RU2524346C2

RU2524346C2 - Буровая установка с несколькими гидроцилиндрами и способ ее эксплуатации

Info

Publication number: RU2524346C2
Application number: RU2011143719/03A
Authority: RU
Inventors: Уоррен СТРЭЙНДЖ
Original assignee: Стрэйндж Инвестментс (Дабл-юЭй) Пти Лтд.
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2014-07-27
Also published as: US20120061144A1; CA2755999C; US9394749B2; CN102428246A; AU2010225466A1; BRPI1009371A2; CL2011002323A1; JP5490870B2; EP2408998A4; MX2011009854A; US8997893B2; ZA201107666B; CN102428246B; JP2012520953A; AU2009201127A1; EP2408998A1; AU2010225466B2; AP2011005940A0; WO2010105308A1; CA2755999A1

Abstract

Изобретение относится к буровой установке с несколькими гидроцилиндрами и способу эксплуатации подобной буровой установки. Буровая установка содержит буровую вышку и буровой наконечник. Буровой наконечник выполнен с возможностью прямолинейного перемещения вдоль буровой вышки. Буровой наконечник передает крутящий момент бурильной колонне, прикрепленной к буровому наконечнику и, тем самым, к головке бура. Буровой наконечник перемещается вдоль буровой вышки посредством гидроцилиндров. Гидроцилиндры обеспечивают удерживающее и подающее усилие головки бура посредством бурового наконечника. Гидроцилиндры выполнены с возможностью выборочного приведения в действие для обеспечения выборочного приложения удерживающего и подающего усилий. 2 н. 13 з.п. ф-лы, 2 табл., 8 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к буровой установке с несколькими гидроцилиндрами и способу эксплуатации подобной установки.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Типичная буровая установка содержит буровую вышку, которая содержит буровой наконечник, вращающий бурильную колонну. Буровой наконечник может перемещаться вверх и вниз по буровой вышке для спуска и подъема бура в скважину и из скважины. Движение бурового наконечника регулируется с помощью одного или нескольких гидравлических цилиндров. Размер используемых гидроцилиндров зависит от максимальной глубины бурения буровой установки. Для бурения относительно мелких скважин, глубиной, например, до 800 м, буровая установка может содержать два гидроцилиндра диаметром 120 мм (приблизительно 5") каждый. Для такой буровой установки нужен источник питания с мощностью приблизительно в 400 л.с. (304 кВт), потребляющий около 960 литров топлива в сутки. Для сравнения, буровая установка, предназначенная для бурения на глубину примерно 2000 м, может содержать два гидроцилиндра диаметром по 300 мм (12") каждый и источник питания мощностью в 2500 л.с. (1,9 МВт), потребляющий примерно 8400 литров топлива в сутки. Причиной того, что для бурения более глубоких скважин необходимы гидроцилиндры больших размеров, является то, что по мере увеличения глубины скважины при увеличении веса бурильной колонны буровая установка может прикладывать необходимое удерживающее усилие, обеспечивая возможность регулировки эффективной нагрузки, прикладываемой бурильной колонной к головке бура.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте изобретения предложена буровая установка, содержащая:

буровую вышку;

буровой наконечник, выполненный с возможностью приложения крутящего момента к головке бура, при этом буровой наконечник закреплен на буровой вышке для обеспечения поступательного движения вдоль буровой вышки;

передвижную каретку шкивов, закрепленную на буровой вышке для обеспечения перемещения вдоль буровой вышки и соединенную с буровым наконечником, при этом усилие, действующее на передвижную каретку шкивов в одном направлении, передается как усилие, действующее на буровой наконечник в противоположном направлении; и

гидроцилиндры, присоединенные между буровой вышкой и передвижной кареткой шкивов, при этом гидроцилиндры выборочно приводятся в действие для выборочного приложения переменного усилия симметрично на передвижную каретку шкивов в любом направлении вдоль буровой вышки, при этом выборочное переменное усилие передается посредством передвижной каретки шкивов буровому наконечнику для приложения удерживающего и подающего усилия на головку бура, соединенную с буровым наконечником.

В одном варианте выполнения гидроцилиндры выполнены с возможностью приведения в действие и соединения с передвижной кареткой шкивов для увеличения числа гидроцилиндров, оказывающих усилие на передвижную каретку шкивов, постепенно по одному.

На одном конце гидроцилиндры могут быть присоединены к верхнему концу буровой вышки, а на противоположном конце - к передвижной каретке шкивов.

Передвижная каретка шкивов и буровой наконечник могут быть расположены в разных параллельных плоскостях, размещаясь рядом друг за другом.

Передвижная каретка шкивов может иметь два комплекта шкивов и два комплекта тросов, причем первый комплект тросов, прикрепленный на одном конце к верхнему концу буровой вышки, расположен над первым комплектом шкивов и присоединен, на противоположном конце, к верхнему концу бурового наконечника; а второй комплект тросов, закрепленный на одном конце к нижнему концу буровой вышки, расположен над вторым комплектом шкивов и присоединен, на противоположном конце, к нижнему концу бурового наконечника.

Передвижная каретка шкивов и гидроцилиндры могут быть выполнены таким образом, что при выдвижении гидроцилиндров усилие передается к головке бура как удерживающее, а при втягивании гидроцилиндров усилие передается к головке бура как подающее.

Передвижная каретка шкивов может быть соединена с буровым наконечником таким образом, что перемещение передвижной каретки шкивов на первое расстояние, обусловленное втягиванием или выдвижением гидроцилиндров, вызывает в два раза большее перемещение к буровому наконечнику.

Буровая установка с несколькими гидроцилиндрами может содержать соединительную систему для выборочного соединения гидроцилиндров с передвижной кареткой шкивов.

В одном варианте выполнения гидроцилиндры содержат по меньшей мере один основной гидроцилиндр, выполненный с возможностью приложения усилия к передвижной каретке шкивов в месте, расположенном вдоль линии перемещения каретки. Кроме того, гидроцилиндры могут содержать один основной гидроцилиндр и четное количество дополнительных гидроцилиндров, при этом дополнительные гидроцилиндры расположены парами, причем гидроцилиндры в каждой паре симметрично расположены вокруг основного гидроцилиндра.

В альтернативном варианте выполнения изобретения гидроцилиндры содержат два основных гидроцилиндра, выполненных с возможностью непрерывной работы для обеспечения удерживающего и подающего усилия к головке бура. В данном варианте выполнения гидроцилиндры содержат нечетное количество дополнительных гидроцилиндров, расположенных симметрично вокруг основных гидроцилиндров или между ними, при этом первый из дополнительных гидроцилиндров расположен посередине между основными гидроцилиндрами.

Буровая установка с несколькими гидроцилиндрами может содержать источник питания, выполненный с возможностью обеспечения максимальной выходной мощности в пределах от 400 л.с. (304 кВт) до 500 л.с. (380 кВт) и бурения на глубину по меньшей мере 2000 м.

Во втором аспекте изобретения предложен способ бурения скважины, включающий:

использование буровой вышки;

закрепление бурового наконечника, выполненного с возможностью приложения крутящего момента к головке бура, и передвижной каретки шкивов к буровой вышке таким образом, что буровой наконечник и каретка выполнены с возможностью прямолинейного перемещения вдоль буровой вышки;

соединение каретки с буровым наконечником таким образом, что перемещение каретки в одном направлении вызывает перемещение бурового наконечника в противоположном направлении;

выборочное приведение в действие одного или нескольких гидроцилиндров для симметричного приложения постепенно увеличивающегося усилия к передвижной каретке шкивов.

Один или несколько гидроцилиндров выборочно приводятся в действие путем увеличения числа гидроцилиндров, которые прикладывают усилие к передвижной каретке шкивов, по одному гидроцилиндру зараз.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты выполнения настоящего изобретения будут теперь описаны подробно со ссылками на прилагающиеся чертежи, на которых:

Фиг.1 представляет собой вид сбоку первого варианта выполнения буровой установки с несколькими гидроцилиндрами, выполненной в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.2 представляет собой схематическое изображение передвижной каретки шкивов, включенной в состав буровой установки;

Фиг.3 представляет собой разрез по линии А-А каретки, показанной на Фиг.3;

Фиг.4 представляет собой увеличенный вид части буровой установки, показывающий присоединение гидроцилиндров к каретке;

Фиг.5 представляет собой вид спереди первой конфигурации гидроцилиндров и системы шкивов, включенных в состав буровой установки;

Фиг.6 представляет собой вид спереди второй конфигурации гидроцилиндров и системы шкивов, включенных в состав буровой установки;

Фиг.7 представляет собой вид спереди третьей конфигурации гидроцилиндров и системы шкивов, включенных в состав буровой установки;

Фиг.8 представляет собой изображение второго варианта выполнения буровой установки с несколькими гидроцилиндрами.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

В одном варианте выполнения настоящего изобретения предлагается буровая установка, имеющая гидроцилиндры, которые могут быть выборочно приведены в действие для постепенного увеличения количества гидроцилиндров, прикладывающих удерживающее и подающее усилия к буровому наконечнику и к связанной с ним головке бура, вращаемой буровым наконечником, таким образом, что усилие прикладывается пропорционально или симметрично. Например, в одном варианте выполнения буровая установка может содержать три гидроцилиндра, которые прикладывают удерживающее и подающее усилия к головке бура, соединенной с буровым наконечником. Гидроцилиндры могут приводиться в действие постепенно: сначала приводится в действие один гидроцилиндр, затем два гидроцилиндра, а затем все три. Гидроцилиндры выполнены таким образом, что при постепенном приведении их в действие усилие прикладывается пропорционально или симметрично. Этому способствует использование передвижной каретки шкивов, которая соединена между гидроцилиндрами и буровым наконечником. Каретка и буровой наконечник соединены вместе таким образом, что перемещение передвижной каретки шкивов в одном направлении вызывает перемещение бурового наконечника в противоположном направлении. Гидроцилиндры выполнены с возможностью приведения в действие и соединения с передвижной кареткой шкивов, чтобы постепенно увеличивать количество гидроцилиндров, которые прикладывают усилие к передвижной каретке шкивов, по одному гидроцилиндру зараз. Усилие, прикладываемое посредством гидроцилиндров, является пропорциональным или симметричным в том отношении, что равнодействующая сила прикладывается равномерно вдоль или вокруг центральной линии каретки, не допуская тем самым возникновения вращающего момента или крутящего момента, приложенного к каретке. Соединение между передвижной кареткой шкивов и буровым наконечником образует по существу замкнутый путь непрерывной передачи усилия, причем усилие, приложенное к передвижной каретке шкивов в одном направлении, передается и затем прикладывается к буровому наконечнику в противоположном направлении. Кроме того, сила веса бурового наконечника передается к передвижной каретке шкивов, а затем к гидроцилиндрам. Передвижная каретка шкивов снабжена первым и вторым комплектами шкивов, вокруг которых проходят соответствующие канаты или тросы. В зависимости от расположения гидроцилиндров на каждый трос, расположенный вокруг первого комплекта шкивов, действует одинаковая нагрузка. Точно такая же одинаковая нагрузка действует на каждый из тросов, расположенных вокруг второго комплекта шкивов. Однако нагрузка, действующая на тросы, проходящие вокруг первого комплекта шкивов, не будет равна нагрузке, действующей на тросы, проходящие вокруг второго комплекта шкивов, за исключением случая, когда вокруг соответствующих комплектов шкивов имеется одинаковое количество тросов.

На Фиг.1 изображен первый вариант выполнения буровой установки 10 с несколькими гидроцилиндрами. Буровая установка 10 содержит буровую вышку 12 и буровой наконечник 14, выполненный с возможностью прямолинейного перемещения вверх и вниз вдоль буровой вышки 12. Буровой наконечник 14 передает крутящий момент бурильной колонне 16, прикрепленной к буровому наконечнику 14 и тем самым к головке 18 бура, соединенной с дистальным концом бурильной колонны 16. Буровой наконечник 14 перемещается вдоль буровой вышки 12 при помощи гидравлической системы 20, которая содержит гидроцилиндры 22а, 22b и 22с (в дальнейшем называемые «гидроцилиндры 22»). Гидроцилиндры 22 обеспечивают приложение удерживающего и подающего усилий к головке 18 бура посредством бурового наконечника 14. Гидравлическая система 20 содержит источник подачи сжатой гидравлической текучей среды 24, который может представлять собой, например, комбинацию гидравлического двигателя и резервуара для хранения рабочей жидкости гидравлической системы, а также гидравлические клапаны 25 и шланги 26, соединяющие гидроцилиндры 22 с источником 24.

Гидроцилиндры 22 выполнены с возможностью выборочного изменения приложенных к головке бура удерживающего и подающего усилий. Кроме того, гидроцилиндры выборочно приводят в действие, чтобы постепенно увеличивать число гидроцилиндров по одному зараз, применительно к тем гидроцилиндрам, которые прикладывают удерживающее и подающее усилия к головке 18 бура, обеспечивая тем самым бурение скважины на постепенно большую глубину. Таким образом, например, при бурении на первую глубину выбирают первый из гидроцилиндров 22а; затем, при бурении скважины на вторую, большую глубину, выбирают гидроцилиндры 22b и 22с; и, наконец, при бурении скважины на третью, еще большую глубину, выбирают все три гидроцилиндра 22а, 22b и 22с.

Удерживающее и подающее усилия прикладываются к буровому наконечнику 14 / головке 18 бура посредством системы 28 шкивов. Система 28 шкивов содержит передвижную каретку 30 шкивов, верхние ролики 32 и нижние ролики 34. Верхние и нижние ролики 32 и 34 вращаются на осях, которые линейно закреплены на противоположных концах буровой вышки 12. Передвижная каретка 30 шкивов выборочно соединена с гидроцилиндрами 22 и перемещается прямолинейно относительно буровой вышки 12 вдоль направляющей конструкции (не показана). Система 28 шкивов выполнена таким образом, что усилие, прикладываемое при выдвижении гидравлических гидроцилиндров 22, соединенных с передвижной кареткой 30, передается к головке 18 бура как удерживающее усилие, тогда как усилие, прикладываемое при втягивании гидроцилиндров 22, передается к головке 18 бура как прижимающее усилие.

Со ссылкой в особенности на Фиг.2-4, передвижная каретка 30 содержит два комплекта шкивов 42 и 44. Первый комплект шкивов 42 содержит шкивы 42а и 42b, расположенные на противоположных сторонах передвижной каретки 30 и выполненные с возможностью вращения вокруг общей оси 43. Шкивы 42а и 42b имеют желобки, соответственно Ga1, Ga2 и Ga3 и Gb1, Gb2 и Gb3. Второй комплект шкивов 44 содержит два шкива 44а и 44b, которые при вертикальном положении буровой вышки расположены ниже шкивов 42, по одному шкиву на каждой стороне передвижной каретки 30. Шкивы 44 установлены для вращения вокруг общей оси 45, расположенной параллельно оси 43. Шкивы 44а и 44b имеют по одному желобку, соответственно Ga4 и Gb4.

Первый комплект тросов Ra1, Ra2, Ra3, Rb1, Rb2 и Rb3 (в дальнейшем называемый «первые тросы R1-3») проходит вокруг шкивов 42 и расположен в желобках, соответственно Ga1, Ga2 Ga3, Gb1, Gb2 и Gb3. Второй комплект тросов Ra4 и Rb4 (в дальнейшем называемый «вторые тросы R4») проходит вокруг шкивов 44 и расположен в желобках, соответственно Ga4 и Gb4.

Один конец каждого из первых тросов R1-3 соединен с буровой вышкой 12 в месте L1, находящемся посередине длины вышки 12 (см. Фиг.1). При этом первые тросы R1-3 проходят вокруг соответствующих шкивов 42 и направлены вверх к верхним роликам 32, а затем соединены с верхней частью бурового наконечника 14. Один конец каждого из вторых тросов R4 соединен с нижним участком L2 буровой вышки, проходит вокруг соответствующих шкивов 44, а затем проходит вниз и вокруг нижних роликов 34, расположенных под нижним участком L2, а затем проходит вверх для соединения с буровым наконечником 14. Ясно, что в результате этого соединения перемещение передвижной каретки 30 вниз вызывает соответствующее перемещение бурового наконечника 14 вверх, а перемещение передвижной каретки 30 вверх приводит к перемещению бурового наконечника 14 вниз. Соответственно, усилие, приложенное к каретке 30 и направленное вниз, передается и действует как усилие, направленное вверх (удерживающее усилие) и приложенное к буровому наконечнику 14, тогда как усилие, приложенное к каретке 30 и направленное вверх, передается и действует как усилие, направленное вниз (подающее усилие) и приложенное к буровому наконечнику 14.

Каретка 30 и буровой наконечник 14 перемещаются прямолинейно в соответствующих плоскостях, взаимно параллельных друг другу и параллельных длине буровой вышки 12, но расположенных друг за другом. Кроме того, гидроцилиндры 22 расположены в той же плоскости, что и каретка 30.

Гидроцилиндры 22 содержат соответствующий цилиндр 60 и поршень 62. Каждый гидроцилиндрам 22, а более конкретно его соответствующий цилиндр 60, одним концом соединен с верхним концом вышки 12. Поршни 62 каждого гидроцилиндра 22 выборочно соединены с кареткой 30 посредством соединительной системы 64 (см. Фиг.2-4). Соединительная система 64 содержит фиксирующие шпонки 66, которые могут выборочно перемещаться для взаимодействия и выхода из взаимодействия с соответствующим поршнем 62. Каждый поршень 62 имеет сужение 68 меньшего диаметра, которое может быть вставлено в соответствующее отверстие 70, выполненное в каретке 30. Каждое отверстие имеет фиксирующую шпонку 66, выполненную с возможностью поперечного перемещения при работе гидроцилиндра 72, с целью выборочного взаимодействия и выхода из взаимодействия с сужением 68.

К гидроцилиндрам 22, которые не взаимодействуют с кареткой 30, подается управляющее давление для того, чтобы удерживать соответствующие поршни 62 во втянутом положении. При необходимости осуществить сцепление гидроцилиндра 22 с кареткой 30 для приложения большего удерживающего и подающего усилий открывают гидравлический клапан 25 гидравлической системы, при этом соответствующий поршень 62 проходит из своего цилиндра 60 к положению, в котором сужение 68 входит в соответствующее отверстие 70 каретки 30, при этом сужение 68 располагается в положении, в котором сужение может входить во взаимодействие с фиксирующей шпонкой 66. Затем цилиндр 72, управляющий фиксирующей шпонкой 66, приводится в действие для того, чтобы переместить фиксирующую шпонку в положение, в котором она входит во взаимодействие с сужением 68 и тем самым соединяет соответствующий гидроцилиндр с кареткой 30. При этом к цилиндру 72 приложено управляющее давление, которое удерживает фиксирующую шпонку 66 в этом положении. Затем гидроцилиндрами можно управлять обычным образом для приложения усилия к каретке 30, которое передается как удерживающее и подающее усилия к буровому наконечнику 14 и, таким образом, к головке 18 бура, соединенной с буровым наконечником.

На Фиг.5-7 показано, как гидроцилиндры 22 выборочно приводят в действие с целью постепенного или выборочного изменения удерживающего и подающего усилий, приложенных к головке 18 бура.

В данном варианте выполнения буровая установка 10 содержит три гидроцилиндра 22а, 22b и 22с. Предположим, что необходимо пробурить скважину на глубину 2000 м. Чтобы пробурить скважину на указанную глубину, сжатая гидравлическая текучая среда посредством гидравлической системы 20 подается сначала к первому из гидравлических гидроцилиндров 22а. Поршень 62а гидроцилиндра 22а проходит из цилиндра 60а, и, в результате, сужение 68 входит в соответствующее отверстие 70 каретки 30. Цилиндр 72 приводится в действие для перемещения фиксирующей шпонки 66 в положение, в котором она входит во взаимодействие с сужением 68 для соединения гидроцилиндра 22а с кареткой 30. При бурении скважины первоначально только гидроцилиндр 22а обеспечивает необходимые удерживающее и подающее усилия, действующие на головку 18 бура. Равнодействующее усилие, приложенное гидроцилиндром 22а, действует пропорционально или симметрично на каретку 30, поскольку сила, приложенная гидроцилиндром, направлена вдоль центральной линии перемещения каретки 30. При этом гидроцилиндр 22а не создает никакой вращающий или крутящий момент, действующий на каретку 30.

По мере увеличения глубины скважины возрастает общий вес бурильной колонны 16. Поэтому для управления осевой нагрузкой на головку 18 бура необходимо большее удерживающее усилие. Таким образом, например, как только глубина скважины превысит 500 м, к каретке 30 присоединяют два гидроцилиндра, а именно гидроцилиндры 22b и 22с, так, как описано выше применительно к гидроцилиндру 22а; при этом гидроцилиндр 22а отсоединяют от каретки 30 путем втягивания соответствующей фиксирующей шпонки 66. Поршень 62а втягивается и удерживается во втянутом положении при приложении управляющего давления.

В силу вышесказанного два гидроцилиндра 22b и 22с обеспечивают удерживающее и подающее усилия, действующие на головку 18 бура. Это расположение представлено на Фиг.6, на которой соответствующие штоки 62b и 62с поршней соответствующих гидроцилиндров 22b и 22с показаны соединенными с кареткой 30. Равнодействующая сила, приложенная посредством гидроцилиндров 22b и 22с, действует на каретку 30 пропорционально или симметрично, так как оба гидроцилиндра обеспечивают одинаковое усилие в одном направлении и в местах, равномерно расположенных относительно центральной линии каретки 30. При этом гидроцилиндр не создает никакой вращающий или крутящий момент, действующий на каретку 30.

Для того чтобы продолжить бурение на дополнительную глубину, например на глубину 1000 м, используются указанные два гидроцилиндра 22b и 22с, выполненные с возможностью обеспечения соответствующих удерживающего и подающего усилий, действующих на буровую установку 10; после чего, как показано на Фиг.7, для работы выбирают все три гидроцилиндра 22а, 22b и 22с, обеспечивающие удерживающее и подающее усилия. При таком расположении каждый из гидроцилиндров 22 соединен с гидравлическим двигателем 24, причем соответствующие штоки поршней каждого гидроцилиндра соединены с кареткой 30. Как и ранее, приложенное усилие также является пропорциональным или симметричным.

Каждый из тросов R1-3 несет одинаковую с остальными нагрузку, как и тросы R4. Однако, поскольку количество тросов R1-3 (шесть тросов) отличается от количества тросов R4 (два троса), нагрузка на каждый из тросов R1-3 отличается от нагрузки на каждый из тросов R4.

Таким образом, ясно, что указанные варианты выполнения буровой установки позволяют использовать постепенное увеличение количества гидроцилиндров для управления или иным образом выборочного изменения удерживающего и подающего усилий, которые могут быть приложены к головке 18 бура. Буровая установка и, в особенности, гидравлическая система выполнены с возможностью использования гидроцилиндров для обеспечения пропорционального или симметричного удерживающего и подающего усилия, учитывая, что количество соединенных с буровым наконечником гидроцилиндров постепенно увеличивается.

В варианте выполнения, показанном на Фиг.5-7, гидроцилиндр 22а, а именно центральный гидроцилиндр, можно рассматривать как один-единственный основной гидроцилиндр. В этом варианте выполнения гидроцилиндры содержат один основной гидроцилиндр и четное количество (2) дополнительных гидроцилиндров, а именно гидроцилиндры 22b и 22с. Дополнительные гидроцилиндры симметрично расположены парами относительно основного гидроцилиндра 22а. Однако варианты выполнения изобретения не ограничены буровыми установками, содержащими только три гидроцилиндра или только один основной гидроцилиндр. Например, на Фиг.8 изображен вариант выполнения изобретения, в котором гидравлическая система содержит пять гидроцилиндров 22а-22е. В указанном варианте выполнения гидроцилиндр 22а можно рассматривать как один-единственный основной гидроцилиндр. Гидроцилиндры 22b и 22с можно рассматривать как гидроцилиндры, образующие первую пару дополнительных гидроцилиндров, а гидроцилиндры 22-d и 22е можно рассматривать как вторую пару дополнительных гидроцилиндров. В нижеприведенной таблице показана возможная последовательность действий для гидравлической системы, в которой гидроцилиндры 22а-22е постепенно присоединяют и/или приводят в действие для увеличения удерживающего и подающего усилий.

Таблица 1
Общее удерживающее усилие	Гидроцилиндр 22е	Гидроцилиндр 22с	Гидроцилиндр 22а	Гидроцилиндр 22b	Гидроцилиндр 22d
1F	D	D	С	D	D
2F	D	С	D	С	D
3F	D	С	С	С	D
4F	С	С	D	С	С
5F	С	С	С	С	С

В приведенной выше таблице буква «С» означает, что гидроцилиндр соединен с гидравлической системой и выполнен с возможностью обеспечения удерживающего усилия. Буква «D» означает, что гидроцилиндр отсоединен и поэтому не может обеспечивать удерживающее усилие. В колонке «Общее подающее усилие» указан показатель максимального подающего усилия, применяемый в целом гидравлической системой в терминах единиц силы «F». Совершенно очевидно, что, по мере того как количество гидроцилиндров 22, присоединенных к гидравлической системе, постепенно увеличивается, также увеличивается и удерживающее усилие от усилия 1F при одном присоединенном гидроцилиндре 22а до максимального усилия 5F, когда присоединены все пять гидроцилиндров 22а-22с. На Фиг.8 показан пятицилиндровый вариант выполнения, который может использоваться для бурения более глубоких скважин по сравнению с использованием трехцилиндрового варианта выполнения изобретения, показанного на Фиг.5-7. Например, показанная на Фиг.8 буровая установка, содержащая гидроцилиндры, может пробурить скважину глубиной 4000 м. При использовании гидроцилиндров в указанной буровой установке в соответствии с последовательностью, показанной в Таблице 1, для скорости и в целях экономичности, сначала бурят скважину с использованием только одного гидроцилиндра 22с, постепенно увеличивая количество приведенных в действие гидроцилиндров до 2, 3, 4 и 5 с увеличением глубины бурения.

В приведенной ниже Таблице 2 описан вариант последовательности рабочих операций для показанных на Фиг.5 гидроцилиндров 22а-22е. В данной последовательности рабочих операций гидроцилиндры 22b и 22с являются парой основных гидроцилиндров, постоянно приведенных в действие для обеспечения удерживающего и подающего усилий. Гидроцилиндры 22а, 22а и 22е являются дополнительными гидроцилиндрами. Таким образом, в указанной схеме имеется четное количество основных гидроцилиндров и нечетное количество дополнительных гидроцилиндров. Дополнительные гидроцилиндры 22а, 22d и 22е расположены симметрично относительно основных гидроцилиндров 22b и 22с или между ними, при этом дополнительный гидроцилиндр 22а расположен посередине между основными гидроцилиндрами 22b и 22с. В указанной схеме минимальное первоначальное удерживающее усилие буровой установки равно 2F, так как для обеспечения минимального удерживающего и подающего усилия используются оба основных гидроцилиндра 22b и 22с. Чтобы увеличить удерживающее и подающее усилие по мере увеличения глубины бурения, к системе можно присоединить дополнительный гидроцилиндр 22а, что позволит обеспечить удерживающее усилие, равное 3F. После этого дополнительный гидроцилиндр 22а можно отсоединить и присоединить два крайних дополнительных гидроцилиндра 22d и 22е, чтобы обеспечить общее удерживающее усилие, равное 4F. Наконец, для достижения максимального удерживающего усилия, равного 5F, следует присоединить все дополнительные гидроцилиндры 22а, 22d и 22е.

Таблица 2
Общее удерживающее усилие	Гидроцилиндр 22е	Гидроцилиндр 22с	Гидроцилиндр 22а	Гидроцилиндр 22b	Гидроцилиндр 22d
2F	D	С	D	С	D
3F	D	С	С	С	D
4F	С	С	D	С	С
5F	С	С	С	С	С

В результате такого расположения для бурения глубокой скважины может использоваться источник питания меньшей мощности, чем для бурения скважины обычной глубины. Таким образом, для бурения скважины глубиной по меньшей мере 1000 м, может использоваться буровая установка с источником питания мощностью не более 400-500 л.с. (304-380 кВт) и, более того, для бурения скважины на ту же глубину, что и буровая установка с источником питания мощностью в 2500 л.с (1,9 МВт). Это обусловлено тем, что при бурении начальной глубины, например 800 м, требуется мощность меньше чем 500 л.с. (380 кВт), обычно же для обеспечения удерживающего и подающего усилия требуется мощность лишь 400л.с. (304 кВт). По мере увеличения глубины скважины и выборочного использования дополнительных гидроцилиндров, вышеупомянутый источник питания по-прежнему может обеспечивать необходимое гидравлическое давление для удерживающего и подающего усилия, необходимого для буровой установки мощностью в 2500 л.с. (1,9 МВт), хотя скорость подачи, то есть скорость, с которой буровой наконечник перемещается вверх-вниз вдоль вышки, уменьшается. Тем не менее, на практике это не имеет большого значения, так как для обеспечения безопасности и для технического обслуживания скорость подачи обычно снижают.

Теперь, после того как было раскрыто подробное описание вариантов выполнения настоящего изобретения, специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть выполнены многочисленные модификации и изменения, не отступая от объема изобретения. Например, в описанном варианте выполнения отсоединенные гидроцилиндры 22 показаны с физически отсоединенными своими соответствующими штоками поршней от каретки 30. Тем не менее, в альтернативном варианте выполнения штоки поршней могут быть всегда физически соединены с соединительным узлом 30, при этом гидравлическая система переключается на режим рециркуляции лишь для конкретных отсоединенных гидроцилиндров, при этом обеспечивается возможность протекания гидравлической текучей среды соответствующего цилиндра из одного конца цилиндра в другой конец цилиндра. К тому же для физического соединения штоков поршней с соединительным узлом 30 может быть использован любой подходящий механизм. К ним относится использование механических крепежей, таких как болты или штифты, а также электрически или пневматически активируемые штифты или клинья. Кроме того, буровая установка 10 может быть частью мобильной буровой установки, перемещаемой с помощью транспортного средства, или, наоборот, представлять собой стационарную, смонтированную прямо на месте бурения установку. Все такие модификации и изменения выполнены в пределах объема настоящего изобретения, сущность которого определяется вышеизложенным описанием.

Claims

1. Буровая установка с несколькими гидроцилиндрами, содержащая:
буровую вышку,
буровой наконечник, выполненный с возможностью приложения крутящего момента к головке бура и закрепленный на буровой вышке с возможностью выполнения прямолинейного перемещения вдоль буровой вышки,
передвижную каретку шкивов, закрепленную на буровой вышке с возможностью прямолинейного перемещения вдоль буровой вышки и соединенную с буровым наконечником, при этом усилие, приложенное к указанной каретке в одном направлении, передается как усилие, действующее на буровой наконечник в противоположном направлении, и
гидроцилиндры, присоединенные между буровой вышкой и передвижной кареткой шкивов и выборочно приводимые в действие для выборочного приложения переменного усилия к указанной каретке симметрично в любом направлении вдоль буровой вышки, при этом выборочное переменное усилие передается посредством передвижной каретки шкивов буровому наконечнику для приложения удерживающего и подающего усилий к головке бура, соединенной с буровым наконечником.

2. Буровая установка по п.1, в которой гидроцилиндры выполнены с возможностью приведения в действие и соединения с передвижной кареткой шкивов для постепенного увеличения числа гидроцилиндров, оказывающих усилие на указанную каретку, на один гидроцилиндр зараз.

3. Буровая установка по п.1, в которой гидроцилиндры присоединены на одном конце к верхнему концу буровой вышки, а на противоположном конце - к передвижной каретке шкивов.

4. Буровая установка по п.1, в которой передвижная каретка шкивов и буровой наконечник расположены в разных параллельных плоскостях рядом друг за другом.

5. Буровая установка по п.1, в которой передвижная каретка шкивов имеет два комплекта шкивов и два комплекта тросов, причем первый комплект тросов прикреплен на одном конце к верхнему концу буровой вышки, проходит вокруг первого комплекта шкивов и присоединен на противоположном конце к верхнему концу бурового наконечника, а второй комплект тросов прикреплен на одном конце к нижнему концу буровой вышки, проходит вокруг второго комплекта шкивов и присоединен на противоположном конце к нижнему концу бурового наконечника.

6. Буровая установка по п.1, в которой передвижная каретка шкивов и гидроцилиндры выполнены таким образом, что при выдвижении гидроцилиндров усилие, приложенное гидроцилиндрами, передается к головке бура как удерживающее усилие, а при втягивании гидроцилиндров усилие, приложенное гидроцилиндрами, передается к головке бура как подающее усилие.

7. Буровая установка по п.1, в которой передвижная каретка шкивов соединена с буровым наконечником таким образом, что перемещение указанной каретки на первое расстояние, обусловленное втягиванием или выдвижением гидроцилиндров, вызывает в два раза большее перемещение бурового наконечника.

8. Буровая установка по п.1, содержащая соединительную систему для выборочного соединения гидроцилиндров с передвижной кареткой шкивов.

9. Буровая установка по п.1, в которой ряд гидроцилиндров содержит по меньшей мере один основной гидроцилиндр, выполненный с возможностью приложения усилия к передвижной каретке шкивов в месте вдоль продольной центральной линии каретки.

10. Буровая установка по п.9, в которой гидроцилиндры содержат один основной гидроцилиндр и четное количество дополнительных гидроцилиндров, при этом дополнительные гидроцилиндры расположены парами и гидроцилиндры в каждой паре симметрично расположены вокруг основного гидроцилиндра.

11. Буровая установка по п.1, в которой гидроцилиндры содержат два основных гидроцилиндра, выполненных с возможностью непрерывной работы для обеспечения удерживающего и подающего усилия, действующего на головку бура.

12. Буровая установка по п.11, в которой гидроцилиндры содержат нечетное количество дополнительных гидроцилиндров, расположенных симметрично вокруг основных гидроцилиндров или между ними, при этом первый из дополнительных гидроцилиндров расположен посередине между основными гидроцилиндрами.

13. Буровая установка по п.1, содержащая источник питания, выполненный с возможностью обеспечения максимальной выходной мощности в диапазоне от 400 л.с. (304 кВт) до 500 л.с. (380 кВт) и бурения на глубину до по меньшей мере 1000 м.

14. Способ бурения скважины, включающий:
использование буровой вышки,
закрепление бурового наконечника, выполненного с возможностью приложения крутящего момента к головке бура, и передвижной каретки шкивов к буровой вышке с обеспечением возможности прямолинейного перемещения вдоль буровой вышки как бурового наконечника, так и каретки,
соединение каретки с буровым наконечником таким образом, что перемещение каретки в одном направлении вызывает перемещение бурового наконечника в противоположном направлении,
выборочное приведение в действие одного или нескольких гидроцилиндров для симметричного приложения постепенно увеличивающегося усилия к передвижной каретке шкивов.

15. Способ по п.14, в котором указанный один или несколько гидроцилиндров выборочно приводят в действие путем увеличения количества гидроцилиндров, которые прикладывают усилие к передвижной каретке шкивов, на один зараз.