Выбор типа вертлюга для бурения скважин глубиной 6000м

Суммарные потери в обвязке  буровой установки:

 

Общий перепад давления в  циркуляционной системе равен сумме  составляющих перепадов давления:

Переводим данное значение в МПа, получаем 17,33 МПа.

Соотношение выполняется. ()

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Патентный обзор

 

6.1 Патент 2244089

Изобретение относится к  оборудованию для бурения нефтяных и газовых скважин. Оно может  быть также использовано в других отраслях, осуществляющих спуско-подъемные  операции в процессе проводки скважины.

Известен верхнеприводной  вертлюг [1].

Он состоит из корпуса, двигателя, дискового тормоза, ствола, направляющих и узла подвески элеватора.

Недостатком верхнеприводного вертлюга является то, что он позволяет  осуществлять спуско-подъемные операции для смены изношенного долота только в комплексе с талевой  системой и с подвеской к его  корпусу верхнего элеватора.

Известен также верхнеприводной  вертлюг [2].

Он состоит из корпуса  с размещенным в нем стволом  с осевой и радиальной опорами, вращательного  органа для передачи вращения посредством  зубчатого колеса стволу и связанной  с ним бурильной колонне, подвески для автоматического элеватора  на корпусе вертлюга и подающего  органа.

Недостатком этого верхнеприводного вертлюга является то, что он работает в комплексе с талевой системой, ограничивающей скорости подъема бурильного инструмента, что приводит к значительным затратам времени на спуско-подъемные  операции. Кроме того, в связи  с многослойной укладкой талевого каната на барабан лебедки (3-4 слоя), канат  интенсивно изнашивается, что приводит к дополнительным затратам времени  и средств на перепуск каната или  его замену.

Верхнеприводной вертлюг [2] наиболее близок к заявляемому верхнеприводному вертлюгу и принят за прототип.

Предлагаемый верхнеприводной  вертлюг предназначен для устранения отмеченных недостатков и повышения  на этой основе технико-экономических  показателей проводки скважин.

Техническим результатом  заявляемого верхнеприводного вертлюга является то, что он позволяет сократить  продолжительность спуско-подъемных  операций за счет исключения талевой  системы и применения комплекса  механизмов по автоматизации спуско-подъемных  операций.

Технический результат от применения верхнеприводного вертлюга достигается тем, что привод выполнен в виде гидродвигателей, при этом ствол связан с корпусом посредством  верхнего быстросъемного соединения и  выполнен с возможностью его извлечения из корпуса во время проведения спуско-подъемных  операций для размещения в полости  корпуса свечи труб, а подающий орган выполнен в виде связанных  с гидродвигателями посредством  зубчатых колес перемещения цепных колес для перемещения вертлюга по натянутым внутри вышки цепям.

На чертеже изображен заявляемый верхнеприводной вертлюг; на фиг.2 изображен разрез А-А. Он состоит из корпуса 1, гидродвигателей 2, зубчатых колес 3 перемещения, цепных колес 4, цепей 5, размещенного в корпусе ствола 6 вертлюга с осевой 7 и радиальной 8 опорами, шлангов 9, отвода 10, зубчатого колеса 11 вращения ствола, замкового соединения 12, подвески 13 для автоматического элеватора. Вместо гидродвигателей в верхнеприводном вертлюге могут быть применены электродвигатели постоянного тока.

Работает верхнеприводной  вертлюг следующим образом. При  бурении скважины промывочная жидкость подается буровым насосом по отводу 10 во внутренний канал бурильной  колонны, начинающийся от ствола 6 вертлюга, и далее - к долоту. Вращение стволу 6 вертлюга и связанной с ним  бурильной колонне передается от гидродвигателей 2 с помощью зубчатого  колеса 11; перемещение верхнеприводного вертлюга в процессе бурения осуществляется гидродвигателями 2 по натянутым внутри вышки цепям 5 с помощью цепных колес 4; цепи натягиваются между полом  буровой и подкронблочной рамой  по одной на каждое цепное колесо, причем в процессе работы цепной передачи цепи 5 прижимаются друг к другу цепными колесами 4, что исключает прогиб цепей 5.

По окончании процесса бурения буровой насос отключается, ствол 6 вертлюга отвинчивается в  замковом соединении 12 и в верхнем  быстросъемном соединении 14 и подвешивается  в буровой. На подвеске 13 устанавливается  автоматический элеватор, который захватывает  находящуюся на столе ротора бурильную  колонну, включаются гидродвигатели 2 и с помощью зубчатых колес 3 перемещения  и цепных колес 4 и цепей 5 осуществляется подъем бурильной колонны на длину  свечи. Отвинченная свеча проходит через цилиндрическую полость, образующуюся в корпусе верхнеприводного вертлюга после извлечения ствола 6 вертлюга, что позволяет совместить по времени  операции по свинчиванию или развинчиванию  замковых соединений бурильной колонны  с перемещением верхнеприводного вертлюга и за счет этого сократить затраты  времени на выполнение спуско-подъемных  операций.

При спуске бурильного инструмента  операции выполняются в обратной последовательности.

Формула изобретения

Верхнеприводной вертлюг, содержащий корпус, размещенный в нем ствол  с осевой и радиальной опорами, вращательный орган, включающий привод для передачи вращения посредством зубчатого  колеса стволу и связанной с ним  буровой колонне, подвеску для автоматического  элеватора на корпусе вертлюга и  подающий орган, отличающийся тем, что  привод выполнен в виде гидродвигателей, при этом ствол связан с корпусом посредством быстросъемного соединения и выполнен с возможностью его  извлечения из корпуса во время проведения спускоподъемных операций для размещения в полости корпуса свечи труб, а подающий орган выполнен в виде связанных с гидродвигателями посредством  зубчатых колес перемещения цепных колес для перемещения вертлюга по натянутым внутри вышки цепям.

6.2 Патент 2204687

Изобретение относится к  оборудованию для бурения и ремонта  нефтяных и газовых скважин. Вертлюг  содержит корпус со штропом, полый ствол  с отводом, стойку, опорный, верхний  и нижний направляющие подшипники, верхнее напорное уплотнение и блок нижнего масляного уплотнения ствола. Блок нижнего масляного уплотнения состоит из обоймы и втулки с расположенными в их кольцевом пространстве манжетами. Верхний направляющий подшипник  размещен в обойме, установленной  в корпусе с возможностью осевого  перемещения и взаимодействия с  прижимными винтами, установленными в  стойке. Изобретение обеспечивает повышение  надежности и долговечности работы нижнего уплотнения, улучшение и  упрощение технического обслуживания вертлюга.

 Изобретение относится  к оборудованию для бурения  и ремонта нефтяных и газовых  скважин.

 Известен вертлюг для  буровых работ, применяемый для  удержания на весу бурильного  инструмента при его вращении  с одновременной прокачкой раствора  по внутреннему каналу бурильной  трубы (Е.И. Бухаленко. Нефтепромысловое  оборудование. Cправочник. М.: Недра, 1990, с.222-223).

 Этот вертлюг состоит  из корпуса со штропом, полого  ствола с отводом, крышки, опорного  и направляющих (центрирующих) подшипников,  верхнего напорного и нижнего  масляного уплотнений ствола.

 Этот вертлюг имеет  следующие недостатки:

1) для смены уплотнений  необходима частичная разборка  вертлюга, что не позволяет осуществлять  это во время эксплуатации  на буровой;

2) нижнее масляное уплотнение  имеет малую долговечность, так  как состоит из одного уплотняющего  элемента;

3) верхний направляющий  подшипник размещен в крышке, что требует высокой точности  изготовления для обеспечения  беззазорного сопряжения опорного  и верхнего направляющего подшипников,  что при ремонтных работах  трудно достижимо.

 Известен вертлюг,  состоящий также из корпуса  со штропом, полого ствола с  отводом, стойки, опорного и направляющих  подшипников, верхнего напорного  и нижнего масляного уплотнений (авт.св. СССР 1023065 А, кл. Е 21 В 21/02 от 15.06.1983 г.), принятый за прототип.

 В этом вертлюге  верхнее уплотнение напорной  линии выполнено быстросъемным, и из нескольких уплотняющих манжет, что позволяет производить оперативно смену уплотнения непосредственно на талевой подвеске.

 Этот вертлюг имеет  следующие недостатки:

1) верхний направляющий  подшипниковый узел выполнен  в виде двух подшипников - радиального  и упорного, усложняет конструкцию  и затрудняет регулировку эксплуатационных  зазоров при сборке и эксплуатации;

2) указанный верхний подшипниковый  узел размещен в крышке, что  требует высокой точности изготовления  для обеспечения беззазорной  работы верхнего и опорного (главного) подшипников и при ремонтных  работах трудно достижимо;

3) невозможна подача смазки  в полость между манжетами  нижнего уплотнения после сборки  и в процессе эксплуатации, что  существенно снижает долговечность  манжет.

 Целью изобретения  является упрощение конструкции,  ее обслуживания в процессе  эксплуатации и ремонта и повышение  надежности и долговечности работы  вертлюга.

 Поставленная цель  достигается тем, что вертлюг  содержит корпус со штропом,  полый ствол с отводом, стойку, опорный, верхний и нижний направляющие  подшипники, верхнее напорное уплотнение  и блок нижнего масляного уплотнения, состоящий из обоймы и втулки  с расположенными в образуемом  ими кольцевом пространстве манжетами.

 Новым в устройстве  является то, что верхний направляющий  подшипник размещен в обойме, установленной в корпусе с  возможностью осевого перемещения и взаимодействия с прижимными винтами, установленными в стойке.

Вертлюг состоит из корпуса 1 и ствола 2, расположенного в корпусе, с возможностью вращения на опорном 3, направляющих нижнем 4 и верхнем 5 подшипниках, штропа 6, установленного на осях 7, и стойки 8 с отводом 9. Между стволом 2 и торцом отвода 9 соосно расположен патрубок 10 с блоком верхнего напорного уплотнения 11, закрепленного гайкой 12 и 13, а внизу расположен блок нижнего масляного уплотнения 14 ствола, закрепленный гайками 15 и крышкой 16. Подшипник 5 размещен в обойме 17, установленной с возможностью перемещения в корпусе 1 и уплотненной сальниками 18.

 В стойке 8 размещены по окружности винты 19, контактирующие торцами с обоймой 17 и стопоренные гайками 20.

 Блок уплотнения 14 ствола 2 состоит из обоймы 21, выполненной с наружной кольцевой канавкой и радиальным отверстием 22 и размещенной в расточке корпуса 1 с радиальным отверстием 25, в котором установлена пресс-масленка и втулки 23 с расположенными в их кольцевом пространстве манжетами 24. Полость между манжетами заполняется смазкой через отверстие 25 в корпусе и наружную канавку с отверстием 22 в обойме 21. Внутренняя полость корпуса 1 заполнена жидким минеральным маслом.

 Вертлюг работает следующим  образом.

 Вертлюг штропом 6 подвешивается  на крюк талевой системы, к  стволу 2 подсоединяется ведущая  буровая труба, а к отводу 9 подсоединяется гибкий рукав  от системы циркуляции бурового  раствора. При вращении ведущей  буровой трубы (колонны труб) ротором  ствол 2 также вращается и одновременно  по каналу через отвод 9, парубок  10 и ствол 2 прокачивается буровой  раствор, при этом верхний напорный  сальник 11 препятствует прорыву  бурового раствора из внутреннего  канала ствола 2, нижнее масляное  уплотнение 14 ствола 2 препятствует  вытеканию масла из внутренней  полости корпуса 1.

 При необходимости  замены нижнего масляного уплотнения 14 ствола 2 достаточно отвернуть  гайки 15, снять крышку 16 и извлечь  обойму с манжетами.

 Установка нижнего  масляного уплотнения 14 осуществляется  в обратном порядке.

 Выборка зазоров в  подшипниках 3 и 5 при сборке, образующихся  в процессе эксплуатации под  действием нагрузки, устраняется  вворачиванием винтов 19 до упора  с последующей контровкой гайками  20.

 Таким образом, технологическое  обслуживание вертлюга возможно  без снятия вертлюга с крюка  талевой системы, что при бурении  исключает непроизводительные простои.

 Благодаря такому исполнению:

1) обеспечивается регулирование  зазоров в верхнем направляющем  подшипнике без разборки вертлюга, что повышает долговечность работы  верхнего, направляющего и опорного  подшипников;

2) обеспечивается смена  верхнего и нижнего уплотнений  без разборки вертлюга;

3) обеспечивается возможность  подачи смазки в полость между  манжетами нижнего уплотнения  после сборки и в процессе  эксплуатации;

4) и в целом повышаются  надежность и долговечность работы  подшипников и нижнего уплотнения.