur wzdłuż toru przechodzącego przez silnik.

Korzystnie łączoną z ciągiem rur sekcję rury przyspiesza się do prędkości ciągu rur przed przyłożeniem momentu obrotowego łączenia/rozłączenia.

Korzystnie łączoną z ciągiem rur sekcję rury przyspiesza się do prędkości obrotowej ciągu rur, po czym łączy się pierwsze złącze rurowe z sekcją rur.

Korzystnie po połączeniu sekcji rury z ciągiem rur poosiowo przemieszcza się zespół do łączenia/rozłączania rur, przez który przeniesiono moment zestawienia i przeciwnie skierowany moment obrotowy, zaś przemieszczanie następuje w kierunku bliższego końca ciągu rur przedłużonego przez sekcję rury; natomiast połączenie kolejnej sekcji rury z ciągiem rur obejmuje połączenie bliższego końca ciągu rur oraz wywieranie przeciwnie skierowanego momentu obrotowego na przedłużony ciąg poprzez zespół do łączenia/rozłączania rur.

Zespół do łączenia/rozłączania rur w urządzeniu wiertniczym, zwłaszcza do łączenia/rozłączania sekcji rury i ciągu rur poosiowo wystającego z obrotowego urządzenia wiertniczego służącego do prowadzenia odwiertu w skorupie ziemskiej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera drugie złącze rurowe do zamocowania ciągu rur, z którym współpracuje pierwsze złącze rurowe do zamocowania sekcji rury, a które jest ustawione względem drugiego złącza rurowego współosiowo i obrotowo oraz jest odsunięte poosiowe od położenia drugiego złącza rurowego, które jest z kolei obrotowo podparte przez zabezpieczoną przed obrotem konstrukcję nośną, natomiast napęd ciągu rur zawiera silnik elektryczny połączony z drugim złączem rurowym oraz z zabezpieczoną przed obrotem konstrukcję nośną do obracania drugim złączem rurowym względem zabezpieczonej przed obrotem konstrukcji nośnej, zaś napęd sekcji rury obraca pierwsze złącze rurowe względem drugiego złącza rurowego z momentem obrotowym zestawienia lub rozłączenia, przy czym napęd sekcji rury jest dostosowany do przeniesienia przeciwnie skierowanego momentu obrotowego potrzebnego dla połączenia/rozłączenia do drugiego złącza rurowego wzdłuż toru przeniesienia przechodzącego przez silnik napędu drugiego złącza rurowego.

Korzystnie każde złącze rurowe tworzy zamknięty pierścień całkowicie otaczający przelot do umieszczenia w nim mocowanej rury.

Korzystnie napęd sekcji rury posiada drugi silnik, umieszczony oddzielnie względem pierwszego silnika do napędu drugiego złącza rurowego dla obrócenia sekcji rury momentem dochodzącym do momentu zestawienia lub rozłączenia.

Korzystnie drugi silnik jest połączony z drugim złączem rurowym do jednoczesnego obracania.

185 301

Korzystnie obrotowa konstrukcja nośna i zabezpieczona przed obrotem konstrukcja nośna jest zaopatrzona w styki ślizgowe współpracujące wzdłuż kołowego toru.

Korzystnie zespół zawiera podajnik rur do przenoszenia sekcji rury z zasobnika do bliższego końca ciągu rur wystającego z odwiertu w skorupie ziemskiej i przenoszenia w kierunku przeciwnym, w którym występuje uchwyt mocujący sekcję rury dla rozłącznego mocowania przenoszonej sekcji rury, zespół unoszący prowadząco-napędowy dla przemieszczania uchwytu mocującego pomiędzy położeniem w pobliżu zasobnika oraz wyrównaniem względem ciągu rur, a także napęd połączony z uchwytem mocującym dla obracania nim.

Korzystnie zespół unoszący prowadząco-napędowy jest dostosowany do przemieszczania uchwytu mocującego w kierunku, w którym w warunkach roboczych sekcje rur są zorientowane podczas ustawienia w jednej linii z ciągiem rur.

Reasumując zgodnie w wynalazkiem cel osiągnięto poprzez dostarczenie sposobu zestawiania i rozłączania połączeń pomiędzy sekcja rury i ciągiem rury wystającym z obrotowego urządzenia wiertniczego do odwiertu w skorupie ziemskiej, w którym sekcję rur obraca się względem ciągu rur poprzez przyłożenie momentu dochodzącego do momentu obrotowego zestawienia lub rozłączenia. Wywieranie momentu wytwarza przeciwnie skierowany moment obrotowy reakcji, w którym obroty nadawane przez silnik przenosi się na ciąg rur, przez co ciąg rur obraca się w odwiercie, i gdzie przeciwnie skierowany moment obrotowy przenosi się na ciąg rur wzdłuż toru z pominięciem silnika.

W innym przykładzie wykonania wynalazku dla osiągnięcia tego celu zastosowano zespół złącza do rur, do przynajmniej łączenia lub rozłączania sekcji rury i ciągu rury poosiowo wystającego z obrotowego urządzenia wiertniczego do odwiertu w skorupie ziemskiej. W zespole złącza do rur występuje: uchwyt mocujący do zamocowania ciągu rur, zamocowanie sekcji rur do mocowania sekcji rur, współosiowa i obrotowa względem konstrukcji zamocowania ciągu rur i poosiowo od niej odsunięta; zabezpieczona przed obrotem konstrukcja nośna, obrotowo podpierająca konstrukcję zamocowania ciągu rur, napęd ciągu rur zawierający silnik napędowy połączony z konstrukcją zamocowania ciągu rur oraz z konstrukcją zamocowania sekcji rur, do napędu obrotowego konstrukcji zamocowania ciągu rur względem zabezpieczonej przed obrotem konstrukcji nośnej i napęd ciągu rur do obrotowego napędu konstrukcji zamocowania sekcji rur względem konstrukcji zamocowania ciągu rury z momentem dochodzącym do momentu zestawienia lub rozłączenia, napęd sekcji rury dostosowano do przenoszenia przeciwnie skierowanego momentu obrotowego reakcji w odpowiedzi na moment dochodzący do potrzebnego momentu zestawienia lub rozłączenia konstrukcji zamocowania ciągu ruty, wzdłuż toru przeniesienia z pominięciem silnika do obrotowego napędu konstrukcji zamocowania ciągu rury.

Tak więc moment zestawienia lub rozłączenia jest lub może być wywierany w sposób, który zasadniczo zmniejsza stopień, do jakiego zakłócane jest robocze wyrównanie ciągu obracającego się w odwiercie.

Zgodnie ze szczególnymi sposobami wykonania wynalazku sekcja rury jest stopniowo przyspieszana do szybkości obrotowej, z jaką obraca się ciąg rury przed przyłożeniem momentu zestawienia lub rozłączenia i/lub przed mocowaniem konstrukcji zamocowania dla wywarcia na sekcję rury momentu zestawienia z sekcją rury. Uzyskano w ten sposób dalsze zmniejszenie zakłóceń roboczego wyrównania obrotów sekcji rury.

Dla wykonania takich sposobów według wynalazku, wynalazek ponadto przedstawia podajnik rury do przenoszenia sekcji rury z zasobnika do bliższego końca ciągu rury wystającego do odwiertu w skorupie ziemskiej i przenoszenia w odwrotnym kierunku, w podajniku występuje konstrukcja zamocowania sekcji rury służąca do rozłącznego mocowania przenoszonych sekcji rury, konstrukcja prowadząca i napędowa do przemieszczania konstrukcji zamocowania sekcji rury pomiędzy położeniem w pobliżu zasobnika oraz położeniem i ustawieniem w linii z ciągiem rury, a także napęd połączony z konstrukcjązamocowania sekcji rury służący do obrotowego napędu konstrukcji zamocowania sekcji rury.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pierwszy przykład zespołu do łączenia/rozłączania rur według wynalazku,

185 301 w przekroju poprzecznym, fig. 2-7 - kolejne etapy sposobu według wynalazku, w rzutach schematycznych, fig. 8 - drugi przykład wykonania zespołu do łączenia/rozłączania rur i według wynalazku, w przekroju poprzecznym.

Na fig. 2-7 przedstawiono najkorzystniejszy przykład wykonania obrotowego urządzenia wiertniczego do wiercenia w skorupie ziemskiej, a zwłaszcza do wiercenia i obudowywania odwiertów naftowych i gazowych. Pokazane jest schematycznie w kolejnych etapach operacji dodawania sekcji rurowej 1 - w tym przypadku sekcji pojedynczego łącznika rurowego - do ciągu rur 2. Kolejne sekcje rurowe 1' i l przechowuje się w zasobniku 3, umieszczonym z boku ciągu rur 2.

W urządzeniu wiertniczym znajduje się głowica odwiertu 4. Ponad głowicą odwiertu 4 jest zamontowany dolny stół wiertniczy 5, który jest ustawiony na konstrukcji stojakowej 6 i jest pionowo przemieszczany pomiędzy wysokościami rzędu około 11 i 17 metrów powyżej poziomu terenu poprzez zmianę użytecznej długości konstrukcji stojakowej 6. W konstrukcji stojakowej 6 zastosowano siłowniki hydrauliczne wraz z oddzielnymi elementami prowadzącymi o znanych szczegółach konstrukcyjnych, w związku z czym nie opisanych i nie pokazanych. Mogąbyć również zastosowane inne znane układy napędu prostoliniowego do wykonania ruchu w kierunku ciągu rur, na przykład, wciągi linowe oraz śrubowe układy napędu. Powyżej dolnego stołu wiertniczego 5 zamontowano górny stół wiertniczy 7 umieszczony na konstrukcji stojakowej 8 podobnej do konstrukcji stojakowej 6 dolnego stołu wiertniczego 5, i także pionowo przemieszczany zasadniczo w taki sam sposób pomiędzy wysokością około 23 i 30 metrów ponad poziomem gruntu. Oczywiście, mogąbyć dobrane inne zakresy wysokości, w zakresie których stoły 5, 7 przemieszczają się zgodnie z wymaganiami długości sekcji rurowych 1.

Zamiast zastosowania stołów ruchomych na konstrukcjach stojakowych (np. z napędem hydraulicznym lub śrubowym) podnoszenie można uzyskać również w inny sposób, na przykład przy zastosowaniu układu wciągów linowych z prowadzeniem stołów wiertniczych. Jednakże zastosowanie stojaków do podnoszenia i opuszczania stołów wiertniczych będzie szczególnie przydatne dla wiercenia w kierunku ukośnym, lub nawet poziomym.

Na dolnym stole wiertniczym 5 jest umieszczony obrotowy zacisk 9, na którym można rozłącznie podwiesić ciąg rur 2 (przeważnie o masie co najmniej 300.000 do 500.000 kg dla maksymalnej długości). Zacisk 9 jest połączony z napędem 10 wytwarzającym ruch obrotowy ciągu rur 2 i podwyższaj ącym moment obrotowy około 15.000-25.000 Nm. W zacisku 9 j est wykonany współosiowy przelot przechodzący poprzez zacisk 9 i dolny stół wiertniczy 5. Podczas pracy urządzenia wiertniczego przez przelot przechodzi ciąg rur 2. Konstrukcja sekcji zaciskowej zacisku 9 może być w zasadzie podobna do tradycyjnych uchwytów do nieruchomego montowania na podstawie urządzenia wiertniczego. Konstrukcja napędu 10 służącego do obracania zacisku 9 odpowiada części zespołu napędowego na fig. 1, służącego do obracania konstrukcji złącza ciągu rury 13 względem górnego stołu wiertniczego 7.

Na górnym stole wiertniczym 1 jest umieszczony zespół do łączenia/rozłączania rur 11, którego najkorzystniejszy przykład pokazano bardziej szczegółowo na fig. 1. W zespole do łączenia/rozłączania rur 11 występuje pierwsze złącze rurowe 12, dla sekcji rurowej służące do zamocowania sekcji rurowej 1. Współosiowo z pierwszym złączem rurowym 12 i w położeniu poosiowo odsuniętym od położenia pierwszego złącza rurowego 12 jest umieszczone drugie złącze rurowe 13, służące do zamocowania ciągu rur 2.

Konstrukcja pierwszego złączą rurowego 12 może być przykładowo identyczna jak dla klucza cęgowego w tradycyjnym urządzeniu do zestawiania i rozłączania połączeń ciągu rur, w związku z czym nie została pokazaną i opisana. Konstrukcja drugiego złącza rurowego 13 dla ciągu rur może przykładowo być zasadniczo identyczna jak w znanym uchwycie lub podnośniku z aktywnym wspomaganym zaciskaniem dla zapewnienia wystarczającego tarcia, również jeśli ciąg rurjestjeszcze krótki i ma w związku z tym mały ciężar. Korzystnie oba złączą mogąprzenosić na zamocowane części rury moment obrotowy zestawienia dochodzący do 50.000-120.000 Nm.

Pierwsze złącze rurowe 12 dla sekcji rury powinno korzystnie utrzymywać poosiowe obciążenia sekcji rurowych przynajmniej 2.500 do 3.000 kG. Drugie złącze rurowe 13 dla ciągu

185 301 rur powinno przenosić cały ciężar ciągu rur zawieszonego w odwiercie, który może dochodzić do około 500.000 kG przy pełnej długości ciągu rur.

Drugie złącze rurowe 13 dla ciągu rurjest obrotowo podparte przez obrotowo zamocowaną konstrukcję nośną 14, gdzie pomiędzy drugim złączem rurowym 13 i konstrukcją nośną 14 są umieszczone łożyska 15, 16. Konstrukcję nośną 14 zamontowano z kolei na górnym stole wiertniczym 7.

Do obracania drugiego złącza rurowego 13 dla ciągu rur zastosowano napęd z silnikiem elektrycznym 17 połączonym z drugim złączem rurowym 13 i obrotowo zamontowaną konstrukcją nośną 14. W napędzie ciągu rur 2 występuje ponadto zębaty pierścień 18 umieszczony na drugim złączu rurowym 13 oraz kółko zębate 19 z nim zazębione i zamocowane na wale napędowym 20 silnika elektrycznego 17. Silnik elektryczny 17 jest połączony kablami 21.

Pierwsze złącze rurowe 12 jest podparte obrotowo względem konstrukcji drugiego złącza rurowego 13 na kołnierzu 22 połączonym integralnie z drugim złączem rurowym 13 wraz z zapadkami podnoszącymi 23, które wystają do wewnątrz z kołnierza 22. W celu obrotowego napędu pierwszego złącza rurowego 12 względem konstrukcji drugiego złącza rurowego 13 zastosowano napęd z silnikiem elektrycznym 24 połączonym kablami 25, koło zębate 26 zamontowane na wale napędowym 27 silnika elektrycznego 26 oraz okrągły pierścień zębaty 28. Napęd jest zamontowany w obudowie podpierającej 29 integralnie połączonej z kołnierzem 22 i stosownie obracanej wspólnie z pierwszym złączem rurowym 12.

Zasilanie elektryczne silnika 24 połączonego kablami 30 odbywa się za pomocą styków ślizgowych 31,32 umieszczonych na obudowie 29 i na nieruchomej konstrukcji podpierającej 14. Styki ślizgowe 31, 32 współpracują ze sobą na kołowych torach.

W celu ułatwienia obrotu i poosiowego przemieszczenia pierwszego złącza rurowego 12 względem obudowy podpierającej 29, nawet przy dużych momentach obrotowych, pomiędzy pierwszym złączem rurowym 12 i obudową 29 umieszczono cylindryczne łożyska tulejowe 33. Ponieważ względne poosiowe ruchy cylindrycznych powierzchni łożyskowych zgodnie ze skokiem członów łączących są wymagane tylko w czasie występowania wzajemnego ruchu obrotowego, to dla uzyskania potrzebnego ruchu poosiowego zasadniczo nie będzie potrzebne pokonywanie dodatkowego tarcia.

Silnik 24 dostarcza moment obrotowy potrzebny dla wytworzenia momentu obrotowego połączenia, i w przeciwnym kierunku obrotów - dla uzyskania potrzebnego momentu rozłączenia. Zauważono, że przy zastosowaniu przykładowo połączeń ćwierćobrotowych obracanie pierwszego złącza rurowego 12 względem drugiego złącza rurowego 13 może być ograniczone nieco powyżej 1/4 obrotu, jeśli sekcje będą obrotowo wyrównane z rurą, i nieco więcej ponad połowę obrotu, jeśli sekcje rurowe będą uchwycone w przypadkowych położeniach obrotowych. W związku z tym kołnierz zębaty 28 nie musi tworzyć pełnego okręgu wokół pierwszego złącza rurowego 12.

Silnik 24 do napędu sekcji rurowej 1 jest zamocowany do obudowy podpierającej 29, przez co reakcja momentu obrotowego przenosi się bezpośrednio na konstrukcję drugiego złącza rurowego 13, z pominięciem silnika elektrycznego 17. Tak więc moment wywierany dla obrócenia przysuniętej sekcji rurowej 1 względem ciągu rur 2 nie mą zasadniczego wypływu na prędkość obrotowąciągu rur 2. Efekty uboczne spowodowane przez przyspieszenia i opóźnienia sekcji rurowej 1 będą stosunkowo małe i mogą być w znacznej mierze skompensowane przez dość proste sterowanie szybkości silnika elektrycznego 17. Zaletą będzie zmniejszenie obciążenia silnika elektrycznego 17, co zwiększy jego trwałość oraz pozwoli zastosować silnik o mniejszej mocy.

Ponieważ do napędu sekcji rurowej 1 wytwarzającego moment zestawiania lub rozłączenia zastosowano drugi silnik elektryczny 24, niezależny od pierwszego silnika elektrycznego 17 obracającego złącze ciągu rur, zmniejszono do minimum wpływ łączenia na prędkość obrotową ciągu rur 2.

Ponieważ drugi silnik elektryczny 24 jest podparty na obudowie podpierającej 29 połączonej z drugim złączem rurowym 13 w celu jednoczesnego obracania tych elementów, uzyskano prostą konstrukcję przeniesienia reakcji momentu obrotowego na ciąg rur 2.

185 301

Dodanie sekcji rurowej 1 do ciągu rur 2 podczas pracy urządzenia rozpoczyna się od pobrania sekcji rurowej 1 z zasobnika 3. Do przenoszenia sekcji rurowej z zasobnika 3 do bliższego końca ciągu rur 2 wystającego w odwiercie skorupy ziemskiej (a także do przenoszenia w kierunku przeciwnym) jest zastosowany podajnik rur 34 (fig. 2). W podajniku rur 34 jest umieszczony uchwyt mocujący 35 sekcję rury, służący do rozłącznego mocowania przenoszonych sekcji rur 1. Do prowadzenia i napędu uchwytu mocującego 35 pomiędzy położeniem w pobliżu zasobnika 3 oraz ustawieniem w linii z ciągiem rur 2 zastosowano zespół unoszący 36, prowadzony w pionowych szynach prowadnicy 37, którego ramię 38 wychyla się względem prowadnicy 37. Zasobnik 3, zespół unoszący 36 oraz prowadnicę szynową 3 7 pokazano tylko na fig. 2, lecz rozumie się że będą one także występować na fig. 3-7.

W podajniku rur 34 występuje również napęd 40, schematycznie zaznaczony prostokątem, połączony z uchwytem mocującym 35 sekcji rury, służący do obracania uchwytu mocującego 35. Zgodnie z obecnym przykładem wykonania napęd 40 ma zasadniczo taką samą konstrukcję jak tradycyjny klucz cęgowy Iron Roughneck, i może przemieszczać się poprzecznie w kierunku sekcji rury i zamocowania oraz w kierunku przeciwnym. Specjalista zauważy wiele innych możliwości napędu obrotowego uchwytu mocującego 35 względem podajnika rury 34.

Ponadto, w podajniku rur 34 znajduje się ramię stabilizujące 41, wystające poniżej uchwytu mocującego 35 i posiadające imak42 w sąsiedztwie swego dolnego końca. Ramię stabilizujące 41 powstrzymuje prostopadły ruch sekcji rury 1 utrzymywanej w uchwycie mocującym 35.

Podczas przenoszenia sekcji rurowej 1 z zasobnika 3 do bliższego (w tym przypadku górnego) końca ciągu rur 2 występuje obracanie i poosiowe przemieszczanie ciągu rur 2. Początkowo, tuż po przyłączeniu poprzedniej sekcji rury 2, ciąg rur 2 opuszcza się za pomocą obrotowego uchwytu 9 umieszczonego na dolnym stole wiertniczym 5. Górny koniec ciągu rur 2 jest również prowadzony w najwyższej prowadnicy (nie pokazano) przez pionową prowadnicę 37. Przedstawiono to schematycznie na fig. 2.

Tuż przed dolnym położeniem dolnego stołu wiertniczego 5 następuje połączenie drugiego złącza rurowego 13 z bliższym końcem ciągu rur 2 oraz przejęcie funkcji napędowej dla ciągu rur 2. Następnie dolny stół wiertniczy 5 powraca do swego górnego położenia odbiorczego. Przedstawiono to schematycznie na fig. 3.

Jak pokazano na fig. 4, podczas przenoszenia sekcji rury 1 do wyrównania z linią ciągu rur 2 następuje częściowe obniżenie stołów wiertniczych 5, 7. Obrót ciągu rur 2 uzyskuje się za pomocą silnika 17 zespołu złącza rurowego, przez co korzystnie wyeliminowano górny napęd obrotowy ciągu rur 2. Można również powstrzymać obniżenie dolnego stołu wiertniczego 5 aż do połączenia ciągu rur 2 na zacisku 9 dolnego stołu wiertniczego 5.

Na fig. 5 pokazano, że sekcja rurowa 1 została poosiowo zrównana z ciągiem rur 2, lecz jest jeszcze od niego odsunięta. Po czym następuje podniesienie pierwszego złącza rurowego 12 względem drugiego złącza rurowego 13, poprzez stopniowe przesuwanie zapadek 23 promieniowo w kierunku do wewnątrz, za pomocą zespołów napędowych 43 (fig. 1). Są to zespoły dwustronnego działania, tzn. kontrolują ruch zapadek 23 względem wewnętrznych i zewnętrznych obciążeń, co umożliwia również poziome wiercenie.

Z tego położenia sekcja rury 1 opuszcza się do położenia, w którym jej dolny złączny koniec wejdzie w pierwsze złącze rurowe 12 (fig. 6). Wewnętrzny kształt pierwszego złącza rurowego 12 zapobi ega wystawaniu sekcj i rury poniżej określonego położenia, co zabezpiecza przed uszkodzeniem złącznych końców. Po dojściu sekcji rury 1 do żądanego poziomu następuję uruchomienie pierwszego złącza rurowego 12 na sekcji rurowej 1 oraz zwolnienie uchwytu mocującego 35. Zespół do łączenia/rozłączania rur 11 obraca sekcję rury 1 względem ciągu rur 2, tworząc połączenie pomiędzy tymi częściami.

Przyspieszenie sekcji rury 1 łączonej z ciągiem rur 2 z prędkością ciągu rur 7 przed połączeniem, lub przynajmniej wytworzeniem momentu zestawiania bądź rozłączania, umożliwia zmniejszenie zużycia złącza rurowego 12. Ponieważ pokonywaną różnica prędkości łączenia sekcji rury 1 jest stosunkowo mała, zmniejszono również zakłócenia ciągłości obrotu ciągu rur 2 wskutek bezwładności przyspieszanej sekcji rury 1.

185 301

Mniejsze zakłócenia można wyeliminować za pomocą znanych, tzw. podanych regulatorów momentu obrotowego.

Następnie włącza się silnik elektryczny 24 napędu sekcji rury, który obraca sekcję rurową 1 względem ciągu rur 2 w wyniku wytworzenia zadanego momentu obrotowego. Korzystnie, występująłagodne zmiany szybkości obrotowej łączonej sekcji rury, co ułatwia uniknięcie zakłóceń równowagi ciągu obracanego w odwiercie, przykładowo poprzez przewidywanie sił wywieranych w wyniku przyspieszenia lub opóźnienia oraz obrotowej bezwładności łączonej bądź rozłączanej sekcji rury. Wywieranie takiego momentu wytwarza reakcję momentu obrotowego o przeciwnym kierunku obrotu. Reakcja ta przenosi się bezpośrednio na ciąg rur 2, z pominięciem silnika 17 napędu ciągu rur 2 podczas wiercenia lub obudowywania, bez zakłócania ruchu obrotowego ciągu rur 2 przez wywierany moment obrotowy zestawiania.

Podczas łączenia i obracania sekcji rurowej 1 względem ciągu rur 2 następuje stopniowe wycofanie zapadek 23 z ukośnymi końcami z szybkością odpowiadającą podziałce łączonych końców, co stopniowo obniża sekcję rury z szybkościąodpowiadąjącąpodziałce łączonych końców, dzięki czemu uniknięto poosiowego obciążenia ciężarem sekcji rury na złącznych końcach, przed wykonaniem połączenia.

Po złączeniu obrotowy uchwyt 9 zaciska się na ciągu rur 2, przejmuje od zespołu do łączenia/rozłączania rur 11 funkcję napędową oraz utrzymuje ciąg rur 2. Następnie podajnik rury 34 odsuwa się od ciągu rur 7 w kierunku promieniowym względem ciągu rur 2. Górny stół wiertniczy 7 z zamocowanym zespołem złącza do rur 11 przesuwa się w górę, wzdłuż dodanej sekcji rury 1. Po połączeniu sekcji rurowej 1 z ciągiem rur 2 zespół złącza rurowego po wytworzeniu momentu zestawienia zostaje poosiowo przesunięty w kierunku bliższego końca ciągu rur 2, który jest wydłużony poprzez dodanie sekcji rury 1, łączy się z tym końcem przedłużającym ciąg rur 2 i wytwarza reakcję momentu obrotowego na przedłużonym ciągu rur 2 w wyniku łączenia następnej sekcji rurowej 1' do przedłużonego ciągu rur 2.

W ten sposób następuje umieszczenie złącz rurowych 12,13 zespołu do łączenia/rozłączania rur 11 wokół ciągu rur 2. Zapobiega to poprzecznemu przemieszczaniu bocznej zasuwy nadającej poprzeczny ruch złączom rurowym 12, 13 w kierunku zamkniętego i otwartego położenia oraz umożliwia pełne otoczenie otworu przez złącza rurowe 12, 13 dla umieszczenia łączonej rury. Upraszcza to konstrukcję złączy rurowych 12,13 i uchwycenie pełnego obwodu ciągu rur 2, zapewniając w sposób dostateczny przeniesienie dużych momentów obrotowych przy stosunkowo niskich naciskach. Ponadto naciski powierzchniowe potrzebne dla uzyskania żądanej trakcji można zmniejszyć poprzez wprowadzenie dużych powierzchni szczęk w złączach rurowych 12, 13.

Podczas ruchu do góry zespołu do łączenia/rozłączania rur 11 i podajnika rury 34 najwyższa sekcja rury 1 w ciągu rur 2 jest prowadzona za pomocą imaka 42 i zapadki 23 zespołu do łączenia/rozłączania rur 11. Gdy zespół do łączenia/rozłączania rur 11 dojdzie do złącznego końca sekcji rury o nieco większej średnicy, następuje elastyczne wycofanie zapadek 23.

W obecnym przykładzie ciąg rur 2 jest ustawiony pionowo, lecz może być również ustawiony ukośnie, a nawet poziomo.

Alternatywny przykład zespołu do łączenia/rozłączania rur 45 pokazano na fig. 8. W zespole do łączenia/rozłączania rur 45 występuje pierwsze złącze rurowe 46 dla sekcji rury 1, poosiowe przesuwnej i prowadzonej przez górnączęść drugiego złącza rurowego 47, do połączenia ciągu rur 2. Ruch poosiowy następuje zgodnie z obrotem wytwarzanym przez silnik 54 oraz podziałkę złączy rur, przez co wzajemny obrót pierwszego złącza rurowego 46 względem drugiego złącza rurowego 47 wiąże się z zasadniczo takim samym poosiowym przemieszczeniem ciągu rur 2 i sekcji rury 1.

Przy każdym połączeniu lub rozłączeniu sekcji rury 1 następuje obrócenie pierwszego złączą rurowego 46, i w ten sposób odkręcenie do wyjściowego położenia. Drugie złącze rurowe 47 jest podparte na zabezpieczonej przed obrotem konstrukcji nośnej 49.

Do obracania drugiego złącza rurowego 47 dla ciągu rur 2 zastosowano silnik 50 oraz zabezpieczoną przed obrotem konstrukcję nośną 49.

185 301

Do obracania drugiego złącza rurowego 47 dla ciągu rury 2 zastosowano silnik 40 oraz zabezpieczoną przed obrotem konstrukcję nośną49. Ponadto, do napędu ciągu rur 2 służy zębaty pierścień 51 umieszczony na drugim złączu rurowym 47 oraz koło zębate 52 zamocowane na wale napędowym 53 ciągu rur 2. Z wałem napędowym 53 współpracuje przekładnia kątowa 50, przenosząca obroty silnika 50 do osi obrotu ciągu rur 2.

W układzie napędowym złączy rurowych 46 i 47 zastosowano drugi silnik 54. W tym zespole z łańcuchem napędowym współpracuje przekładnia kątowa 55, wał napędowy 56, przekładnia rozdzielająca 57, wały 58,59 z kołami zębatymi 60,61 i zębate pierścienie zazębione z kołami zębatymi 60, 61.

Przekładnia rozdzielająca 57 napędza wały 58,59 w przeciwnych kierunkach, bez wpływu na zgodne obracanie wałów napędowych 58, 59. W tym celu w przekładni 57 zastosowano mechanizm różnicowy z nawrotnicą dla jednego z wałów napędowych 58, 59.

Momenty obrotowe wywierane na oba wały napędowe 58,59 są identyczne, podobnie jak średnice kół zębatych 60, 61 i pierścieni zębatych 51, 62. Obracający się silnik 54 przenosi moment obrotowy na pierwsze złącze rurowe 46, a na drugie złącze rurowe 47 oddziaływuje przeciwnie skierowany moment obrotowy o tej samej wielkości. W ten sposób na ciąg rur 2 przekazywany jest przeciwnie skierowany moment obrotowy bez wpływu na działanie silnika 50, który bez przerwy dostarcza obroty dla ciągu rur 2, przy czym w znacznej mierze uniknięto gwałtownych wzrostów prędkości ciągu rur 2.

Koło zębate 60 współpracujące z zębatym pierścieniem 62 pierwszego złącza rurowego 46 zamontowano suwliwie na wale 58, przez co podąża za poosiowym przesuwem pierścienia zębatego 62 przy wkręcaniu lub wykręcaniu z drugiego złącza rurowego 47. Współosiowe tarcze prowadzące 65, 66 zamontowane po przeciwnych stronach kół zębatych zapewniają dokładną nadążność koła zębatego 60 za poosiowym przesuwem zębatego pierścienia 62. Tarcze prowadzące 65, 66 wystają promieniowo poza koło zębate 60 i zachodzą na boczne powierzchnie kołnierza, na którym osadzono pierścień zębaty 62 pierwszego złącza rurowego 46.

Ponad pierwszym złączem rurowym 46 i wokół przelotu 64 dla sekcji rury 1 umieszczono klocki prowadzące 63 żerdź wiertniczą podczas przesuwu zespołu do łączenia/rozłączania rur 45 wzdłuż nowo połączonej sekcji rury. Klocki 63 są uchylnie dociskane do żerdzi sprężynami 65 i wyrównujanowo połączone sekcje rury 1 z ciągiem rur 2 do czasu połączenia jej wolnego końca z drugim złączem rurowym 47. W przeciwieństwie przypadku, przy zdejmowaniu sekcji rury 1 z ciągu rur 2 klocki prowadzące 63 utrzymują współliniowość po odłączeniu sekcji rury 1 od ciągu rur 2 za pomocą drugiego złącza rurowego 47, do czasu połączenia z podajnikiem rury.

Dla specjalisty będzie oczywiste, że choć powyższe przykłady dotyczą wiercenia i obudowywania odwiertów naftowych i gazowych, stosownie adaptowane warianty obecnego wynalazku mogą być również zastosowane w połączeniu z innymi operacjami wiercenia gruntu.

185 301

Fig. 8

185 301

CS

-s·

185 301

co

185 301

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 4,00 zł.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób łączenia/rozłączania rur w urządzeniu wiertniczym polegający, zwłaszcza na łączeniu/rozłączaniu sekcji rury z ciągiem rur wystającym z obrotowego urządzenia wiertniczego służącego do prowadzenia odwiertu w skorupie ziemskiej, znamienny tym, że sekcję rury (1) obraca się względem ciągu rur (2) poprzez wywieranie momentu obrotowego łączenia/rozłączania, które powoduje wystąpienie przeciwnie skierowanego momentu obrotowego, zaś obroty silnika (17; 50) przenoszą się na ciąg rur (2), który to ciąg obraca się w odwiercie, natomiast przeciwnie skierowany moment obrotowy przenosi się na ciąg rur (2) wzdłuż toru przechodzącego przez silnik (17; 50).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że łączoną z ciągiem rur (2) sekcję rury (1) przyspiesza się do prędkości ciągu rur (2) przed przyłożeniem momentu obrotowego łączenia/rozłączenia.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że łączoną z ciągiem rur (2) sekcję rury (1) przyspiesza się do prędkości obrotowej ciągu rur (2), po czym łączy się pierwsze złącze rurowe (12; 46) z sekcją rur (1).
4. 4. Sposób według zastrz. 3 znamienny tym, że ponadto po połączeniu sekcji ruy (1) z ciągiem rur (2) poosiowe przemieszcza się zespół do łączenia/rozłączania rur (11; 45), przez który przeniesiono moment zestawienia i przeciwnie skierowany moment obrotowy, zaś przemieszczanie następuje w kierunku bliższego końca ciągu rur (2) przedłużonego przez sekcję rury (1); natomiast połączenie kolejnej sekcji rury (1) z ciągiem rur (2) obejmuje połączenie bliższego końca ciągu rur (2) oraz wywieranie przeciwnie skierowanego momentu obrotowego na przedłużony ciąg (2) poprzez zespół do łączenia/rozłączania rur (11; 45).
5. 5. Zespół do łączenia/rozłączania rur w urządzeniu wiertniczym, zwłaszcza do łączenia/rozłączania sekcji rury i ciągu rur poosiowo wystającego z obrotowego urządzenia wiertniczego służącego do prowadzenia odwiertu w skorupie ziemskiej, znamienny tym, że zawiera drugie złącze rurowe (13; 47) do zamocowania ciągu rur (2), z którym współpracuje pierwsze złącze rurowe (12,46) do zamocowania sekcji rury (1), a które jest ustawione względem drugiego złącza rurowego (13; 47) współosiowo i obrotowo orazjest odsunięte poosiowo od położenia drugiego złącza rurowego (13; 47), które jest z kolei obrotowo podparte przez zabezpieczoną przed obrotem konstrukcję nośną (14; 49), natomiast napęd (37-20; 50-53) ciągu rur (2) zawiera silnik elektryczny (17; 50) połączony z drugim złączem rurowym (13; 47) oraz z zabezpieczonąprzed obrotem konstrukcję nośną (14; 49) do obracania drugim złączem rurowym (13; 47) względem zabezpieczonej przed obrotem konstrukcji nośnej (14; 49), zaś napęd (24-28; 54-58,60,62) sekcji rury (1) obraca pierwsze złącze rurowe (12; 46) względem drugiego złącza rurowego (13; 47) z momentem obrotowym zestawienia lub rozłączenia, przy czym napęd (24-28; 54-58,60,62) sekcji rury (1) jest dostosowany do przeniesienia przeciwnie skierowanego momentu obrotowego potrzebnego dla połączenia/rozłączenia do drugiego złącza rurowego (13; 47) wzdłuż toru przeniesienia przechodzącego przez silnik (17; 50) napędu drugiego złącza rurowego (13; 47).
6. 6. Zespół według zastrz. 5, znamienny tym, że każde złącze rurowe (12,13; 46,47) tworzy zamknięty pierścień całkowicie otaczający przelot do umieszczenia w nim mocowanej rury.
7. 7. Zespół według zastrz. 5, znamienny tym, że napęd (24-28; 54-58,60, 62) sekcji rury (1) posiada drugi silnik (24; 54), umieszczony oddzielnie względem pierwszego silnika (17; 50) do napędu drugiego złącza rurowego (13; 47) dla obrócenia sekcji rury (1) momentem dochodzącym do momentu zestawienia lub rozłączenia.
8. 8. Zespół według zastrz. 7, znamienny tym, że drugi silnik (24) jest połączony z drugim złączem rurowym (13) do jednoczesnego obracania.

   185 301
9. 9. Zespół według zastrz. 8, znamienny tym, ze obrotowa konstrukcja nośna (29) i zabezpieczona przed obrotem konstrukcja nośna (14) jest zaopatrzona w styki ślizgowe (31, 32) współpracujące wzdłuż kołowego toru.
10. 10. Zespół według zastrz. 9, znamienny tym, że ponadto zawiera podajnik rur (34) do przenoszenia sekcji rury (1) z zasobnika (3) do bliższego końca ciągu rur (2) wystającego z odwiertu w skorupie ziemskiej i przenoszenia w kierunku przeciwnym, w którym występuje uchwyt mocujący (35) sekcję rury (1) dla rozłącznego mocowania przenoszonej sekcji rury (1), zespół unoszący prowadząco-napędowy (36-3e) dla przemieszczania uchwytu mocującego (35) pomiędzy położeniem w pobliżu zasobnika (3) oraz wyrównaniem względem ciągu rur (2), a także napęd (40) połączony z uchwytem mocującym (35) dla obracania nim.
11. 11. Wespół według zastrz. 10, znamienny tym, że ponadto zespół unoszący prowadzą^napędowy (36-3e) jest dostosowany do przemieszczania uchwytu mocującego (35) w kierunku, w którym w warunkach roboczych sekcje rur (1) są zorientowane podczas ustawienia w jednej linii z ciągiem rur (2).