RU25906U1

RU25906U1 - AUTOMATED, NAVIGATION DRILLING COMPLEX FOR DRILLING UNDER OBSTACLES

Info

Publication number: RU25906U1
Application number: RU2002114168/20U
Authority: RU
Inventors: Г.А. Григашкин; С.Е. Варламов; В.В. Кульчицкий
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Самарские Горизонты"
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2002-10-27

Description

2 0 & г 1 д 4. . 2 0 & g 1 d 4..

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ, НАВИГАЦИОННЫЙ БУРОВОЙ КОМНЛЁКС ДЛЯAUTOMATED, NAVIGATION DRILLING COMPLEX FOR

БУРЕНИЯ ПОД ПРЕПЯТСТВИЯМИOBSTACLE DRILLING

Изобретение относится к системам обеспечения горизонтального и наклонного бурения под нефть и газ.The invention relates to systems for providing horizontal and inclined drilling for oil and gas.

Изобретение относится к технологии бурения под естественными и искусственными преградами.The invention relates to the technology of drilling under natural and artificial barriers.

Известен буровой комплекс для бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин, содержащий кривой переводник для управления отклонением породоразрушающего инструмента по книге X. Рабиа «Технология бурения нефтяных скважин, М. Недра, 1989, с. 223. Недостатком этого комплекса является то, что он не приспособлен для бурения скважин под естественными преградами при прокладке коммуникаций.Known drilling complex for drilling directional and horizontal wells, containing a curve sub to control the deviation of the rock cutting tool according to the book X. Rabia "Technology of drilling oil wells, M. Nedra, 1989, p. 223. The disadvantage of this complex is that it is not suitable for drilling wells under natural barriers when laying communications.

Известен буровой комплекс для бурения наклонно-направленных скважин по книге Калинина А. Г. и др. «Бурение наклонных скважин, М., Недра, 1990 г., с. 114, рис. 4.14 (прототип).Known drilling complex for drilling directional wells according to the book of A. Kalinin and others. "Drilling of directional wells, M., Nedra, 1990, p. 114, fig. 4.14 (prototype).

Это устройство содержит установку для бурения, наземную приемную аппаратуру контроля, породоразрушающий инструмент, скважинный прибор, источник питания и отклоняющую компоновку.This device includes a drilling rig, ground receiving control equipment, rock cutting tools, a downhole tool, a power source, and a deflecting arrangement.

Недостатком этой системы является то, что она не приспособлена для бурения скважины под небольшими углами к горизонту с плавшлм набором кривизны и выходом скважины на дневную поверхность. Необходимость бурения таких скважин вызвана прокладкой коммуникаций под естественными или искусственными преградами, такими какThe disadvantage of this system is that it is not suitable for drilling a well at small angles to the horizon with a floating set of curvature and the output of the well on the day surface. The need to drill such wells is caused by the laying of communications under natural or artificial barriers, such as

природоохранительные зоны, водоалы, инженерно-технические сооружения в том числе автомагистрали. Необходимость бурения предложенным способом вызвана как экономическими, так и экологическими требованиями к сохранению окружающей среды.nature protection zones, water basins, engineering facilities, including highways. The need for drilling the proposed method due to both economic and environmental requirements for the preservation of the environment.

МПК7Е21В47/12 Известен автоматизированный, навигационный буровой комплекс /щя бурення подMPK7E21V47 / 12 A well-known automated, navigational drilling complex / drilling under

препятствиями по патенту США № 3878903 (прототип). Этот комплекс содержит установку направленного бурения, выполненную на раме с кассетой с буровыми трубами и годропилиндром подачи колонны бурильных труб, систему подачи бурового раствора, наземную регистрирующую аппаратуру.obstacles in US patent No. 3878903 (prototype). This complex contains a directional drilling rig, made on a frame with a cassette with drill pipes and a drill pipe feed hodropylinder, a drilling fluid supply system, and ground recording equipment.

Недостатками этого комплекса являются:The disadvantages of this complex are:

1.Низкий уровень автоматизации1.Low level of automation

2.Использование ручного труда2. The use of manual labor

3.Отсутствие системы контроля за траекторией бурения и системы автоматического управления бурением.3. Lack of a control system for the drilling path and automatic drilling control system.

4.Низкая точность проводки скважины в пространстве.4. Low accuracy of the well wiring in space.

Задача создания полезной модели повышение надежности комплекса.The task of creating a utility model is to increase the reliability of the complex.

Решение указанной задачи достигнуто за счет того, что автоматизированный, навигационный буровой комплекс для прокладки коммуникаций, содержащий установку для наклонного бурения с кассетой для бурильных труб и гидроцилиндр подачи колонны бурильных труб, систему подачи бурового раствора, долото, турбобур и отклонитель, дополнительно содержит регулятор угла бурения, ключ и привод ключа для свинчивания буровых труб, привод для вращения колонны бурильных труб, скважинный прибор контроля параметров бурения, гидростанцию с блоками контроля и управления, приемное устройство, наземные датчики, подключенные к преобразовательному комплексу, в сочтав которого входят аналого-хщфровые показатели, персональный компьютер, монитор и устройство управления. Автоматизированный, навигационный буровой комплекс для прокладки коммуникаций дополнительно содержит виброударник, обеспечивающий ударновибрационное бурение. Автоматизированный, навигационный буровой комплекс д|щ прокладки коммуникаций дополнительно содержит шасси на колесном или гусеничном ходу.The solution to this problem was achieved due to the fact that the automated, navigation drilling complex for laying communications, containing an installation for directional drilling with a cassette for drill pipes and a hydraulic cylinder for supplying a drill pipe string, a drilling fluid supply system, a chisel, a turbodrill and a diverter, additionally contains an angle adjuster drilling, a key and a key drive for screwing up drill pipes, a drive for rotating a drill string, a downhole tool for monitoring drilling parameters, a hydraulic station with control units and controls, a receiving device, ground-based sensors connected to a conversion complex, which includes analog-digital indicators, a personal computer, a monitor, and a control device. An automated, navigation drilling complex for laying communications additionally contains a shock hammer, providing shock-vibration drilling. An automated, navigation drilling complex for laying communications additionally contains a wheeled or tracked chassis.

2 Автоматизированный, навигационный буровой комплекс для прокладки коммуникаций2 Automated, navigation drilling complex for laying communications

дополнительно содержит выдвижные опоры. Автоматизированный, навигационный буровой комплекс дня прокладки коммуникаций дополнительно содержит якорь и привод якоря. Автоматизированный, навигационный буровой комплекс для прокладаи коммуникаций дополнительно содержит кабину оператора. Автоматизированный, навигационный буровой комплекс для прокладки дополнительно содержит пульт бурильщика и устройство для его сопряжения с персональшлл компьютером. К входу в преобразовательный 1ЮМШ1екс подключен датчик уровня жидкости, установленный в емкости для промывочной жидкости. К входу в преобразовательный комплекс подключен датчик давления, установленный в нагнетательном трубопроводе. К входу в преобразовательный подключен расходомер, установленный в нагнетательном трубопроводе. К входу в преобразовательный комплекс подключен датчик угла наклона шасси, установленный на раме. К входу в преобразовательный комплекс подключен датчик давления в гидросистеме, позволяющий определять осевую нагрузку на колонну бурильных труб. К входу в преобразовательный комплекс подключен счетчик труб, установленный на кассете для буровых труб. К входу в преобразовательный комплекс подключено устройство для измерения длины буровых труб. Отклонитель выполнен с регулируемым углом и соединен с приводом отклонителя. Скважинный прибор содержит устройство выключения скважинного прибора во время работы виброударного механизма.additionally contains retractable supports. The automated, navigation drilling complex of the day of laying communications additionally contains an anchor and an anchor drive. An automated, navigation drilling complex for laying communications further comprises an operator’s cabin. The automated, navigation drilling complex for laying additionally contains a driller console and a device for interfacing it with a personal computer. A liquid level sensor installed in the tank for flushing liquid is connected to the inlet of the converter A pressure sensor installed in the discharge pipe is connected to the inlet of the conversion complex. A flowmeter installed in the discharge pipe is connected to the inlet of the converter. A sensor for the angle of inclination of the chassis mounted on the frame is connected to the entrance to the conversion complex. A pressure sensor in the hydraulic system is connected to the inlet of the conversion complex, which allows determining the axial load on the drill pipe string. A pipe counter mounted on a cassette for drill pipes is connected to the entrance to the conversion complex. A device for measuring the length of drill pipes is connected to the entrance to the conversion complex. The diverter is made with an adjustable angle and is connected to the diverter drive. The downhole tool includes a device for turning off the downhole tool while the vibro-shock mechanism is operating.

Проведенные исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной и промышленной применимостью, т. е. удовлетворяет 1фитериям полезной модели.The studies showed that the proposed technical solution has novelty and industrial applicability, that is, it satisfies 1 phytory of the utility model.

Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1...3, гдеThe essence of the utility model is illustrated in FIG. 1 ... 3, where

На фиг. 1 - изображена схема установки для наклонного бурения.In FIG. 1 - shows a diagram of the installation for directional drilling.

3 На фиг. 3 - изображена схема электроиной системы управления.3 in FIG. 3 - shows a diagram of an electrical control system.

Автоматизированный буровой комнлекс для прокладки коммуникаций посредством формирования скважины колонной бурильных труб 1 содержит установку для наклонного бурения 2, с кассетой для бурильных труб 3. Установка для наклонного бурения 2 смонтирована на шасси 4 и содержит: цилиндр регулятора начального угла бурения 5, насос 6, привод насоса 7, емкость для бурового раствора 8, датчик уровня бурового раствора 9, устройство подачи бурового раствора 10, гибкий шланг подачи бурового раствора 11, лоток для сбора бурового раствора 12, магистраль возврата бурового раствора 13. Автоматизированный буровой комплекс оборудован гидростанцией 14, блоком контроля и управления гидростанцией 15, которая через нагнетательную линию рабочего цилиндра 16 соеданена с рабочим цилиндром 17 и нагнетательной линии регулятора начального угла 18с цилиндром регулятора начального угла 5. Последовательно снизу вверх установлены долото 19, турбобур 20, отклонитель 21 с приводом отклоните ля 22, скважинный прибор 23, соединенные с колонной бурильных труб. В схеме автоматизированного, навигационного бурового комплекса применен виброударный механизм 24. Свинчивание труб, входяших в состав колонны бурильных труб 1 осушествляют ключем 25 с приводом ключа 26. В верхней части шасси 4 установлен ротор 27 и привод для проворачивания ротора 28.An automated drilling complex for laying communications by forming a borehole with a drill pipe string 1 comprises an installation for inclined drilling 2, with a cassette for drill pipes 3. The installation for inclined drilling 2 is mounted on the chassis 4 and contains: a cylinder for adjusting the initial drilling angle 5, pump 6, drive pump 7, drilling fluid reservoir 8, drilling fluid level sensor 9, drilling fluid supply device 10, flexible drilling fluid supply hose 11, drilling fluid collection tray 12, return line drilling fluid 13. The automated drilling complex is equipped with a hydroelectric station 14, a control unit and a hydroelectric station 15, which is connected through the discharge line of the working cylinder 16 to the working cylinder 17 and the pressure line of the initial angle regulator 18 with the cylinder of the initial angle regulator 5. The bit 19 is installed sequentially from the bottom up. a turbodrill 20, a diverter 21 with an actuator of the diverter 22, a downhole tool 23 connected to a drill string. In the scheme of an automated, navigation drilling complex, a vibro-shock mechanism is applied 24. The pipes included in the drill pipe string 1 are screwed with a key 25 with a key drive 26. A rotor 27 and a drive for turning the rotor 28 are installed in the upper part of the chassis 4.

Автоматизированный, навигационный буровой комплекс содержит электронную систему контроля и управления 29, в состав которой входят устройство управления комплексом 30 и преобразовательный комплекс 31 с аналого-цифровыми преобразователями сигналов от датчиков (на фиг. 1...3 аналогоцифровые преобразователи не показаны), приемное устройство 32, персональньй компьютер 33 и монитор 34, принтер 35, блок сопряжения 36. Антенна 37 присоединена к приемному устройству 32.The automated navigation drilling complex contains an electronic monitoring and control system 29, which includes a complex control device 30 and a converter complex 31 with analog-to-digital converters of signals from sensors (analog-to-digital converters are not shown in Fig. 1 ... 3), a receiving device 32, personal computer 33 and monitor 34, printer 35, interface unit 36. Antenna 37 is connected to receiver 32.

4 Буровой комплекс оборудован наземными датчиками: датчиком давления бурового4 The drilling complex is equipped with ground-based sensors: a drilling pressure sensor

раствора 38, расходомером 39, датчиком давления в рабочем гидроцшгандре 40, счетчиком труб 41, устройством для измерения длины труб 42 и датчиком угла 43.solution 38, a flow meter 39, a pressure sensor in the working hydrochangel 40, a pipe counter 41, a device for measuring the length of the pipes 42 and the angle sensor 43.

Возможны варианты исполнения предложенного комплекса в стационарном исполнении (Фиг. 1) и с применением шасси 4 на колесном или гусеничном ходу (Фиг. 2).There are possible versions of the proposed complex in a stationary version (Fig. 1) and with the use of the chassis 4 on a wheeled or tracked track (Fig. 2).

При исполнении на колесном ходу установка содержит выдвижные опоры 44, якоря 45 с приводами якорей 46, колеса 47, кабину оператора 48. В кабине оператора 48 находится пульт бурильщика 49.When mounted on a wheeled drive, the installation comprises retractable bearings 44, anchors 45 with drives of anchors 46, wheels 47, an operator’s cabin 48. In the operator’s cabin 48 is a driller’s console 49.

Работает автоматизированный, навигационный буровой комплекс для прокладки коммуникаций следующим образом. При помощи цилиндра регулятора начального угла бурения 5 устанавливают щасси 4 установки для бурения 2 под необходимым углом и производят забуривание входного участка траектории скважины под проектным углом. При помощи ключа 25 с приводом ключа 26 производяг наращивание колонны бурильных труб, используя буровые трубы, имеющиеся на кассете для буровых труб 3. Потом осуществляют прокачку бурового раствора по системе подачи бурового раствора из емкости для бурового раствора 8, насосом 6.There is an automated, navigation drilling complex for laying communications as follows. Using the cylinder for adjusting the initial angle of drilling 5, the chassis 4 of the installation for drilling 2 is installed at the required angle and the input section of the well trajectory is drilled at the design angle. Using a key 25 with a key drive 26, the drill string is expanded using the drill pipes available on the drill pipe cassette 3. Then, drilling fluid is pumped through the drilling fluid supply system from the drilling fluid reservoir 8, by pump 6.

Турбобур 20 вращает долото 19, которое разрущает породу. При помощи рабочего ги фоцилиндра 17 создают необходимое осевое давление на колонну бурильных труб 1. При помощи отклонителя 21 с приводом отклонителя 22 изменяют при необходимости кривизну траектории скважины. При прохождении особо твердых пород задействуется виброударный механизм 24, который создавая осевые вибрации всей колонны бурильных труб 1 и долота 14, значительно увеличивает механическую скорость бурения. Во время работы виброударного механизма срабатывает устройство переключения скважинного прибора в ждущий режим, который обеспечивает экономию расхода электроэнергии батарейного питания.Turbo-drill 20 rotates the bit 19, which destroys the rock. Using the working hydraulic cylinder 17, the necessary axial pressure is created on the drill pipe string 1. Using the diverter 21 with the diverter drive 22, the curvature of the well path is changed if necessary. When passing through particularly hard rocks, a vibro-impact mechanism 24 is activated, which, by creating axial vibrations of the entire drill pipe string 1 and bit 14, significantly increases the mechanical drilling speed. During operation of the vibro-shock mechanism, the device for switching the downhole tool to standby mode is activated, which saves battery power.

5 5

в процессе бурсвяя осуществляется измерение забойных инклинометрических параметров и технологических параметров при помощи забойной телеметрической системы. Инюшнометрические параметры измеряются датчиками (на фиг. 1 не показаны), входящими в состав скважинного прибора. Наземные параметры непрерывно регистрируются при помоощ датчиков 39, 40, 41, 42, 43, С этих датчиков параметры передаются на преобзовательный комплекс 24 и далее в персональный компьютер 33. В персональном компьютере 33 полученная информация обрабатывается, анализируется и передается в электронную систему контроля и управления 46, которая выдает сигналы на Вых. 11,12, 13 и 14, соответственно на вход в блок контроля и управления гидростанцией 15, привод насоса 7, привод ключа 26и привод ротора 28.in the process of bursvy, downhole inclinometric parameters and technological parameters are measured using the downhole telemetry system. Injunometric parameters are measured by sensors (not shown in Fig. 1) that are part of the downhole tool. Ground parameters are continuously recorded using sensors 39, 40, 41, 42, 43. From these sensors, parameters are transmitted to the pre-processing complex 24 and then to personal computer 33. In personal computer 33, the received information is processed, analyzed and transmitted to an electronic monitoring and control system 46, which provides signals to the output. 11,12, 13 and 14, respectively, at the entrance to the control unit and the control of the hydraulic station 15, the pump drive 7, the key drive 26 and the rotor drive 28.

Применение полезной модели позволило:Application of the utility model allowed:

1.Осуществлять бурение под естественными преградами для прокладки коммуникаций под ними.1. To carry out drilling under natural barriers for laying communications under them.

2.Управлять траекторией процесса бурения.2. To control the trajectory of the drilling process.

3.Полностью автоматизировать процесс управления процессом бурения.3. Fully automate the process of controlling the drilling process.

4.Эффективно разрушать и продавливать грунт и мягкие породы.4. Effectively destroy and push soil and soft rocks.

5.Обеспечить экологичность процесса бурения.5. Ensure environmental friendliness of the drilling process.

6.Обеспечить экономичное расходование бат ейного питания скважинного прибора,6. To ensure the economical consumption of the power supply of the downhole tool,

7.Увеличить время непрерывной работы в автономном режиме скважинного прибора.7. To increase the time of continuous work in the autonomous mode of the downhole tool.

Авторы:The authors:

Григашкин Г. А.Grigashkin G.A.

Варламов С. Е. Off. Varlamov S.E. Off.

Claims

1. Automated, navigational drilling complex for obstacles, containing an installation for directional drilling with a cassette for drill pipes, a working hydraulic cylinder for moving the drill pipe string, a drilling fluid supply system, a diverter, a turbodrill, a bit, characterized in that the device further comprises angle adjuster, a key and a key drive for screwing up drill pipes, a rotor and a rotor drive for rotating the drill string, a downhole tool for monitoring drilling parameters, hydraulic a unit with a control and control unit, a receiving device, ground sensors connected to a conversion complex, which includes analog-to-digital signal converters from ground sensors, a personal computer, a monitor, and a control device.

2. Automated, navigation drilling complex for drilling under obstacles according to claim 1, characterized in that it further comprises a hammer, providing shock-vibration drilling.

3. Automated, navigation drilling complex for drilling under obstacles according to claim 1 or 2, characterized in that it further comprises a chassis on a wheeled or tracked track.

4. Automated, navigation drilling complex for drilling under obstacles according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it further comprises retractable supports.

5. Automated, navigation drilling complex for drilling under obstacles according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it further comprises an anchor and an anchor drive.

6. Automated, navigation drilling complex for drilling under obstacles according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it further comprises an operator’s cabin.

7. Automated, navigational drilling complex for obstacle-boring drilling according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a driller’s console installed in the operator’s cabin and a device for interfacing with a personal computer.

8. Automated, navigational drilling complex for obstructed drilling according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a mud level sensor installed in the drilling fluid reservoir is connected to the inlet of the conversion complex.

9. Automated, navigational drilling complex for obstacle-boring drilling according to any one of claims 1 to 8, characterized in that a mud pressure sensor connected to the inlet of the conversion complex is installed in the mud injection pipe.

10. Automated, navigation drilling complex for drilling under obstacles according to any one of claims 1 to 9, characterized in that a flowmeter installed in the discharge pipe of the drilling fluid is connected to the inlet of the conversion complex.

11. Automated, navigation drilling complex for drilling under obstacles according to any one of claims 1 to 10, characterized in that a chassis angle sensor mounted on the frame is connected to the entrance to the conversion complex.

12. Automated, navigational drilling complex for obstructed drilling according to any one of claims 1 to 11, characterized in that a pressure sensor in the discharge line of the working cylinder is connected to the inlet of the conversion complex, which allows determining the axial load on the drill pipe string.

13. Automated, navigation drilling complex for drilling under obstacles according to any one of claims 1-12, characterized in that a pipe counter mounted on the cassette for drill pipes is connected to the entrance to the conversion complex.

14. Automated, navigation drilling complex for drilling under obstacles according to any one of claims 1 to 13, characterized in that a device for measuring the length of the drill pipes is connected to the entrance of the conversion complex.

15. Automated, navigation drilling complex for drilling under obstacles according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the deflector is made with an adjustable angle and is connected to the deflector drive.

16. An automated, navigational drilling rig for obstacle-boring drilling according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the downhole tool includes a device for switching the downhole tool to standby mode during the operation of the vibro-shock mechanism.

17. Automated, navigation drilling complex for drilling under obstacles according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the working hydraulic cylinder is made telescopic.