RU2382165C2

RU2382165C2 - Method and arrangement of improved horizontal-inclined drilling assembly

Info

Publication number: RU2382165C2
Application number: RU2006142361/03A
Authority: RU
Inventors: Вильям Дж. РИЕЛ (US); Вильям Дж. РИЕЛ
Original assignee: Астек Индастриз, Инк.
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2010-02-20
Also published as: WO2005110020A3; CA2564357A1; AU2005244146B2; AU2005244146A1; CA2564357C; CN1985066A; EP1751390A4; CN1985066B; EP1751390A2; EP1751390B1; ES2371349T3; ATE519919T1; WO2005110020A2; RU2006142361A

Abstract

FIELD: oil-and-gas industry.

SUBSTANCE: method and arrangement of improved horizontal-inclined drilling assembly for well drilling through underground rocks formations using a drill pipe, includes the drill pipe or a drill string descending into the well and its later lifting up. The drilling assembly includes a power aggregate for its power supply, a support frame, which can move between in parallel to the rock and in perpendicular to the rock positions, and the support frame moving device. A rotor block and a carriage aimed to transfer rotation, axial and return towing (lifting) forces to the drill pipe. The drilling assembly aimed for wells drilling with use of the drilling pipe through underground rocks formations, with any angle relatively to the underground rocks, between in parallel to the rock and in perpendicular to the rock positions. The method includes the drilling pipe dislocation on the drilling assembly, the support frame movement in setting it in the required drilling angle, the rotor block and carriage movement till it have contact with the drilling pipe, transfer rotation, axial and return towing (lifting) force to the drill pipe and underground rocks formations drilling with the drilling pipe.

EFFECT: invention provides power increase for the rotation drive and easy transportation.

21 cl, 17 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение в основном относится к буровым компоновкам (снарядам) и способам для бурения подземных пластов горных пород и, в частности, к буровым компоновкам и способам для горизонтально-наклонного бурения подземных пластов горных пород.The present invention generally relates to drilling arrangements (shells) and methods for drilling underground rock formations and, in particular, to drilling arrangements and methods for horizontally inclined drilling of underground rock formations.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ И ОПИСАНИЕ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION AND DESCRIPTION OF THE BACKGROUND OF THE INVENTION

Известно, что буровые установки вертикального бурения используются для бурения нефтяных, газовых и метановых скважин угольных пластов. В известных буровых установках вертикального бурения используются тяжелые бурильные трубы или утяжеленные бурильные трубы с целью оказания направленной вниз нагрузки на буровое долото при его внедрении в земную поверхность и начальной проходке скважины. По мере того как буровое долото известной буровой установки вертикального бурения углубляется в толщу земли, в некоторых случаях требуется прикладывать усилие в направлении противоположном направлению бурения (обратное тяговое усилие) с целью предотвращения оказания исключительно большой нагрузки на буровое долото и возникновения повреждения бурового долота либо выхода его из строя.It is known that vertical drilling rigs are used for drilling oil, gas and methane wells in coal seams. Known vertical drilling rigs use heavy drill pipes or weighted drill pipes to provide a downward load on the drill bit when it is introduced into the earth's surface and the initial penetration of the well. As the drill bit of a known vertical drilling rig deepens into the earth, in some cases it is necessary to apply a force in the direction opposite to the direction of drilling (reverse pulling force) to prevent an extremely large load on the drill bit and damage to the drill bit or its exit out of service.

Известно, что нефтяные, газовые и метановые скважины первоначально бурят в вертикальном направлении, а затем происходит постепенное отклонение или поворот ствола скважины в горизонтальном направлении по мере того, как буровое долото достигает разрабатываемого пласта. Затем бурение ствола скважины продолжается в горизонтальном направлении на определенное расстояние. Благодаря этому способу скважина вскрывает больший объем разрабатываемого нефтеносного, газоносного и метанового пласта, в результате чего обеспечивается формирование эксплуатационной скважины с более высоким объемом добычи и на более длительный период. Для переоборудования буровой установки вертикального бурения для выполнения вертикального и горизонтального бурения необходимо оснастить буровую установку вертикального бурения наземным приводом, предназначенным для монтажа в конструкции буровой вышки и создания вращательного усилия на буровой трубе, а не только роторным столом и ведущей бурильной трубой. В устройствах известного типа роторный стол неподвижно прикреплен к полу или основанию таким образом, чтобы предотвращалось его перемещение вверх и вниз вместе с бурильной трубой. Утяжеленный круглый элемент с наружными продольными желобками бурильной трубы, называемый ведущей бурильной трубой, скользит через отверстие роторного стола и соединяется с бурильной трубой или обсадной трубой. Шпонки, входящие в зацепление с ведущей бурильной трубой, передают крутящий момент бурильной колонне и позволяют ведущей бурильной трубе подниматься и опускаться через отверстие роторного стола. Наземный привод также создает осевое и обратное тяговое усилия, необходимые в процессе бурения в горизонтальном направлении. Тем не менее, расстояния, проходимые в горизонтальном направлении с использованием известных устройств и способов, ограничены возможностями наземного привода, передающего осевое и обратное тяговое усилия бурильной трубе. Диаметры горизонтальных проходок также ограничены возможностями передачи осевого и обратного тягового усилия бурильной трубе.It is known that oil, gas and methane wells are initially drilled in the vertical direction, and then a gradual deviation or rotation of the wellbore in the horizontal direction occurs as the drill bit reaches the formation being developed. Then, the drilling of the wellbore continues in the horizontal direction at a certain distance. Thanks to this method, the well reveals a larger volume of the developed oil, gas and methane reservoir, which results in the formation of a production well with a higher production volume and for a longer period. To re-equip a vertical drilling rig for vertical and horizontal drilling, it is necessary to equip the vertical drilling rig with a ground drive designed for mounting in the structure of the drilling rig and creating rotational force on the drill pipe, and not just the rotary table and the lead drill pipe. In devices of a known type, the rotary table is fixedly attached to the floor or base in such a way that it is prevented from moving up and down with the drill pipe. The weighted round member with the outer longitudinal grooves of the drill pipe, called the lead drill pipe, slides through the hole of the rotary table and connects to the drill pipe or casing. The dowels engaged with the drill pipe transmit torque to the drill string and allow the drill pipe to rise and fall through the hole of the rotary table. The ground drive also generates axial and reverse traction required in the horizontal drilling process. However, the distances traveled in the horizontal direction using known devices and methods are limited by the capabilities of the ground drive, transmitting axial and reverse traction of the drill pipe. The diameters of horizontal penetrations are also limited by the possibility of transmitting axial and reverse traction to the drill pipe.

Известно применение варианта вышеописанного способа вертикально-горизонтального бурения, называемого наклонным бурением. При выполнении наклонного бурения буровая установка для вертикального бурения нефтяных, газовых и метановых скважин модифицируют таким образом, чтобы буровая вышка располагалась под углом приблизительно в диапазоне от 45° до 60° к горизонтали. Наземный привод передает осевое и обратное тяговое усилия бурильной трубе. Кроме того, буровые установки, известные как буровые установки с однотрубной сверхдлинной свечой бурильных труб, используются для бурения подземных нефтеносных, газоносных и метановых формаций. На буровых установках с однотрубной сверхдлинной свечой бурильных труб используются более длинные свечи бурильных труб сортамента III, длина которых составляет 45 футов. Таким образом, буровые установки с однотрубной сверхдлинной свечой бурильных труб позволяют сократить количество операций по соединению бурильных замков, которые необходимо выполнить при проведении подземного бурения. Следовательно, процесс бурения может быть завершен в более короткие сроки. На буровых установках с однотрубной сверхдлинной свечой бурильных труб используется наземный привод для вращения бурильной трубы, создания осевой нагрузки на буровое долото для резания породы и регулирования отклонения буровой компоновки (бурового снаряда). Известные буровые установки с однотрубной сверхдлинной свечой бурильных труб включают блоки наземного привода, имеющие ограниченную мощность создания осевой нагрузки и вращающего момента на роторном столе. Следовательно, использование буровых установок с однотрубной сверхдлинной свечой бурильных труб также ограничивает расстояние горизонтальной проходки и диаметр ствола скважины.It is known to use a variant of the above-described method of vertical-horizontal drilling, called inclined drilling. When performing inclined drilling, the rig for vertical drilling of oil, gas and methane wells is modified so that the rig is at an angle approximately in the range from 45 ° to 60 ° to the horizontal. The ground drive transmits axial and reverse traction to the drill pipe. In addition, drilling rigs, known as single-tube drilling rigs with extra-long drill pipe candles, are used to drill underground oil, gas and methane formations. On drill rigs with a single tube extra-long drill pipe candle, longer drill pipe candles of grade III are used, which are 45 feet long. Thus, drilling rigs with a single-tube, extra-long drill pipe candle can reduce the number of drill joint lock operations that must be performed during underground drilling. Therefore, the drilling process can be completed in a shorter time. On drilling rigs with a single-tube, extra-long drill pipe candle, a ground drive is used to rotate the drill pipe, create an axial load on the drill bit to cut the rock and control the deviation of the drill assembly (drill string). Known drill rigs with a single tube extra-long drill pipe plug include ground drive units having limited thrust and torque generating power on the rotary table. Consequently, the use of drilling rigs with a single-tube ultra-long drill pipe plug also limits the horizontal penetration distance and borehole diameter.

Кроме того, известные буровые установки включают силовые агрегаты, расположенные отдельно от буровой установки и, следовательно, для транспортировки буровой установки требуется несколько рейсов. Известные буровые компоновки для бурения нефтяных, газовых и метановых скважин не закрепляют (якорями, анкерами) в грунте с целью повышения эксплуатационных характеристик. Вместо этого известные буровые установки используют свой собственный вес для регулирования эксплуатационных характеристик машины. В результате этого известные буровые установки являются исключительно тяжелыми и для их транспортировки требуется несколько рейсов. На известных буровых установках для бурения нефтяных, газовых и метановых скважин используются сверхутяжеленные бурильные трубы в бурильной колонне с целью создания осевой нагрузки на бурильную трубу, а также мощная лебедочно-тросовая система для создания обратного тягового усилия. Тем не менее, сверхутяжеленные бурильные трубы являются неэффективными при бурении в горизонтальном направлении. На ряде известных буровых установок для бурения нефтяных, газовых и метановых скважин используются гидроцилиндры для создания осевого и обратного тягового усилий. Кроме того, на известных буровых установках для бурения нефтяных, газовых и метановых скважин часто имеет место повреждение резьбового конца секции бурильной колонны при контакте наземного привода или роторного стола с резьбовым концом секции бурильной колонны.In addition, well-known drilling rigs include power units located separately from the drilling rig and, therefore, several flights are required to transport the drilling rig. Known drilling arrangements for drilling oil, gas and methane wells are not fixed (anchors, anchors) in the ground in order to improve operational characteristics. Instead, well-known rigs use their own weight to control the performance of the machine. As a result, well-known rigs are extremely heavy and require several flights to transport them. Well-known drilling rigs for drilling oil, gas and methane wells use super-heavy drill pipes in the drill string to create axial load on the drill pipe, as well as a powerful winch-cable system to create reverse traction. However, super-heavy drill pipes are inefficient when drilling in the horizontal direction. A number of well-known drilling rigs for drilling oil, gas and methane wells use hydraulic cylinders to create axial and reverse traction. In addition, well-known drilling rigs for drilling oil, gas and methane wells often have damage to the threaded end of the drill string section when the ground drive or rotary table contacts the threaded end of the drill string section.

Кроме того, известные буровые компоновки не включают роликовый ориентирующий (направляющий) вкладыш для бурильной колонны, предназначенный для снижения износа и повреждения бурильной колонны. Известные буровые компоновки не включают плашки для автоматизированного захвата бурильных труб, предназначенные для сокращения времени, необходимого для выполнения операций свинчивания и развинчивания муфт бурильных труб и (или) обсадных труб. Известные буровые компоновки не включают стрелу для работы с трубами, шарнирно прикрепленную к подвышечному основанию для быстрого демонтажа при транспортировке. Известные буровые компоновки не включают систему реечно-шестеренчатой каретки с принудительным зацеплением (наземный привод), предназначенную для создания осевого и обратного тягового усилий на бурильную колонну и позволяющую исключить использование тросов, лебедок, гидравлических цилиндров, цепных систем и аналогичных механизмов для создания таких усилий. Известные буровые компоновки также не включают узел вала (шпинделя) со скользящими плашками, который вмонтирован в наземный привод и предназначен для снижения повреждений и износа резьбы бурильных и обсадных труб.In addition, well-known drilling configurations do not include a roller orienting (guide) liner for the drill string, designed to reduce wear and damage to the drill string. Known drill assemblies do not include dies for automated drill pipe grip designed to reduce the time required to complete screwing and unscrewing of drill pipe couplings and / or casing. Known drilling arrangements do not include a pipe boom pivotally attached to a sub-base for quick dismantling during transportation. Known drilling arrangements do not include a rack and pinion carriage system with forced engagement (ground drive) designed to create axial and reverse pulling forces on the drill string and to eliminate the use of cables, winches, hydraulic cylinders, chain systems and similar mechanisms to create such forces. Known drilling arrangements also do not include a shaft assembly (spindle) with sliding dies, which is mounted in a ground drive and is designed to reduce damage and wear on the threads of drill and casing pipes.

Таким образом, целью изобретения является создание буровой компоновки, которая обладала бы повышенной мощностью для передачи вращательного, осевого и обратного тягового усилий на бурильные трубы. Также целью изобретения является создание буровой компоновки, которая обеспечивала бы бурение более глубоких скважин и скважин, имеющих больший диаметр по сравнению со скважинами, бурение которых осуществляется с использованием известных буровых компоновок. При этом целью изобретения является создание буровой компоновки, способной пробурить породу и сформировать скважину с большим углом наклона по сравнению с известными буровыми компоновками горизонтально-наклонного бурения. Также целью изобретения является создание буровой компоновки, способной пробурить породу и сформировать скважину под углом, близким к горизонтали, по сравнению с известными буровыми компоновками вертикального бурения. Кроме того, целью изобретения является создание буровой компоновки, которая позволила бы исключить использование тяжелых бурильных труб или утяжеленных бурильных труб с целью оказания направленной вниз нагрузки на буровое долото. Еще одной целью изобретения является создание буровой компоновки, обеспечивающей более легкую транспортировку. Другой целью изобретения является создание буровой компоновки, обеспечивающей анкерное крепление к грунту с целью повышения эксплуатационных характеристик. Еще одной целью изобретения является создание буровой компоновки, исключающей использование тросов, лебедок, гидравлических цилиндров, цепных систем и аналогичного оборудования с целью создания вращательного, осевого и обратного тягового усилий. Целью изобретения является создание буровой компоновки, позволяющей снизить повреждение и износ резьбовых концов секций бурильной колонны при контакте наземного привода или роторного стола с резьбовым концом секции бурильной колонны. Целью изобретения является создание буровой компоновки, которая позволила бы сократить время, необходимое для выполнения операций свинчивания и развинчивания муфт бурильных труб и (или) обсадных труб. Целью изобретения является создание буровой компоновки, которая позволила бы включить стрелу для работы с трубами, шарнирно прикрепленную к подвышечному основанию для быстрого демонтажа при транспортировке. Целью изобретения является создание буровой компоновки, предназначенной для выполнения работ вертикального и горизонтального бурения с двухтрубной бурильной колонной. Целью изобретения является создание буровой компоновки, предназначенной для бесперебойного выполнения буровых работ при выходе из строя силового агрегата.Thus, the aim of the invention is to provide a drilling arrangement that would have increased power for transmitting rotational, axial and reverse traction to the drill pipe. It is also an object of the invention to provide a drilling arrangement that would allow drilling of deeper wells and wells having a larger diameter compared to wells drilled using known drilling arrangements. The aim of the invention is to provide a drilling assembly capable of drilling rock and forming a well with a large angle of inclination compared to the known horizontal drilling inclined drilling assemblies. It is also an object of the invention to provide a drilling assembly capable of drilling a rock and forming a well at an angle close to the horizontal as compared to known vertical drilling assemblies. In addition, the aim of the invention is to provide a drilling arrangement that would eliminate the use of heavy drill pipes or heavy drill pipes in order to exert a downward load on the drill bit. Another objective of the invention is to provide a drilling arrangement for easier transportation. Another objective of the invention is the creation of a drilling arrangement that provides anchor fastening to the ground in order to improve operational characteristics. Another objective of the invention is the creation of a drilling arrangement, eliminating the use of cables, winches, hydraulic cylinders, chain systems and similar equipment in order to create rotational, axial and reverse traction. The aim of the invention is to provide a drilling arrangement that allows to reduce damage and wear to the threaded ends of the drill string sections when the ground drive or rotary table contacts the threaded end of the drill string section. The aim of the invention is the creation of a drilling arrangement, which would reduce the time required to perform the operations of screwing and unscrewing the couplings of the drill pipe and (or) casing. The aim of the invention is to provide a drilling arrangement that would enable the inclusion of a boom for working with pipes, pivotally attached to a sub-base for quick dismantling during transportation. The aim of the invention is the creation of a drilling layout designed to perform vertical and horizontal drilling with a two-pipe drill string. The aim of the invention is the creation of a drilling arrangement designed for the uninterrupted performance of drilling operations in the event of a failure of the power unit.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯAdvantages of the Invention

Преимуществами изобретения является создание буровой компоновки, которая обладала бы повышенной мощностью для передачи вращательного, осевого и обратного тягового усилий на бурильные трубы. Также преимуществом изобретения является создание буровой компоновки, которая обеспечивала бы бурение более глубоких скважин и скважин, имеющих больший диаметр по сравнению со скважинами, бурение которых осуществляется с использованием известных буровых компоновок. При этом еще одним преимуществом изобретения является создание буровой компоновки, способной пробурить породу и сформировать скважину с большим углом наклона по сравнению с известными буровыми компоновками горизонтально-наклонного бурения. Дополнительным преимуществом изобретения является создание буровой компоновки, способной пробурить породу и сформировать скважину под углом, близким к горизонтали, по сравнению с известными буровыми компоновками вертикального бурения. Кроме того, еще одним преимуществом изобретения является создание буровой компоновки, которая позволила бы исключить использование тяжелых бурильных труб или утяжеленных бурильных труб с целью оказания направленной вниз нагрузки на буровое долото. Еще одним преимуществом изобретения является создание буровой компоновки, обеспечивающей более легкую транспортировку. Другим преимуществом изобретения является создание буровой компоновки, обеспечивающей анкерное крепление к грунту с целью повышения эксплуатационных характеристик. Еще одним преимуществом изобретения является создание буровой компоновки, исключающей использование тросов, лебедок, гидравлических цилиндров, цепных систем и аналогичного оборудования с целью создания вращательного, осевого и обратного тягового усилий. Преимуществом изобретения также является создание буровой компоновки, позволяющей снизить повреждение и износ резьбовых концов секций бурильной колонны при контакте наземного привода или роторного стола с резьбовым концом секции бурильной колонны. Дополнительным преимуществом изобретения является создание буровой компоновки, которая позволила бы сократить время, необходимое для выполнения операций свинчивания и развинчивания муфт бурильных труб и (или) обсадных труб. Преимуществом изобретения также является создание буровой компоновки, которая позволила бы включить стрелу для работы с трубами, шарнирно прикрепленную к подвышечному основанию для быстрого демонтажа при транспортировке. Преимуществом изобретения также является создание буровой компоновки, предназначенной для выполнения работ вертикального и горизонтального бурения с двухтрубной бурильной трубой или двухтрубной бурильной колонной. Еще одним преимуществом изобретения является создание буровой компоновки, предназначенной для бесперебойного выполнения буровых работ при выходе из строя силового агрегата.Advantages of the invention are the creation of a drilling arrangement that would have increased power for transmitting rotational, axial and reverse traction to drill pipes. Another advantage of the invention is the creation of a drilling arrangement that would allow drilling of deeper wells and wells having a larger diameter compared to wells drilled using known drilling arrangements. At the same time, another advantage of the invention is the creation of a drilling assembly capable of drilling rock and forming a well with a large angle of inclination compared to the known horizontal drilling inclined drilling assemblies. An additional advantage of the invention is the creation of a drilling arrangement capable of drilling rock and forming a well at an angle close to the horizontal, compared with the known vertical drilling drilling arrangements. In addition, another advantage of the invention is the creation of a drilling arrangement that would eliminate the use of heavy drill pipes or heavy drill pipes in order to exert a downward load on the drill bit. Another advantage of the invention is the creation of a drilling arrangement that provides easier transportation. Another advantage of the invention is the creation of a drilling arrangement that provides anchor fastening to the ground in order to improve operational characteristics. Another advantage of the invention is the creation of a drilling arrangement that eliminates the use of cables, winches, hydraulic cylinders, chain systems and similar equipment in order to create rotational, axial and reverse traction. An advantage of the invention is also the creation of a drilling arrangement, which allows to reduce damage and wear to the threaded ends of the drill string sections when the ground drive or rotary table contacts the threaded end of the drill string section. An additional advantage of the invention is the creation of a drilling arrangement, which would reduce the time required to perform the operations of screwing and unscrewing the couplings of drill pipes and (or) casing pipes. An advantage of the invention is also the creation of a drilling arrangement that would enable the inclusion of a boom for working with pipes, pivotally attached to the suspension base for quick dismantling during transportation. An advantage of the invention is also the creation of a drilling arrangement designed to perform vertical and horizontal drilling with a two-pipe drill pipe or two-pipe drill string. Another advantage of the invention is the creation of a drilling assembly designed for uninterrupted drilling operations in case of failure of the power unit.

Дополнительные преимущества настоящего изобретения очевидны из прилагаемых рисунков и следующего ниже описания.Further advantages of the present invention are apparent from the accompanying drawings and the following description.

ПОЯСНЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ТЕРМИНОВEXPLANATIONS OF TECHNICAL TERMS

Значение термина «бурение буровой трубой в бурильной поверхности", используемое в настоящем описании, включает бурение скважины, в которую производится опускание бурильной трубы или бурильной колонны. Термин «drilling a drill pipe into a drilling surface" также включает опускание бурильной трубы или бурильной колонны в скважину и подъем их из нее.The term “drill pipe in a drill surface” as used herein includes drilling a well into which a drill pipe or drill string is lowered. The term “drilling a drill pipe into a drilling surface” also includes lowering a drill pipe or drill string in well and lifting them out of it.

Значение термина «бурильная поверхность", используемое в настоящем описании, включает подземные пласты горных пород или иные среды, через которые могут быть пробурены скважины.The term “drill surface” as used herein includes underground rock formations or other media through which wells may be drilled.

Значение термина "гидравлический привод", используемое в настоящем описании, включает гидравлические цилиндры, гидравлические вращательные приводы, пневматические цилиндры и любые иные устройства или системы, в которых жидкость под давлением используется для передачи механического усилия.The term "hydraulic actuator" as used herein includes hydraulic cylinders, hydraulic rotary actuators, pneumatic cylinders, and any other device or system in which pressure fluid is used to transmit mechanical force.

Используемый в настоящем описании термин "труба-в-трубе" относится к типу бурильных труб или бурильных колонн, характеризующихся тем, что имеется стенка внешней бурильной трубы и в основном аксиально расположенная стенка внутренней бурильной трубы, в основном окруженная стенкой внешней бурильной трубы.As used herein, the term “pipe-in-pipe” refers to a type of drill pipe or drill string, characterized in that there is a wall of the external drill pipe and a substantially axially located wall of the internal drill pipe, mainly surrounded by the wall of the external drill pipe.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Устройство, заявляемое в настоящей заявке на изобретение, включает усовершенствованную горизонтально-наклонную буровую компоновку для бурения скважины через подземные пласты горных пород с помощью бурильной трубы, предусматривающее опускание бурильной трубы или бурильной колонны в скважину и подъем их из нее. Буровая компоновка включает силовой агрегат для подачи электроэнергии на буровую компоновку, упорную раму, предназначенную для перемещения между положением, в основном параллельным подземным пластам горных пород, и положением, в основном перпендикулярным подземным пластам горных пород, и устройство для перемещения упорной рамы. Далее буровая компоновка включает блок ротора и каретки, установленный на упорной раме. Блок ротора и каретки предназначен для передачи бурильной трубе вращательного, осевого и обратного тягового (подъемного) усилий. Буровая компоновка предназначена для бурения скважины с использованием бурильной трубы через подземные пласты горных пород под любым углом относительно подземных пластов горных пород между положением, в основном параллельным подземным пластам горных пород, и положением, в основном перпендикулярным подземным пластам горных пород.The device claimed in this application for the invention includes an improved horizontal-inclined drilling assembly for drilling a well through underground rock formations using a drill pipe, which includes lowering the drill pipe or drill string into the well and lifting them out of it. The drilling arrangement includes a power unit for supplying electricity to the drilling assembly, a thrust frame designed to move between a position mainly parallel to the underground rock formations, and a position mainly perpendicular to the underground rock formations, and a device for moving the thrust frame. Further, the drilling assembly includes a rotor unit and a carriage mounted on a thrust frame. The rotor and carriage block is designed to transmit rotational, axial and reverse traction (lifting) forces to the drill pipe. The drilling arrangement is intended for drilling a well using a drill pipe through underground rock formations at any angle relative to the underground rock formations between a position mainly parallel to the underground rock formations and a position mainly perpendicular to the underground rock formations.

Способ бурения скважины через подземные пласты горных пород с помощью бурильной трубы, предусматривающий опускание бурильной трубы или бурильной колонны в скважину и подъем их из нее, включает создание усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки. Буровая компоновка включает силовой агрегат для подачи электроэнергии на буровую компоновку, упорную раму, предназначенную для перемещения между положением, в основном параллельным подземным пластам горных пород, и положением, в основном перпендикулярным подземным пластам горных пород, устройство для перемещения упорной рамы и блок ротора и каретки, установленный на упорной раме. Блок ротора и каретки предназначен для передачи бурильной трубе вращательного, осевого и обратного тягового (подъемного) усилий. Буровая компоновка предназначена для бурения скважины с использованием бурильной трубы через подземные пласты горных пород под любым углом относительно подземных пластов горных пород между положением, в основном параллельным подземным пластам горных пород, и положением, в основном перпендикулярным подземным пластам горных пород. Способ далее включает размещение бурильной трубы на буровой компоновке, перемещение упорной рамы для установки под требуемым углом бурения, перемещение блока ротора и каретки до прямого контакта с бурильной трубой, передачу бурильной трубе вращательного, осевого и обратного тягового усилий и бурение подземных пластов горных пород с помощью бурильной трубы.A method of drilling a well through underground rock formations using a drill pipe, comprising lowering a drill pipe or drill string into a well and lifting them out of it, involves creating an improved horizontally-inclined drilling arrangement. The drilling assembly includes a power unit for supplying electricity to the drilling assembly, a thrust frame designed to move between a position mainly parallel to the underground rock formations, and a position generally perpendicular to the underground rock formations, a device for moving the thrust frame and a rotor and carriage block mounted on a thrust frame. The rotor and carriage block is designed to transmit rotational, axial and reverse traction (lifting) forces to the drill pipe. The drilling arrangement is intended for drilling a well using a drill pipe through underground rock formations at any angle relative to the underground rock formations between a position mainly parallel to the underground rock formations and a position mainly perpendicular to the underground rock formations. The method further includes placing the drill pipe on the drilling assembly, moving the thrust frame for installation at the desired drilling angle, moving the rotor block and carriage until it is in direct contact with the drill pipe, transferring rotational, axial and reverse traction forces to the drill pipe and drilling underground rock formations using drill pipe.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУРBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Предпочтительные примеры осуществления изобретения проиллюстрированы на прилагаемых фигурах, на которых одинаковые детали обозначены одними и теми же позициями и на которых:Preferred embodiments of the invention are illustrated in the accompanying figures, in which the same parts are denoted by the same position and in which:

Фиг.1 - вид сбоку предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрирующий буровую компоновку в сложенном транспортном положении при подъезде к буровой площадке.Figure 1 is a side view of a preferred embodiment of the improved horizontal-tilted drilling assembly in accordance with the present invention, illustrating the drilling assembly in a folded transport position when approaching the drilling site.

Фиг.2 - вид сбоку предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.1, иллюстрирующий буровую компоновку в сложенном транспортном положении на подвышечном основании.FIG. 2 is a side view of a preferred embodiment of the improved horizontally inclined drilling assembly shown in FIG. 1, illustrating the drilling assembly in a folded transport position on a sub-base.

Фиг.3 - вид сбоку предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.1-2, иллюстрирующий буровую компоновку в положении для вертикального бурения подземных пластов горных пород, при этом бурильная труба находится в горизонтальном положении хранения.FIG. 3 is a side view of a preferred embodiment of the improved horizontally-inclined drilling arrangement shown in FIGS. 1-2, illustrating the drilling arrangement in a position for vertical drilling of underground rock formations, with the drill pipe in a horizontal storage position.

Фиг.4 - вид сверху предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.3.FIG. 4 is a top view of a preferred embodiment of the improved horizontally inclined drilling arrangement shown in FIG. 3.

Фиг.5 - вид сбоку предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.1-4, иллюстрирующий буровую компоновку в положении для вертикального бурения подземных пластов горных пород с бурильной трубой в вертикальном положении бурения и иллюстрирующий предпочтительную систему крепления анкерами (якорями).FIG. 5 is a side view of a preferred embodiment of the improved horizontally inclined drilling assembly shown in FIGS. 1-4, illustrating a drilling arrangement in a position for vertical drilling of underground rock formations with a drill pipe in a vertical drilling position and illustrating a preferred anchoring system ( anchors).

Фиг.6 - вид сбоку предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.1-5, иллюстрирующий буровую компоновку в положении под углом 45° для наклонного бурения подземных пластов горных пород с бурильной трубой в горизонтальном положении хранения.FIG. 6 is a side view of a preferred embodiment of the improved horizontally-inclined drilling arrangement shown in FIGS. 1-5, illustrating the drilling arrangement in a 45 ° angle for directional drilling of underground rock formations with a drill pipe in a horizontal storage position.

Фиг.7 - вид сбоку предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.1-6, иллюстрирующий буровую компоновку и бурильную трубу в положении под углом 45° для наклонного бурения подземных пластов горных пород.FIG. 7 is a side view of a preferred embodiment of the improved horizontally-inclined drilling assembly shown in FIGS. 1-6, illustrating the drilling assembly and drill pipe in a 45 ° angle for directional drilling of underground rock formations.

Фиг.8 - вид сбоку блока ротора и каретки предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.1-7.FIG. 8 is a side view of the rotor block and carriage of a preferred embodiment of the improved horizontal-tilted drilling arrangement shown in FIGS. 1-7.

Фиг.9 - вид сверху блока ротора и каретки, показанного на Фиг.1-8.Fig.9 is a top view of the rotor block and the carriage shown in Fig.1-8.

Фиг.10 - вид сбоку частично в разрезе телескопического узла вала со скользящими плашками предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.1-9, иллюстрирующий выходной вал (шпиндель) узла вала со скользящими плашками во втянутом положении.Figure 10 is a side view, partially in section, of a telescopic shaft assembly with sliding dies of a preferred embodiment of the improved horizontally inclined drilling assembly shown in Figs. 1-9, illustrating the output shaft (spindle) of the shaft assembly with sliding rams in the retracted position.

Фиг.11 - вид сбоку частично в разрезе телескопического узла вала со скользящими плашками предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.1-10, иллюстрирующий выходной вал (шпиндель) узла вала со скользящими плашками в выдвинутом положении.11 is a side view, partially in section, of a telescopic shaft assembly with sliding dies of a preferred embodiment of the improved horizontal-tilted drilling assembly shown in FIGS. 1-10, illustrating the output shaft (spindle) of the shaft assembly with sliding dies in the extended position.

Фиг.12 - вид с торца телескопического узла вала со скользящими плашками предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, показанной на Фиг.1-11.FIG. 12 is an end view of a telescopic shaft assembly with sliding rams of a preferred embodiment of the improved horizontally-inclined drilling arrangement shown in FIGS. 1-11.

Фиг.13 - вид сбоку первого варианта предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрирующий закрепленную ось поворота и систему с широко расставленными распорками.FIG. 13 is a side view of a first embodiment of a preferred embodiment of an improved horizontally-tilted drilling assembly in accordance with the present invention, illustrating a fixed pivot axis and a wide spacer system.

Фиг.14 - вид сверху первого варианта предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки, проиллюстрированной на Фиг.13.FIG. 14 is a plan view of a first embodiment of a preferred embodiment of the improved horizontal-tilted drilling assembly illustrated in FIG. 13.

Фиг.15 - вид сверху варианта предпочтительного примера осуществления блока ротора и каретки предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки в соответствии с настоящим изобретением.FIG. 15 is a top view of an embodiment of a preferred embodiment of a rotor unit and a carriage of a preferred embodiment of an improved horizontal-tilted drilling assembly in accordance with the present invention.

Фиг.15А - увеличенный вид предпочтительного примера осуществления блока ротора и каретки, проиллюстрированного на Фиг.15.FIG. 15A is an enlarged view of a preferred embodiment of a rotor unit and a carriage illustrated in FIG.

Фиг.16 - вид сбоку варианта предпочтительного примера осуществления блока ротора и каретки, проиллюстрированного на Фиг.15 и 15А.FIG. 16 is a side view of an embodiment of a preferred embodiment of a rotor unit and a carriage illustrated in FIGS. 15 and 15A.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION

На фигурах 1-12 проиллюстрированы предпочтительные примеры осуществления устройства и способа для усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки в соответствии с настоящим изобретением. В частности, как показано на фигурах 1-12, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка обозначена в целом позицией 30. Предпочтительный пример усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30 предназначен для использования как для проведения буровых работ горизонтально-наклонного бурения, так и вертикального бурения подземных пластов горных пород для формирования, например, нефтяных, газовых и метановых скважин.Figures 1-12 illustrate preferred embodiments of a device and method for an improved horizontal-tilted drilling assembly in accordance with the present invention. In particular, as shown in FIGS. 1-12, the advanced horizontally-inclined drilling assembly is indicated generally by 30. A preferred example of the improved horizontally-inclined drilling assembly 30 is intended for use both for horizontal-inclined drilling and vertical underground drilling. rock formations for the formation of, for example, oil, gas and methane wells.

Как показано на Фиг.1, предпочтительный пример осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30 включает пару силовых агрегатов 32 и 34 (не показан). Предпочтительные силовые агрегаты представляют собой дизельные двигатели, но в пределах объема настоящего изобретения предусматривается, что может быть использован любой приемлемый источник энергии, например электродвигатели, дизельные двигатели, дизель-генераторы и т.д. Компоновка снабжена несколькими силовыми агрегатами для бесперебойного ведения буровых работ в случае выхода из строя всех, за исключением одного силового агрегата. В частности, предпочтительный пример усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30 включает два независимых силовых агрегата, и в случае необходимости проведения ремонта или технического обслуживания одного из силовых агрегатов, либо в случае необходимости проведения ремонта или технического обслуживания гидравлической системы, подсоединенной к одному из силовых агрегатов, обеспечивается работа компоновки при полной мощности (при вдвое меньшей скорости) с использованием второго силового агрегата, и буровые работы могут проводиться бесперебойно (run-on-one-technology - техника работы на одном агрегате ("ROOT"). Вследствие этого снижается до минимума риск обрушения стенок ствола скважины. Силовые агрегаты предпочтительно присоединены к усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновке таким образом, чтобы обеспечивалась их транспортировка вместе с компоновкой в виде одного блока. Тем не менее, в пределах объема настоящего изобретения предусматривается, что силовые агрегаты могут отсоединяться от других компонентов буровой компоновки с возможностью их демонтажа и транспортировки отдельно от других компонентов буровой компоновки.As shown in FIG. 1, a preferred embodiment of the improved horizontally tilted drilling assembly 30 includes a pair of power units 32 and 34 (not shown). Preferred power units are diesel engines, but it is contemplated within the scope of the present invention that any suitable source of energy can be used, for example electric motors, diesel engines, diesel generators, etc. The layout is equipped with several power units for uninterrupted drilling operations in the event of failure of all, with the exception of one power unit. In particular, a preferred example of an improved horizontal-inclined drilling assembly 30 includes two independent power units, and if it is necessary to carry out repair or maintenance of one of the power units, or if it is necessary to carry out repairs or maintenance of a hydraulic system connected to one of the power units , ensures the operation of the layout at full power (at half the speed) using a second power unit, and drilling operations you can run smoothly (run-on-one-technology - single-unit operation technology ("ROOT"). As a result, the risk of collapse of the borehole walls is minimized. The power units are preferably connected to an improved horizontal-inclined drilling arrangement so that they were transported together with the arrangement in the form of a single unit.However, within the scope of the present invention, it is envisaged that the power units can be disconnected from other components of the drilling assembly with possible the ability to dismantle and transport them separately from other components of the drilling assembly.

Далее на Фиг.1 усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 также включает блок ротора и каретки 40. Блок ротора и каретки 40 предназначен для перемещения вдоль упорной рамы 42 и передачи осевого усилия, обратного тягового усилия и крутящего момента на бурильную или обсадную трубу. Блок ротора и каретки является системой речно-шестеренчатой каретки с принудительным зацеплением, исключающей использование тросов, лебедок, гидравлических цилиндров, цепных систем и аналогичных механизмов. Далее усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка включает развинчивающий ключ 50 и роликовый антифрикционный ориентирующий вкладыш 60 для бурильной колонны. Развинчивающий ключ 50 предназначен для свинчивания и развинчивания соединительных муфт бурильных труб. Вкладыш 60 предназначен для снижения износа колонны бурильных труб.Further, in FIG. 1, the improved horizontally inclined drilling assembly 30 also includes a rotor and carriage block 40. The rotor and carriage block 40 is designed to move along the thrust frame 42 and transmit axial force, reverse traction and torque to the drill pipe or casing. The rotor and carriage block is a river-gear carriage system with forced engagement, excluding the use of cables, winches, hydraulic cylinders, chain systems and similar mechanisms. Further, an improved horizontally-inclined drilling assembly includes a spanner 50 and a roller anti-friction guide liner 60 for the drill string. Unscrew wrench 50 is designed for screwing and unscrewing drill pipe couplings. The liner 60 is designed to reduce wear on the drill string.

Кроме того, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 включает пару шарниров 70 (см. также Фиг.4), обеспечивающих поворотное перемещение упорной рамы 42 между положением приблизительно параллельным подземным пластам горных пород (как показано на Фиг.1) и положением приблизительно перпендикулярным подземным пластам горных пород (см. Фиг.3). Шарнир 70 является двухшарнирным устройством, снабженным двумя осями поворота. Тем не менее, в пределах объема настоящего изобретения предусматривается, что шарнир может иметь менее или более двух осей поворота. Далее, в пределах объема настоящего изобретения предусматривается, что менее одного или более двух шарниров могут использоваться для перемещения упорной рамы между положением приблизительно параллельным подземным пластам горных пород и положением приблизительно перпендикулярным подземным пластам горных пород.In addition, the improved horizontally-inclined drilling assembly 30 includes a pair of hinges 70 (see also FIG. 4), providing a rotary movement of the thrust frame 42 between a position approximately parallel to the underground rock formations (as shown in FIG. 1) and a position approximately perpendicular to the underground strata of rocks (see Figure 3). The hinge 70 is a two-hinge device provided with two pivot axes. However, it is within the scope of the present invention that the hinge may have less than or more than two pivot axes. Further, it is within the scope of the present invention that less than one or more of two hinges can be used to move the thrust frame between a position approximately parallel to the underground rock formations and a position approximately perpendicular to the underground rock formations.

Блок ротора и каретки 40 и упорная рама 42 предпочтительно перемещаются между приблизительно горизонтальным положением и приблизительно вертикальным положением с помощью гидравлических цилиндров 44 рамы (см. также Фиг.4). Тем не менее, в пределах объема настоящего изобретения предусматривается, что для поворотного перемещения блока ротора и каретки и упорной рамы между приблизительно горизонтальным положением и приблизительно вертикальным положением может использоваться любое приемлемое устройство или агрегат, такой как блок цепного привода с двигателем, блок канатного привода с двигателем, блок редуктора с двигателем и аналогичные механизмы. Далее предусматривается, что установка может быть снабжена менее или более двух гидравлических цилиндров для перемещения блока ротора и каретки и упорной рамы между приблизительно горизонтальным положением и приблизительно вертикальным положением. Далее предусматривается, что блок ротора и каретки и упорная рама могут перемещаться по дуге за пределы вертикального положения приблизительно 90°.The rotor unit and the carriage 40 and the thrust frame 42 are preferably moved between the approximately horizontal position and the approximately vertical position by the frame hydraulic cylinders 44 (see also FIG. 4). However, within the scope of the present invention, it is contemplated that any suitable device or assembly, such as a chain drive unit with a motor, a cable drive unit with a cable drive, can be used to rotate the rotor and carriage assembly and the thrust frame between an approximately horizontal position and an approximately vertical position. engine, gear unit with engine and similar mechanisms. It is further contemplated that the apparatus may be provided with less or more than two hydraulic cylinders for moving the rotor unit and the carriage and the thrust frame between an approximately horizontal position and an approximately vertical position. It is further contemplated that the rotor unit and the carriage and the thrust frame can move in an arc beyond a vertical position of approximately 90 °.

Как показано на Фиг.1, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 также включает подвышечное основание 80, предназначенное для подъема компоновки до достаточной высоты для очистки противовыбросового превентора. Кроме того, подвышечное основание 80 предназначено для анкерного крепления компоновки к грунту (как показано на Фиг.5) таким образом, чтобы осевые усилия, превышающие вес компоновки и подвышечного основания, могли быть приложены к бурильной трубе или обсадной трубе. Подвышечное основание, проиллюстрированное на Фиг.1, показано в разобранном состоянии для транспортировки. Усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 далее включает дистанционно управляемую подвеску 85 бурильных труб или обсадной колонны с клиньями. Подвеска 85 обсадной колонны с клиньями предназначена для предотвращения падения бурильной колонны в буровую скважину. Кроме того, подвеска 85 обсадной колонны с клиньями предназначена для сокращения времени необходимого для проведения операций по свинчиванию и развинчиванию муфт бурильной трубы и (или) обсадной трубы. Дополнительно подвеска 85 обсадной колонны с клиньями выступает в качестве оборудования, обеспечивающего безопасность персонала, предотвращая его контакт с движущейся бурильной трубой и обсадной трубой.As shown in FIG. 1, the improved horizontally inclined drilling assembly 30 also includes a sub-base 80 designed to raise the assembly to a sufficient height to clean the blowout preventer. In addition, the sub-base 80 is designed to anchor the assembly to the ground (as shown in FIG. 5) so that axial forces exceeding the weight of the assembly and the sub-base can be applied to the drill pipe or casing. The sub-base illustrated in FIG. 1 is shown disassembled for transportation. Improved horizontal-inclined drilling assembly 30 further includes a remotely controlled suspension 85 of drill pipe or casing with wedges. Casing wedge suspension 85 is designed to prevent the drill string from falling into the borehole. In addition, the casing string suspension 85 with wedges is intended to reduce the time required for screwing and unscrewing the drill pipe and / or casing couplings. Additionally, the casing string suspension 85 with wedges acts as equipment to ensure the safety of personnel by preventing contact with a moving drill pipe and casing.

На Фиг.1 манипулятор 90 для работы с бурильными и обсадными трубами предназначен для подхвата бурильной трубы 100 или обсадной трубы из приблизительно горизонтального положения в основном параллельного подземным пластам горных пород (т.е. из положения, в котором хранятся бурильные трубы и обсадные трубы на стеллаже для хранения). Кроме того, манипулятор 90 предназначен для перемещения бурильной трубы 100 или обсадной трубы с поворотом приблизительно в вертикальное положение, в основном перпендикулярное подземным пластам горных пород, для проведения подземных буровых работ с вертикальным бурением. Дополнительно манипулятор 90 предназначен для перемещения бурильной трубы 100 приблизительно за пределы вертикального положения, как показано на Фиг.7. Кроме того, манипулятор 90 предназначен для удержания бурильной трубы или обсадной трубы в положении до момента соединения блока ротора и каретки с бурильной трубой или обсадной трубой. Манипулятор 90 предназначен для перемещения бурильной трубы или обсадной трубы в неограниченное количество положений от приблизительно горизонтального положения хранения до положения, в котором происходит соединение бурильной или обсадной трубы с блоком ротора и каретки. Манипулятор 90 соединен с возможностью демонтажа с подвышечным основанием 80 с помощью одного или нескольких болтовых соединений.1, a drill and casing manipulator 90 is designed to pick up a drill pipe 100 or casing from an approximately horizontal position substantially parallel to underground rock formations (i.e., from a position in which drill pipes and casing are stored on storage rack). In addition, the manipulator 90 is designed to move the drill pipe 100 or casing with rotation approximately in a vertical position, mainly perpendicular to the underground rock formations, for underground drilling operations with vertical drilling. Additionally, the manipulator 90 is designed to move the drill pipe 100 approximately beyond the vertical position, as shown in Fig.7. In addition, the manipulator 90 is designed to hold the drill pipe or casing in position until the rotor unit and the carriage are connected to the drill pipe or casing. The manipulator 90 is designed to move the drill pipe or casing to an unlimited number of positions from an approximately horizontal storage position to the position where the drill or casing pipe is connected to the rotor and carriage block. The manipulator 90 is connected with the possibility of dismantling with a sub-base 80 using one or more bolted connections.

На Фиг.1 манипулятор 90 и бурильная труба 100 или обсадная труба с помощью гидравлического цилиндра 92 манипулятора перемещаются в основном от горизонтального положения хранения в соответствующее положение для соединения бурильной трубы или обсадной трубы с блоком ротора и каретки. Тем не менее, в пределах объема настоящего изобретения предусматривается, что любое приемлемое устройство или агрегат, такие как блок цепного привода с двигателем, блок канатного привода с двигателем, блок редуктора с двигателем, вращательный привод и аналогичные механизмы, могут быть использованы для перемещения с поворотом манипулятора бурильных и обсадных труб в основном между горизонтальным положением хранения и соответствующим положением для соединения бурильной трубы или обсадной трубы с блоком ротора и каретки. Кроме того, предусматривается, что может быть установлено несколько гидравлических цилиндров для перемещения манипулятора бурильных и обсадных труб в основном между горизонтальным положением хранения и соответствующим положением для соединения бурильной трубы или обсадной трубы с блоком ротора и каретки. Предпочтительная бурильная труба 100 показана в горизонтальном положении хранения. Предпочтительный манипулятор 90 показан в положении, готовом для погрузки и транспортировки.1, the manipulator 90 and the drill pipe 100 or casing using the hydraulic cylinder 92 of the manipulator are moved mainly from the horizontal storage position to the corresponding position for connecting the drill pipe or casing to the rotor unit and the carriage. However, within the scope of the present invention, it is contemplated that any suitable device or assembly, such as a chain drive unit with an engine, a cable drive unit with an engine, a gear unit with an engine, a rotary drive and similar mechanisms, can be used to rotate the drill and casing manipulator is generally between the horizontal storage position and the corresponding position for connecting the drill pipe or casing to the rotor and carriage block. In addition, it is envisaged that several hydraulic cylinders can be installed to move the drill and casing manipulator mainly between the horizontal storage position and the corresponding position for connecting the drill pipe or casing to the rotor and carriage block. A preferred drill pipe 100 is shown in a horizontal storage position. A preferred manipulator 90 is shown in a position ready for loading and transportation.

Как показано на Фиг.1, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 также включает несколько регулируемых опор 110. Регулируемые опоры 110 крепятся к компоновке и предназначены для выравнивания буровой компоновки. Кроме того, регулируемые опоры 110 обеспечивают стабильность усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. Дополнительно регулируемые опоры 110 установлены на подвышечном основании 80 с целью создания дополнительного крепежного усилия на компоновку.As shown in FIG. 1, the improved horizontally inclined drilling assembly 30 also includes several adjustable supports 110. The adjustable supports 110 are attached to the assembly and are designed to align the drilling assembly. In addition, the adjustable legs 110 provide stability to the improved horizontally inclined drilling assembly 30. Additionally, the adjustable legs 110 are mounted on a sub-base 80 to create additional mounting force on the layout.

На Фиг.2 проиллюстрирован вид сбоку усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. В частности, на Фиг.2 проиллюстрирована усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 в сложенном транспортировочном положении на подвышечном основании 80. Как показано на Фиг.2, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 включает силовой агрегат 32 (силовой агрегат 34 не показан), блок 40 ротора и каретки, упорную раму 42, гидравлический цилиндр 44 рамы, развинчивающий ключ 50, вкладыш 60, шарнир 70, подвышечное основание 80, подвеску 85 бурильных труб или обсадной колонны с клиньями, манипулятор 90 для работы с бурильными или обсадными трубами, гидравлический цилиндр 92 манипулятора, бурильную трубу 100 и регулируемые опоры 110.FIG. 2 illustrates a side view of an improved horizontally inclined drilling assembly 30. In particular, FIG. 2 illustrates an improved horizontally inclined drilling assembly 30 in a folded transport position on a sub-base 80. As shown in FIG. 2, an improved horizontally inclined drilling arrangement the drilling arrangement 30 includes a power unit 32 (power unit 34 not shown), a rotor and carriage block 40, a thrust frame 42, a hydraulic cylinder 44 of the frame, an unscrew wrench 50, an insert 60, a hinge 70, antiplaque base 80, the suspension 85 of drill pipe or casing with the wedges, the manipulator 90 for use with drill pipe or casing, the hydraulic cylinder of the manipulator 92, the drill pipe 100 and leveling jacks 110.

На Фиг.3 представлен вид сбоку усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. В частности, на Фиг.3 представлен предпочтительный пример усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30 в положении для проведения вертикального подземного бурения. Бурильная труба 100 показана в горизонтальном положении хранения. Как показано на Фиг.3, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 включает силовой агрегат 32 (силовой агрегат 34 не показан), блок 40 ротора и каретки, упорную раму 42, гидравлический цилиндр 44 рамы, развинчивающий ключ 50, вкладыш 60, шарнир 70, подвышечное основание 80, подвеску 85 бурильных труб или обсадной колонны с клиньями, манипулятор 90 для работы с бурильными или обсадными трубами, гидравлический цилиндр 92 манипулятора, бурильную трубу 100 и регулируемые опоры 110. Далее, как показано на Фиг.3, блок 40 ротора и каретки и упорная рама 42 усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30 предназначены для поворота от положения приблизительно параллельного подземным пластам горных пород (как показано на Фиг.1 и 2) до положения приблизительно перпендикулярного подземным пластам горных пород с целью выполнения вертикального подземного бурения. Блок 40 ротора и каретки и упорная рама 42 предпочтительно перемещаются между приблизительно горизонтальным положением и приблизительно вертикальным положением с помощью гидравлического цилиндра 44 рамы.FIG. 3 is a side view of an improved horizontally inclined drilling assembly 30. In particular, FIG. 3 is a preferred example of an improved horizontally inclined drilling assembly 30 in a vertical underground drilling position. The drill pipe 100 is shown in a horizontal storage position. As shown in FIG. 3, the improved horizontally-inclined drilling assembly 30 includes a power unit 32 (power unit 34 not shown), a rotor and carriage block 40, a thrust frame 42, a hydraulic cylinder 44 of the frame, an unscrew wrench 50, an insert 60, a hinge 70 , sub-base 80, suspension of drill pipes or casing with wedges, manipulator 90 for working with drill or casing, hydraulic cylinder 92 of the manipulator, drill pipe 100 and adjustable legs 110. Next, as shown in FIG. 3, rotor block 40 and carriages and persistent A th frame 42 of an improved horizontal-inclined drilling assembly 30 is designed to rotate from a position approximately parallel to the underground rock formations (as shown in FIGS. 1 and 2) to a position approximately perpendicular to the underground rock formations in order to perform vertical underground drilling. The rotor and carriage block 40 and the thrust frame 42 are preferably moved between the approximately horizontal position and the approximately vertical position by the frame hydraulic cylinder 44.

На Фиг.4 представлен вид сверху усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. В частности, на Фиг.4 проиллюстрирована усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 в положении, показанном на Фиг.3, с шарнирами 70 в опущенном положении. Как показано на Фиг.4, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 включает силовой агрегат 32, силовой агрегат 34, блок 40 ротора и каретки, упорную раму 42, гидравлические цилиндры 44 рамы, шарниры 70, подвышечное основание 80, манипулятор 90 для работы с бурильными или обсадными трубами, бурильную трубу 100 и регулируемые опоры 110.FIG. 4 is a plan view of an improved horizontally-inclined drilling assembly 30. In particular, FIG. 4 illustrates an improved horizontally-inclined drilling assembly 30 in the position shown in FIG. 3 with hinges 70 in the lowered position. As shown in FIG. 4, the improved horizontally-inclined drilling assembly 30 includes a power unit 32, a power unit 34, a rotor and carriage block 40, a thrust frame 42, hydraulic cylinders 44 of the frame, hinges 70, a raised base 80, a manipulator 90 for working with drill or casing, drill pipe 100 and adjustable supports 110.

На Фиг.5 представлен вид сбоку усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. В частности, на Фиг.5 проиллюстрирована усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 в положении для вертикального подземного бурения с манипулятором 90 для работы с бурильными и обсадными трубами и бурильной трубой 100 в вертикальном положении бурения. Кроме того, на Фиг.5 проиллюстрирована система 115 анкерного крепления. Как показано на Фиг.5, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 включает силовой агрегат 32 (силовой агрегат 34 не показан), блок 40 ротора и каретки, упорную раму 42, гидравлический цилиндр 44 рамы, развинчивающий ключ 50, вкладыш 60, шарнир 70, подвышечное основание 80, подвеску 85 бурильных труб или обсадной колонны с клиньями, манипулятор 90 для работы с бурильными или обсадными трубами, гидравлический цилиндр 92 манипулятора, бурильную трубу 100, регулируемые опоры 110 и анкера (якоря) 120 с опрокидывающимися пластинами. Далее, как показано на Фиг.5, манипулятор 90 для работы с бурильными и обсадными трубами предназначен для удержания с возможностью съема и перемещения с поворотом бурильной трубы 100 от положения приблизительно параллельного подземным пластам горных пород (как показано на Фиг.1-3) до положения приблизительно перпендикулярного подземным пластам горных пород. Манипулятор 90 для работы с бурильными трубами и обсадными трубами с помощью гидравлического цилиндра 92 манипулятора перемещается между положением приблизительно параллельным подземным пластам горных пород и положением приблизительно перпендикулярным подземным пластам горных пород.FIG. 5 is a side view of an improved horizontally-inclined drilling assembly 30. In particular, FIG. 5 illustrates an improved horizontally-inclined drilling assembly 30 in a position for vertical underground drilling with a manipulator 90 for working with drill and casing pipes and drill pipe 100 upright drilling. In addition, FIG. 5 illustrates an anchoring system 115. As shown in FIG. 5, the improved horizontally inclined drilling assembly 30 includes a power unit 32 (power unit 34 not shown), a rotor and carriage block 40, a thrust frame 42, a hydraulic cylinder 44 of the frame, an unscrew wrench 50, an insert 60, a hinge 70 , sub-base 80, suspension of drill pipes or casing with wedges, manipulator 90 for working with drill or casing, hydraulic cylinder 92 of the manipulator, drill pipe 100, adjustable supports 110 and anchors (anchors) 120 with tipping plates. Further, as shown in FIG. 5, the drill and casing manipulator 90 is designed to hold and rotate the drill pipe 100 from a position approximately parallel to the underground rock formations (as shown in FIGS. 1-3) to positions approximately perpendicular to underground rock formations. The manipulator 90 for working with drill pipes and casing using the hydraulic cylinder 92 of the manipulator moves between a position approximately parallel to the underground rock formations and a position approximately perpendicular to the underground rock formations.

Как показано на Фиг.5, система 115 анкерного крепления включает анкера 120 с опрокидывающимися пластинами, предназначенные для забивания в грунт на требуемую глубину. Анкерный стержень 122 отходит от анкеров 120 с опрокидывающимися пластинами и достигает земной поверхности. Анкерный стержень 122 может быть соединен с подвышечным основанием 80 с помощью анкерного гидравлического цилиндра 124. Анкерный гидравлический цилиндр 124 устанавливают в муфте в раме подвышечного основания 80 таким образом, чтобы обеспечивался поворот цилиндра для установки на одной оси с анкерным стержнем. Анкерный гидравлический цилиндр также предназначен для наклонения анкера с опрокидывающимися пластинами и поддержания предварительно заданного гидравлического давления таким образом, чтобы требуемая растягивающая нагрузка анкерного стержня поддерживалась на протяжении всего процесса бурения. В другом примере осуществления изобретения анкерный стержень 122 может быть соединен с подвышечным основанием 80 с помощью разъемной конической втулки, закрепляемой на анкерном стержне и устанавливаемой в коническом корпусе, соединенном с подвышечным основанием. По мере увеличения нагрузки на анкерное крепление разъемная коническая втулка плотнее входит в конический корпус, в результате чего увеличивается усилие захвата анкерного стержня.As shown in FIG. 5, the anchor system 115 includes an anchor 120 with tipping plates for driving into the ground to a desired depth. Anchor rod 122 moves away from the tipping plates anchors 120 and reaches the earth's surface. Anchor rod 122 can be connected to the sub-base 80 using an hydraulic anchor cylinder 124. An anchor hydraulic cylinder 124 is mounted in a sleeve in the frame of the sub-base 80 so that the cylinder is rotated to be mounted on the same axis as the anchor rod. An anchor hydraulic cylinder is also designed to tilt the anchor with tipping plates and maintain a predetermined hydraulic pressure so that the required tensile load of the anchor rod is maintained throughout the entire drilling process. In another embodiment, the anchor rod 122 may be connected to the sub-base 80 using a detachable conical sleeve fixed to the anchor rod and mounted in a conical body connected to the sub-base. As the load on the anchor mount increases, the detachable conical sleeve fits tightly into the conical body, as a result of which the gripping force of the anchor rod increases.

На Фиг.6 представлен вид сбоку усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. В частности, на Фиг.6 проиллюстрированы блок 40 ротора и каретки, упорная рама 42, развинчивающий ключ 50 для бурильных и обсадных труб, ориентирующий вкладыш 60 для бурильной колонны и подвеска 85 бурильных труб или обсадной колонны с клиньями усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30 в положении под углом в 45° для выполнения наклонного бурения, при этом бурильная труба 100 находится в горизонтальном положении хранения. Шарнир 70 показан в опущенном положении. Как показано на Фиг.6, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 включает силовой агрегат 32 (силовой агрегат 34 не показан), блок 40 ротора и каретки, упорную раму 42, гидравлический цилиндр 44 рамы, развинчивающий ключ 50, вкладыш 60, шарнир 70, подвышечное основание 80, подвеску 85 бурильных труб или обсадной колонны с клиньями, манипулятор 90 для работы с бурильными или обсадными трубами, гидравлический цилиндр 92 манипулятора, бурильную трубу 100 и регулируемые опоры 110. Далее, как показано на Фиг.6, блок ротора и каретки 40 и упорная рама 42 усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30 предназначены для перемещения с поворотом от положения приблизительно параллельного подземным пластам горных пород (как показано на Фиг.1 и Фиг.2) до положения под углом приблизительно 45° к горизонтальным подземным пластам горных пород с целью выполнения наклонного подземного бурения. Блок ротора и каретки 40 и упорная рама 42 перемещаются с помощью гидравлического цилиндра 44 рамы между приблизительно горизонтальным положением и положением под углом приблизительно 45° к горизонтальным подземным пластам горных пород.FIG. 6 is a side view of an improved horizontally inclined drilling assembly 30. In particular, FIG. 6 illustrates a rotor and carriage block 40, a thrust frame 42, an unscrew wrench 50 for drill pipe and casing, an orienting liner 60 for the drill string and a suspension 85 drill pipes or casing with wedges of the improved horizontal-inclined drilling assembly 30 in a position at an angle of 45 ° to perform inclined drilling, while the drill pipe 100 is in a horizontal storage position. The hinge 70 is shown in the lowered position. As shown in FIG. 6, the improved horizontally inclined drilling assembly 30 includes a power unit 32 (power unit 34 not shown), a rotor and carriage block 40, a thrust frame 42, a hydraulic cylinder 44 of the frame, an unscrew wrench 50, an insert 60, a hinge 70 , sub-base 80, suspension of drill pipes or casing with wedges, manipulator 90 for working with drill or casing, hydraulic cylinder 92 of the manipulator, drill pipe 100 and adjustable legs 110. Next, as shown in FIG. 6, the rotor block and carriages 40 and persistent A th frame 42 of an improved horizontally-inclined drilling assembly 30 is designed to be rotated from a position approximately parallel to the underground rock formations (as shown in FIG. 1 and FIG. 2) to a position at an angle of approximately 45 ° to the horizontal underground rock formations with a view to performing inclined underground drilling. The rotor block and the carriage 40 and the thrust frame 42 are moved by a frame hydraulic cylinder 44 between an approximately horizontal position and a position at an angle of approximately 45 ° to horizontal underground rock formations.

На Фиг.7 представлен вид сбоку усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. В частности, на Фиг.7 проиллюстрированы усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30, блок 40 ротора и каретки, развинчивающий ключ 50, ориентирующий вкладыш 60, подвеска 85 бурильных труб или обсадной колонны с клиньями и бурильная труба 100 в положении под углом 45° для выполнения наклонного бурения. Шарнир 70 показан в опущенном положении. Как показано на Фиг.7, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 30 включает силовой агрегат 32 (силовой агрегат 34 не показан), блок 40 ротора и каретки, упорную раму 42, гидравлический цилиндр 44 рамы, развинчивающий ключ 50, вкладыш 60, шарнир 70, подвышечное основание 80, подвеску 85 бурильных труб или обсадной колонны с клиньями, манипулятор 90 для работы с бурильными или обсадными трубами, гидравлический цилиндр 92 манипулятора, бурильную трубу 100 и регулируемые опоры 110. Далее, как показано на Фиг.7, манипулятор 90 для работы с бурильными и обсадными трубами и бурильная труба 100 предназначены для перемещения с поворотом от положения приблизительно параллельного подземным пластам горных пород (как показано на Фиг.1, 2, 3 и 6) до положения под углом приблизительно 45° к горизонтальным подземным пластам горных пород с целью выполнения наклонного подземного бурения. Манипулятор 90 для работы с бурильными и обсадными трубами и бурильная труба 100 перемещаются с помощью гидравлического цилиндра 92 манипулятора между приблизительно горизонтальным положением и положением под углом приблизительно 135° к горизонтальным подземным пластам горных пород.FIG. 7 is a side view of an improved horizontally inclined drilling assembly 30. In particular, FIG. 7 illustrates an improved horizontally inclined drilling assembly 30, a rotor and carriage block 40, an unscrewing key 50, an orienting liner 60, a drill pipe suspension 85, or wedge casing and drill pipe 100 at a 45 ° angle for directional drilling. The hinge 70 is shown in the lowered position. As shown in FIG. 7, the improved horizontally inclined drilling assembly 30 includes a power unit 32 (power unit 34 not shown), a rotor and carriage block 40, a thrust frame 42, a hydraulic cylinder 44 of the frame, an unscrew wrench 50, an insert 60, a hinge 70 , a sub-base 80, a suspension of drill pipes or casing with wedges, a manipulator 90 for working with drill or casing, a hydraulic cylinder 92 of the manipulator, a drill pipe 100 and adjustable supports 110. Next, as shown in FIG. 7, the manipulator 90 for work with a drill flax and casing pipes and drill pipe 100 are designed to move with rotation from a position approximately parallel to the underground rock formations (as shown in Figs. 1, 2, 3 and 6) to a position at an angle of approximately 45 ° to the horizontal underground rock formations with the aim performing inclined underground drilling. The drill and casing manipulator 90 and drill pipe 100 are moved by a manipulator hydraulic cylinder 92 between an approximately horizontal position and a position at an angle of approximately 135 ° to horizontal underground rock formations.

На Фиг.8 представлен вид сбоку блока ротора и каретки усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. Блок 40 ротора и каретки предназначен для создания осевого и обратного тягового усилий на бурильную или обсадную трубу, или колонну бурильных или обсадных труб с помощью системы, включающей планетарный редуктор приводной шестерни и гидравлические двигатели. В частности, как показано на Фиг.8, блок 40 ротора и каретки включает планетарные редукторы 140 привода каретки и двигатели 142 привода каретки. Блок ротора и каретки далее включает планетарные редукторы 144 редуктора ротора, гидравлические двигатели 146 редуктора ротора и выходной вал 148 редуктора ротора. Редуктор ротора и выходной вал передают крутящий момент на бурильную трубу или колонну бурильных труб. Несмотря на то, что на Фиг.8 проиллюстрированы гидравлические двигатели, служащие в качестве источника энергии для блока ротора и каретки, подразумевается, что в пределах объема настоящего изобретения приемлемый источник энергии, такой как электродвигатель и аналогичное устройство, могут приводить в действие блок ротора и каретки.On Fig presents a side view of the rotor block and the carriage of the improved horizontal-inclined drilling assembly 30. The block 40 of the rotor and carriage is designed to create axial and reverse traction forces on the drill pipe or casing, or a string of drill or casing pipes using a system including a planetary gear reducer and hydraulic motors. In particular, as shown in FIG. 8, the rotor and carriage block 40 includes planetary carriage drive gearboxes 140 and carriage drive motors 142. The rotor and carriage block further includes planetary gears 144 of the rotor gearbox, hydraulic motors 146 of the gearbox rotor and the output shaft 148 of the gearbox rotor. The rotor reducer and output shaft transmit torque to the drill pipe or drill pipe string. Although FIG. 8 illustrates hydraulic motors serving as an energy source for a rotor unit and a carriage, it is understood that within the scope of the present invention, an acceptable energy source, such as an electric motor and similar device, can drive the rotor unit and carriages.

На Фиг.9 представлен вид сверху блока 40 ротора и каретки. Как показано на Фиг.9, блок 40 ротора и каретки включает планетарные редукторы 140 привода каретки и двигатели 142 редуктора привода каретки. Блок ротора и каретки далее включает планетарные редукторы 144 редуктора ротора, гидравлические двигатели 146 редуктора ротора и выходной вал 148 редуктора ротора. Кроме того, блок 40 ротора и каретки включает телескопический узел 150 вала со скользящими плашками, описание которого более подробно будет приведено ниже.Figure 9 presents a top view of the block 40 of the rotor and the carriage. As shown in FIG. 9, the rotor and carriage block 40 includes planetary carriage drive gearboxes 140 and motor 142 of a carriage drive gearbox. The rotor and carriage block further includes planetary gears 144 of the rotor gearbox, hydraulic motors 146 of the gearbox rotor and the output shaft 148 of the gearbox rotor. In addition, the rotor and carriage block 40 includes a telescopic shaft assembly 150 with sliding dies, the description of which will be described in more detail below.

На Фиг.10 представлен вид сбоку частично в разрезе телескопического узла 150 вала со скользящими плашками предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. В частности, на Фиг.10 проиллюстрирован узел 150 вала со скользящими плашками с выходным валом 148 во втянутом положении. Как показано на Фиг.10, узел 150 вала со скользящими плашками включает выходной вал 148, ведущую муфту 154 и корпус 156. Выходной вал 148 способен телескопически вытягиваться и втягиваться в зависимости от направления осевой нагрузки, прилагаемой к блоку ротора и каретки. Выходной вал вытягивается в аксиальном направлении из корпуса 156 на расстояние приблизительно четыре дюйма и втягивается в него в аксиальном направлении.FIG. 10 is a partially cutaway side view of a telescopic shaft assembly 150 with sliding rams of a preferred embodiment of the improved horizontally inclined drilling assembly 30. In particular, FIG. 10 illustrates a shaft assembly 150 with sliding rams with the output shaft 148 in the retracted position. As shown in FIG. 10, the shaft assembly 150 with sliding dies includes an output shaft 148, a drive clutch 154, and a housing 156. The output shaft 148 is telescopically extendable and retractable depending on the direction of the axial load applied to the rotor unit and the carriage. The output shaft is pulled axially from the housing 156 by a distance of approximately four inches and pulled into it in the axial direction.

Ведущая муфта 154 входит в зацепление с выходным валом 148 для передачи крутящего момента от входного конца 158 вала со скользящими плашками на выходной конец 160 вала со скользящими плашками. Узел вала со скользящими плашками уменьшает повреждение и износ резьбы бурильных и обсадных труб, удлиняет срок эксплуатации резьбы муфтовых соединений бурильных труб в результате телескопического действия выходного вала 148.The drive clutch 154 is engaged with the output shaft 148 to transmit torque from the input end 158 of the shaft with sliding dies to the output end 160 of the shaft with sliding dies. The shaft assembly with sliding dies reduces damage and wear of the threads of the drill pipe and casing, lengthens the life of the thread of the coupling joints of the drill pipe as a result of the telescopic action of the output shaft 148.

На Фиг.11 представлен вид сбоку частично в разрезе телескопического узла 150 вала со скользящими плашками предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. В частности, на Фиг.11 проиллюстрирован узел 150 вала со скользящими плашками с выходным валом 148 в вытянутом положении. Как показано на Фиг.11, узел 150 вала со скользящими плашками включает выходной вал 148, ведущую муфту 154, корпус 156, входной конец вала 158 и выходной конец вала 160.FIG. 11 is a side view, partially in section, of a telescopic shaft assembly 150 with sliding rams of a preferred embodiment of the improved horizontally inclined drilling assembly 30. In particular, FIG. 11 illustrates a shaft assembly 150 with sliding rams with an output shaft 148 in an elongated position. As shown in FIG. 11, the shaft assembly 150 with sliding dies includes an output shaft 148, a drive sleeve 154, a housing 156, an input end of the shaft 158, and an output end of the shaft 160.

На Фиг.12 представлен вид телескопического узла 150 вала со скользящими плашками в поперечном разрезе предпочтительного примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки 30. В частности, как показано на Фиг.12, узел 150 вала со скользящими плашками включает выходной вал 148, ведущую муфту 154 и корпус 156.FIG. 12 is a cross-sectional view of a telescopic shaft assembly 150 with sliding dies of a preferred embodiment of the improved horizontally-inclined drilling assembly 30. In particular, as shown in FIG. 12, the sliding shaft assembly 150 includes an output shaft 148, a drive coupling 154 and housing 156.

На Фиг.13 представлен вид сбоку первого варианта примера осуществления усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки. В частности, усовершенствованная горизонтально-наклонная буровая компоновка 230 включает закрепленную ось поворота 270 и систему 280 с широко расставленными распорками. Закрепленная ось поворота 270 обеспечивает поворотное перемещение упорной рамы 242 между положением, являющимся в основном параллельным подземным пластам горных пород, и положением, являющимся в основном перпендикулярным подземным пластам горных пород. Закрепленная ось поворота 270 предпочтительно предназначена для обеспечения перемещения упорной рамы 242 на угол приблизительно 90°.13 is a side view of a first embodiment of an improved horizontal-tilted drilling assembly. In particular, the improved horizontally inclined drilling assembly 230 includes a fixed pivot axis 270 and a system 280 with spacers widely spaced. A fixed pivot axis 270 provides pivotal movement of the thrust frame 242 between a position that is substantially parallel to the underground rock formations and a position that is substantially perpendicular to the underground rock formation. The fixed pivot axis 270 is preferably designed to allow movement of the thrust frame 242 by an angle of approximately 90 °.

На Фиг.13 и 14 показана система 280 с широко расставленными распорками, предназначенная для обеспечения устойчивости буровой компоновки. Система с широко расставленными распорками включает пару ответвлений 282 системы с широко расставленными распорками, при этом каждое ответвление снабжено концом 283 упорной рамы для крепления к упорной раме 242 и анкерным концом 284, предназначенным для анкерного крепления к подвышечному основанию 280. Несмотря на то, что система с широко расставленными распорками, проиллюстрированная на Фиг.13 и 14, включает пару ответвлений, в пределах объема настоящего изобретения предусматривается, что система с широко расставленными распорками может включать более или менее двух ответвлений. В пределах объема настоящего изобретения также предусматривается, что анкерный конец ответвления может быть прикреплен к любой приемлемой опорной конструкции, включая подземные пласты, но не ограничивается ими. Кроме того, несмотря на то, что система с широко расставленными распорками, проиллюстрированная на Фиг.13 и 14, используется вместе с упорной рамой, установленной в основном в вертикальном положении, в пределах объема настоящего изобретения предусматривается, что система с широко расставленными распорками может быть предназначена для использования вместе с упорной рамой, не находящейся в основном в вертикальном положении.13 and 14 show a system 280 with spacers widely spaced, designed to ensure stability of the drilling assembly. A system with widely spaced spacers includes a pair of branches 282 of a system with widely spaced spacers, each branch having an end 283 of a stop frame for attachment to a stop frame 242 and an anchor end 284 designed to anchor to a sub-base 280. Despite the fact that the system 13, with widely spaced struts, illustrated in FIGS. 13 and 14, includes a pair of branches, within the scope of the present invention, it is contemplated that a wide spaced system may include be more or less than two branches. It is also contemplated within the scope of the present invention that the anchor end of a branch may be attached to, but not limited to, any suitable supporting structure, including subterranean formations. In addition, although the wide spacer system illustrated in FIGS. 13 and 14 is used in conjunction with a thrust frame mounted generally in an upright position, it is contemplated within the scope of the present invention that the wide spacer system can be Designed for use with a thrust frame that is not primarily in an upright position.

На Фиг.15 представлен вид сверху варианта примера осуществления блока ротора и каретки предпочтительной усовершенствованной горизонтально-наклонной буровой компоновки в соответствии с настоящим изобретением. Блок ротора и каретки в целом обозначен позицией 340. Блок 340 ротора и каретки предназначен для использования вместе с двухтрубными бурильными трубами и двухтрубными бурильными колоннами. В частности, блок 340 ротора и каретки предназначен для подачи жидкой или газообразной среды (такой как бентонит, воздух, вода и т.д.) через кольцевой канал, расположенный между внутренней трубой и внешней трубой двухтрубной бурильной трубы, к режущему инструменту (такому как бурильный молоток) бурильной колонны. При использовании такой двухтрубной бурильной трубы жидкость, накачиваемая через кольцевой канал бурильной трубы, приводит в действие режущий инструмент, удаляет обломки выбуренной породы от передней поверхности режущего инструмента в забое скважины и направляет обломки выбуренной породы во внутреннюю трубу для закачивания в подземные пласты горных пород. На Фиг.15А детально проиллюстрирован поток жидкости и обломков выбуренной породы (показанные стрелками 340А и 340В соответственно) через нижнюю часть блока ротора и каретки. На Фиг.15А также показана гибкая труба 340 для отвода обломков выбуренной породы, предназначенная для транспортировки обломков выбуренной породы из внутренней трубы двухтрубной бурильной трубы (или двухтрубной бурильной колонны) в трубу 370 для отвода обломков выбуренной породы, описанную ниже.FIG. 15 is a top view of an embodiment of a rotor unit and a carriage of a preferred improved horizontal-tilted drilling assembly in accordance with the present invention. The rotor and carriage block is generally indicated at 340. The rotor and carriage block 340 is intended for use with two-pipe drill pipes and two-pipe drill columns. In particular, the rotor and carriage block 340 is for supplying a liquid or gaseous medium (such as bentonite, air, water, etc.) through an annular channel located between the inner pipe and the outer pipe of the two-pipe drill pipe to a cutting tool (such as drill hammer) drill string. When using such a two-pipe drill pipe, the fluid pumped through the annular channel of the drill pipe activates the cutting tool, removes cuttings from the front surface of the cutting tool in the bottom of the well and directs cuttings to the inner pipe for injection into underground rock formations. On Figa illustrated in detail the flow of fluid and debris cuttings (shown by arrows 340A and 340B, respectively) through the lower part of the rotor block and the carriage. FIG. 15A also shows a flexible pipe 340 for removing cuttings, intended for transporting cuttings from the inner pipe of a two-pipe drill pipe (or two-pipe drill string) to a pipe 370 for removing cuttings, described below.

Как показано на Фиг.15 и 16, блок 340 ротора и каретки включает планетарный редуктор 341 привода каретки, гидравлический двигатель 346 редуктора ротора, выходной вал 348 редуктора ротора и телескопический узел 350 вала со скользящими плашками. Кроме того, блок 340 ротора и каретки включает систему трубопроводов, предназначенную для подачи жидкости к кольцевому каналу между внутренней трубой и внешней трубой двухтрубной бурильной трубы и (или) двухтрубной бурильной колонны. Блок 340 ротора и каретки включает систему трубопроводов, предназначенную для транспортировки обломков выбуренной породы из внутренней трубы двухтрубной бурильной трубы из буровой компоновки. В частности, в блоке ротора и каретки впускная труба 360 соединена с расположенным ниже роторным вертлюгом 342 таким образом, чтобы обеспечивалась транспортировка жидкости в кольцевой канал между внутренней трубой и внешней трубой двухтрубной бурильной трубы. Впускное быстроразъемное соединение 364 с крыльчатой гайкой либо любое иное соединительное устройство расположено у входного патрубка впускной трубы. Кроме того, в блоке ротора и каретки трубка 370 для вывода обломков выбуренной породы соединена с роторным вертлюгом 372 таким образом, чтобы обломки выбранной породы из внутренней трубы двухтрубной бурильной трубы могли быть отведены из буровой компоновки. Труба 370 для отвода выбуренной породы также включает выпускное быстроразъемное соединение 374 с крыльчатой гайкой или любое иное приемлемое соединительное устройство. Несмотря на то, что выпускная труба 360 и труба 370 для отвода обломков выбуренной породы проиллюстрированы в их предпочтительной конфигурации и расположении, в пределах объема изобретения предусматривается, что трубы могут иметь любую приемлемую конфигурацию и могут быть расположены по любой иной приемлемой схеме.As shown in FIGS. 15 and 16, the rotor and carriage block 340 includes a planetary gear reducer 341 of the carriage, a hydraulic motor 346 of the rotor gear, an output shaft 348 of the rotor gear, and a telescopic shaft assembly 350 with sliding rams. In addition, the rotor and carriage block 340 includes a piping system for supplying fluid to the annular channel between the inner pipe and the outer pipe of the two-pipe drill pipe and / or two-pipe drill string. The rotor and carriage block 340 includes a piping system for transporting cuttings from the inner pipe of a two-pipe drill pipe from a drilling assembly. In particular, in the rotor and carriage block, the inlet pipe 360 is connected to the rotor swivel 342 below so that fluid is transported into the annular channel between the inner pipe and the outer pipe of the two-pipe drill pipe. An inlet quick coupling 364 with a wing nut or any other connecting device is located at the inlet pipe of the inlet pipe. In addition, in the rotor and carriage block, the cuttings pipe 370 for outputting cuttings is connected to the rotary swivel 372 so that fragments of the selected rocks from the inner pipe of the two-pipe drill pipe can be withdrawn from the drilling assembly. Drill pipe 370 also includes an outlet quick coupling 374 with a wing nut or any other suitable connecting device. Despite the fact that the exhaust pipe 360 and the pipe 370 for removing fragments of cuttings are illustrated in their preferred configuration and location, it is within the scope of the invention that the pipes can be of any acceptable configuration and can be located in any other acceptable layout.

В процессе работы реализуется ряд преимуществ устройства и способа настоящего изобретения. Например, буровая компоновка в соответствии с изобретением создает повышенную мощность для передачи вращательного, осевого и обратного тягового усилий на бурильные трубы. Буровая компоновка в соответствии с изобретением обеспечивает бурение более глубоких скважин и скважин, имеющих больший диаметр, по сравнению со скважинами, бурение которых осуществляется с использованием известных буровых компоновок. Буровая компоновка способна пробурить породу и сформировать ствол скважины под любым углом от положения приблизительно параллельного горизонтальным подземным пластам горных пород до вертикального угла в 90°. Следовательно, буровая компоновка в соответствии с настоящим изобретением способна бурить породу с большим углом наклона по сравнению с известными буровыми компоновками горизонтально-наклонного бурения и формировать скважину под углом, близким к горизонтали, по сравнению с известными буровыми компоновками вертикального бурения. Анкерная система и блок ротора и каретки буровой компоновки в соответствии с настоящим изобретением позволяют исключить использование тяжелых бурильных труб или утяжеленных бурильных труб с целью оказания направленной вниз нагрузки на буровое долото. Еще одним преимуществом буровой компоновки в соответствии с изобретением является более легкая транспортировка по сравнению с известными буровыми компоновками в результате автономных силовых агрегатов и меньшего веса буровой компоновки. Реечно-шестеренчатый блок ротора и каретки буровой компоновки в соответствии с настоящим изобретением позволяет исключить использование тросов, лебедок, гидравлических цилиндров, цепных систем и аналогичных механизмов для создания вращательных, осевых и обратных тяговых усилий. Узел шпинделя со скользящими плашками буровой компоновки в соответствии с настоящим изобретением также обеспечивает снижение повреждений и износа резьбовых торцов секций бурильной колонны при контакте наземного привода или роторного стола с резьбовым торцом секции бурильной колонны. Буровая компоновка в соответствии с настоящим изобретением дополнительно позволяет сократить время, необходимое для выполнения операций свинчивания и развинчивания муфт бурильных труб и (или) обсадных труб. Стрелы манипулятора для работы с трубами или обсадными трубами в соответствии с изобретением, который шарнирно прикреплен к подвышечному основанию, обеспечивают быстрый демонтаж при транспортировке. Буровая компоновка в соответствии с настоящим изобретением также предназначена для выполнения работ вертикального и горизонтально-наклонного бурения с двухтрубной бурильной трубой и двухтрубной бурильной колонной. Кроме того, при выходе из строя силового агрегата буровая компоновка обеспечивает дальнейшее бесперебойное выполнение буровых работ в результате того, что она снабжена несколькими силовыми агрегатами (run-on-one-technology).In the process, a number of advantages of the device and method of the present invention are realized. For example, the drilling arrangement in accordance with the invention provides increased power for transmitting rotational, axial and reverse traction to drill pipes. The drilling arrangement in accordance with the invention enables the drilling of deeper wells and wells having a larger diameter as compared to wells drilled using known drilling arrangements. The drilling arrangement is able to drill the rock and form a wellbore at any angle from a position approximately parallel to the horizontal underground rock formations of the rocks to a vertical angle of 90 °. Therefore, the drilling assembly in accordance with the present invention is able to drill a rock with a greater angle of inclination compared to the known horizontal-inclined drilling drilling assemblies and to form a well at an angle close to the horizontal compared to the known vertical drilling drilling assemblies. The anchor system and the rotor block and the carriage of the drilling assembly in accordance with the present invention eliminates the use of heavy drill pipes or heavy drill pipes in order to exert a downward load on the drill bit. Another advantage of the drilling assembly in accordance with the invention is easier transportation compared to prior art drilling assemblies as a result of self-contained power units and lower weight of the drilling assembly. The pinion gear unit of the rotor and the carriage of the drilling assembly in accordance with the present invention eliminates the use of cables, winches, hydraulic cylinders, chain systems and similar mechanisms to create rotational, axial and reverse traction forces. The spindle assembly with sliding dies of the drill assembly in accordance with the present invention also provides reduction in damage and wear on the threaded ends of the drill string sections when the ground drive or rotary table contacts the threaded end of the drill string section. The drilling arrangement in accordance with the present invention further reduces the time required to complete screwing and unscrewing of drill pipe couplings and / or casing. The boom of the manipulator for working with pipes or casing in accordance with the invention, which is pivotally attached to the subrack, provides quick dismantling during transportation. The drilling arrangement in accordance with the present invention is also intended to perform vertical and horizontal inclined drilling operations with a two-pipe drill pipe and a two-pipe drill string. In addition, in case of failure of the power unit, the drilling assembly provides further uninterrupted drilling operations as a result of the fact that it is equipped with several power units (run-on-one-technology).

Несмотря на то, что настоящее описание содержит многочисленные конкретные особенности, они не должны истолковываться как ограничивающие объем изобретения, а как использующиеся исключительно для иллюстрации ряда предпочтительных примеров осуществления изобретения, а также наиболее эффективного способа, рассматриваемого изобретателем для реализации изобретения. Следует понимать, что в приведенное в настоящем патенте описание изобретения могут быть внесены различные изменения и модификации, которые включены в пределы существа и объема эквивалентов прилагаемой формулы изобретения.Although the present description contains numerous specific features, they should not be construed as limiting the scope of the invention, but as being used solely to illustrate a number of preferred embodiments of the invention, as well as the most effective method considered by the inventor to implement the invention. It should be understood that various changes and modifications may be made to the description of the invention in the present patent, which are included within the essence and scope of equivalents of the attached claims.

Claims

1. An improved horizontally-inclined drilling arrangement for drilling a well through underground rock formations using a drill pipe, wherein the drilling arrangement includes:
power unit for supplying electricity to the drilling assembly; a persistent frame capable of moving between a position generally parallel to the underground rock formations and a position generally perpendicular to the underground rock formations; a device for moving the thrust frame;
the rotor and carriage block mounted on the thrust frame, while the rotor and carriage block is designed to transmit rotational, axial and reverse traction forces to the drill pipe; and
an anchor fastening system including an anchor with a tipping plate, an anchor rod and an hydraulic anchor cylinder,
in which the drilling arrangement is designed to drill a well using a drill pipe through underground rock formations at any angle relative to the underground rock formations between a position generally parallel to the underground rock formations and a position generally perpendicular to the underground rock formations.

2. The drilling assembly according to claim 1, wherein the power unit includes at least two independent power units attached to the drilling assembly.

3. The drilling assembly according to claim 2, wherein the drilling assembly is designed to operate at full power and at half the speed, using at least one of two independent power units in the event of failure of one or more of at least from two independent power units.

4. The drilling assembly of claim 1, wherein the thrust frame is pivotally coupled to the drilling assembly.

5. The drilling assembly according to claim 4, in which the thrust frame is pivotally connected to the drilling assembly using a double-joint device provided with at least two pivot axes.

6. The drilling assembly according to claim 1, in which the movement of the thrust frame is provided at least at an angle of approximately 90 ° with respect to the underground rock formations.

7. The drilling assembly according to claim 1, wherein the device for moving the thrust frame is a hydraulic cylinder of the frame.

8. The drilling arrangement according to claim 1, in which the rotor and carriage block is a rack-and-pinion gear system of the carriage with forced engagement, including:
planetary gear drive carriage;
carriage drive motor;
planetary gear reducer rotor;
rotor gear hydraulic motor; and
telescopic shaft assembly with sliding dies.

9. The drilling arrangement of claim 8, in which the telescopic shaft assembly with sliding dies includes:
rotor gearbox output shaft;
drive clutch;
housing;
the input end of the shaft with sliding dies;
and the output end of the shaft with sliding dies.

10. The drilling assembly according to claim 1, further comprising a wrench.

11. The drilling assembly according to claim 1, further comprising an orientation liner for the drill string.

12. The drilling assembly according to claim 1, further comprising a sub-base.

13. The drilling assembly according to claim 1, further comprising an adjustable support mounted on a sub-base.

14. The drilling assembly according to claim 1, further comprising a block of dies for gripping drill pipes.

15. The drilling assembly according to claim 1, further comprising a manipulator for working with drill pipes and casing and a device for moving the manipulator of drill and casing.

16. The drilling arrangement according to clause 15, in which the manipulator for working with drill pipes and casing pipes is connected with the possibility of dismantling with the subrack using bolted connections.

17. The drilling arrangement according to clause 16, in which the device for moving the drill and casing manipulator is a hydraulic ram.

18. The drilling assembly according to claim 1, further comprising an anchor system of wide struts.

19. A method for drilling a well through underground rock formations using a drill pipe, the method comprising:
the creation of an improved horizontal-inclined drilling layout, while the drilling layout includes:
power unit for supplying electricity to the drilling assembly;
a persistent frame capable of moving between a position generally parallel to the underground rock formations and a position generally perpendicular to the underground rock formations; a device for moving the thrust frame;
the rotor and carriage block mounted on the thrust frame, while the rotor and carriage block is designed to transmit rotational, axial and reverse traction forces to the drill pipe;
an anchor fastening system including an anchor with a tipping plate, an anchor rod and an hydraulic anchor cylinder,
wherein the drilling arrangement is for drilling a well using a drill pipe through underground rock formations at any angle with respect to underground rock formations between a position generally parallel to the underground rock formations and a position generally perpendicular to the underground rock formations;
placement of the drill pipe on the drilling assembly;
moving the thrust frame for installation at the desired drilling angle;
moving the rotor block and the carriage until it makes direct contact with the drill pipe;
application of rotational, axial and reverse traction forces to the drill pipe; and
drilling underground rock formations using a drill pipe.

20. The method according to claim 19, further comprising an anchoring of the drilling assembly.

21. The method according to claim 19, further comprising aligning the drilling assembly.