RS60446B1

RS60446B1 - Sistem sa bušaćim čekićem i dvojnom cirkulacijom fluida

Info

Publication number: RS60446B1
Application number: RS20200426A
Authority: RS
Inventors: Ian Speer; Warren Strange
Original assignee: Strada Design Ltd
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2020-07-31
Also published as: DK3256683T2; WO2016074025A1; US20180044991A1; CA2978110A1; AU2015345988A1; CN106030022B; EP3256683A4; DE15859310T1; US10422185B2; PL3256683T3; HUE050174T2; HRP20200617T1; EP3256683A1; ES2789001T3; CY1123055T1; DK3256683T1; PT3256683T; SI3256683T1; EP3256683B1; AU2015345988B2

Description

Opis

Oblast tehnike

[0001] Opisani su sistem i postupak za bušenje rupe u zemlji, na primer, za istraživanje ili proizvodnju nafte i gasa, ali bez ograničavanja na to.

Stanje tehnike

[0002] Pri istraživanju i proizvodnji nafte i gasa je uobičajeno da se koristi motor koji je smešten na dnu rupe i pogonjen je strujanjem nestišljivog fluida tako da obrće pričvršćenu bušaću glavu. Taj fluid je često, mada ne i nužno, fluid sa visokom specifičnom težinom, kao što je isplaka. Isplaka (ili drugi nestišljivi fluid) takođe može delovati tako da čisti krhotine iz rupe i da obezbedi kontrolu pritiska na dnu rupe. Pored toga, ponekad je moguće povećati zapreminski protok isplake kroz motor koji je smešten na dnu rupe da bi se bušotina ugušila, ako je potrebno. Međutim, postoji ograničenje u pogledu bušenja u tvrdim materijalima, a naročito kod usmerenih (tj. nevertikalnih rupa). Do ovoga dolazi zbog nemogućnosti primene dovoljnog nabijanja na dno bušotine ili težine na dletu ("WOB") na bušaću glavu da bi došlo do lomljenja stena i napredovanja bušenja ekonomičnom brzinom.

[0003] Ograničavanje prodiranja u tvrde materijale može se prevazići korišćenjem bušaćeg čekića. Bušaći čekići su pogonjeni fluidom. Vazduh je uobičajeni pogonski fluid. Međutim, vazduh ne omogućava kontrolu pritiska na dnu rupe i na tlu. Takođe često nije moguće obezbediti vazduh sa željenim pritiskom i zapreminom da bi se obezbedila dovoljna razlika pritisaka u odnosu na preovlađujuće okruženje na dnu rupe da bi se čekić efikasno pogonio.

[0004] Umesto vazduha, za pogon čekića se mogu koristiti voda i aditivi, kao što je isplaka. Ovo omogućava ostvarivanje većih bušaćih pritisaka koji bi se suprotstavili visokom pritiscima tla. Međutim, zbog svoje inherentne prirode, isplaka brzo haba unutrašnje površine čekića, što dovodi do potrebe za čestom zamenom. Ovo obuhvata proces izvlačenja bušaće kolone koji zahteva mnogo vremena. Takođe, uobičajeni bušaći čekići ne omogućavaju dovoljan zapreminski protok za gušenje bušotine (tj. potapanje bušotine dovoljnom brzinom da bi se kontrolisalo ili zaustavilo isticanje gasa i druga opasna stanja u bušotini) u slučaju stanja opasnog prekomernog pritiska.

[0005] US 5,427,190 A opisuje podzemnu bušilicu za podzemnim čekićem koji ima noseće telo, vodeći stub, koji stoji na nosećem telu, i obrtnu mašinu, koja je na svom dnu spregnuta sa navojnim vratilom i podzemnim čekićem.

[0006] US 1,868,400 A opisuje sklop za bušenje bušotina koji sadrži vazduhom pogonjeni čekić, kućište za nošenje pomenutog vazduhom pogonjenog čekića, cev za vazduh za dovođenje vazduha pod pritiskom do čekića, cev za vodu za dovođenje vode pod pritiskom do dna bušotine u blizini čekića, pri čemu pomenuta cev za vodu okružuje cev za vazduh, i sredstva za sprovođenje dela vazduha pod pritiskom iz cevi za vazduh u vodu.

[0007] WO 02/44508 A2 opisuje postupak za horizontalno bušenje tla, a naročito za bušenje stena, pomoću obrtnog i čekićem pogonjenog uređaja za bušenje tla, zbog čega se uređaju naizmenično ili istovremeno dovode komprimovani vazduh i medijum za bušenje, a komprimovani vazduh i medijum za bušenje se dovode kroz jedan kanal.

[0008] CN 102966 304 opisuje alat za bušenje sa zidom za zadržavanje isplake i čekićem na dnu rupe koji je pogonjen vazduhom.

[0009] WO 2011/011817 A1 opisuje bušaću aparaturu za bušenje izdužene bušotine.

[0010] DE 10005 941 A1 opisuje postupak za izradu bušotina za betonske šipove korišćenjem bušilice sa zavojnicom koja ima centralni vod, koji sadrži vod za dovođenje betona i dovod komprimovanog vazduha za jedan ili više čekića za bušenje stena.

Suština pronalaska

[0011] Cilj predmetnog pronalaska je da se realizuju poboljšani sistem i postupak za bušenje rupe u zemlji uz korišćenje fluidom pogonjenog bušaćeg čekića.

[0012] Ovaj cilj je ostvaren pomoću sistema sa bušaćim čekićem i dvojnom cirkulacijom prema zahtevu 1 i pomoću postupka za bušenje rupe u zemlji uz korišćenje fluidom pogonjenog bušaćeg čekića prema zahtevu 5.

[0013] U širem smislu, opisani su sistem i postupak za bušenje kod kojih se prvi fluid koristi za pogon čekića na dnu rupe, dok se drugi fluid koristi kao pomoćni fluid u procesu bušenja. Fluidi su međusobno izolovani dok teku naniže kroz rupu. Pomoć koju obezbeđuje drugi fluid može obuhvatati, ali nije ograničena na bilo koji ili kombinaciju: ispiranja krhotina nastalih bušenjem iz rupe; kontrolu stanja pritiska na dnu rupe; ispiranja krhotina i obezbeđivanje podmazivanja na površini dleta čekića; i gušenje bušotine. Kada se vrši bušenje u vezi ugljovodonika, onda kontrola pritiska na dnu rupe obuhvata obezbeđivanje stanja prekomerno uravnoteženog, nedovoljno uravnoteženog ili uravnoteženog pritiska.

[0014] Sistem za bušenje sadrži bušaću kolonu na koju je pričvršćen čekić. Bušaća kolona je konfigurisana tako da se realizuju prva i druga strujna putanja koje su međusobno fluidički izolovane. Ovo omogućava optimizaciju fluida za njihove specifične svrhe. Na primer, prvi fluid koji se koristi za pogon bušaćeg alata bušilice može biti predviđen kao fluid koji je optimalan za pogon bušaćeg alata sa stanovišta snage, brzine, efikasnosti i trajnosti alata. Sa druge strane, drugi fluid može biti optimizovan sa stanovišta čišćenja krhotina i obezbeđivanje željenog stanja pritiska na dnu rupe, bilo sam ili kada se pomeša sa prvim fluidom, u slučaju kada se prvi fluid ispušta na dno rupe posle obavljenog pogona alata. Parametri ili karakteristike koje se mogu izabrati za drugi fluid obuhvataju, ali nisu ograničene na: brzinu na gornjem kraju rupe, viskoznost i specifičnu težinu.

[0015] Prvi fluid se može nazvati "pogonskim fluidom" pošto je to fluid koji obezbeđuje energiju i pogoni bušaći čekić na dnu rupe. Pogonski fluid je onaj koji teče kroz uvodni sklop bušaćeg čekića da bi se naizmenično pomerao klip koji ciklično udara bušaću glavu bušaćeg čekića. U različitim primerima izvođenja prvi fluid može obuhvatati tečnost ili gas ili njihovu kombinaciju, kao što su: voda, ulje, vazduh, gasoviti azot ili njihove smeše, ali bez ograničenja na njih.

[0016] Drugi fluid ima više funkcija, koje može izvršavati bilo istovremeno ili posebno, pod različitim okolnostima. Na primer, drugi fluid može funkcionisati kao fluid za ispiranje koji ispira krhotine iz rupe, a naročito sa površine dleta bušaće glave. Drugi fluid se takođe može koristiti za kontrolu pritiska na dnu rupe. Iz ovog razloga se drugi fluid takođe može nazivati ili funkcionisati kao "fluid za ispiranje" ili kao "kontrolni fluid". Drugi fluid je u najvećem broju slučajeva tečnost, kao što su: voda, isplaka ili cement, ali bez ograničavanja na njih. U slučaju da se kao drugi fluid koristi voda, onda nije od velikog značaja radni vek čekića, pošto voda sa sobom nosi značajan udeo čestičnog materijala.

[0017] Prema jednom aspektu realizovan je sistem sa bušaćim čekićem i dvojnom cirkulacijom prema zahtevu 1. U nastavku se naglašava da svi primeri izvođenja ne predstavljaju nužno deo pronalaska.

[0018] U jednom primeru izvođenja drugi fluid se usmerava tako da teče kroz bušaću glavu.

[0019] U jednom primeru izvođenja bušaća glava je opremljena prolazom koji izlazi na površinu dleta i drugi fluid se usmerava tako da teče kroz prolaz.

[0020] U jednom primeru izvođenja prvi fluid se usmerava tako da struji preko spoljašnje površine bušaće glave na dnu rupe koja se buši pomoću sistema za bušenje.

[0021] U jednom primeru izvođenja jedan deo prvog fluida se usmerava tako da struji kroz prolaz u bušaćoj glavi.

[0022] U jednom primeru izvođenja prvi fluid teče iz bušaćeg čekića na dno rupe kao u suštini prstenasti tok koji okružuje drugi fluid kada teče preko površine dleta.

[0023] U jednom primeru izvođenja bušaća kolona sadrži strujnu putanju za prvi fluid za prenošenje prvog fluida i strujnu putanju za drugi fluid za usmeravanje drugog fluida, pri čemu se strujna putanja za drugi fluid pruža duž centralne ose bušaće kolone.

[0024] U jednom primeru izvođenja strujna putanja prvog fluida je prstenasta putanja.

[0025] U jednom primeru izvođenja bušaća kolona sadrži jednu ili više cevi sa dvostrukim zidom, pri čemu svaka cev sa dvostrukim zidom ima spoljašnji zid i unutrašnji zid, a spoljašnji zid okružuje unutrašnji zid, pri čemu je prstenasti prostor formiran pomoću i između unutrašnjeg zida i spoljašnjeg zida, pri čemu prstenasti prostor formira strujnu putanju za jedan od prvog i drugog fluida, dok unutrašnji zid formira centralnu strujnu putanju za onaj drugi od prvog i drugog fluida. U jednom primeru izvođenja fluidom pogonjeni čekić sa dvojnom cirkulacijom sadrži obrtnu glavu koja je prilagođena za sprezanje sa gornjim krajem bušaće kolone, pri čemu je obrtna glava prilagođena za obezbeđivanje obrtnog momenta bušaćem čekiću.

[0026] Prema drugom aspektu je opisan postupak za bušenje rupe u zemlji prema zahtevu 5.

[0027] U jednom primeru izvođenja postupak može sadržati omogućavanje da prvi fluid ističe iz čekića preko spoljašnje površine bušaće glave.

[0028] U jednom primeru izvođenja postupak može sadržati dovođenje drugog fluida kroz centralnu strujnu putanju u bušaću kolonu.

[0029] U jednom primeru izvođenja postupak može sadržati dovođenje prvog fluida kroz prstenastu strujnu putanju u bušaću kolonu.

[0030] U svakom primeru izvođenja postupak sadrži podešavanje pritiska na dnu rupe promenom fizičke karakteristike jednog ili oba od prvog fluida i drugog fluida.

[0031] U jednom primeru izvođenja postupak sadrži podešavanje jednog ili oba od specifične težine i viskoznosti drugog fluida.

[0032] U jednom primeru izvođenja podešavanje pritiska na dnu rupe sadrži dinamičko podešavanje pritiska na dnu rupe da bi se ostvarilo željeno stanje pritiska na dnu rupe.

[0033] U jednom primeru izvođenja postupak sadrži dinamičko podešavanje pritiska na dnu rupe tako da se ostvari željeno nedovoljno uravnoteženo stanje pritiska na dnu rupe.

[0034] U jednom primeru izvođenja postupak sadrži dinamičko podešavanje pritiska na dnu rupe tako da se ostvari prekomerno uravnoteženo stanje pritiska na dnu rupe.

[0035] U jednom primeru izvođenja postupak sadrži dinamičko podešavanje pritiska na dnu rupe tako da se ostvari željeno uravnoteženo stanje pritiska na dnu rupe.

[0036] U jednom primeru izvođenja postupak sadrži obezbeđivanje prvog i drugog fluida kao fluida različitih specifičnih težina.

[0037] U jednom primeru izvođenja postupak sadrži obezbeđivanje prvog i drugog fluida kao fluida različitih viskoznosti.

[0038] U jednom primeru izvođenja postupak sadrži obezbeđivanje prvog i drugog fluida pod istim pritiskom.

[0039] U jednom primeru izvođenja postupak takođe sadrži modifikaciju jedne ili više karakteristika drugog fluida da bi se kontrolisalo stanje pritiska na dnu rupe nezavisno od rada bušaćeg čekića.

Kratki opis slika nacrta

[0040] Slika 1 je šematski prikaz primera izvođenja sistema sa bušaćim čekićem i dvojnom cirkulacijom.

Detaljni opis specifičnog primera izvođenja

[0041] Slika 1 je šematski prikaz primera izvođenja opisanog sistema 10 sa bušaćim čekićem i dvojnom cirkulacijom (u nastavku se generalno naziva "sistem 10").

Sistem 10 sadrži fluidom pogonjeni čekić 12 koji je spregnut sa bušaćom kolonom 14. Sistem 10 koristi dva fluida, i to prvi fluid 16 koji je označen isprekidanim linijama koje se završavaju strelicama koje označavaju smer strujanja, i drugi fluid 18 koji je označen punim linijama koje se završavaju strelicama koje označavaju smer strujanja. Prvi fluid 16 se dovodi kroz bušaću kolonu 14 da bi pogonio ili na neki drugi način snabdevao energijom fluidom pogonjeni čekić 12. Drugi fluid 18 se takođe dovodi kroz bušaću kolonu 14, ali izolovano od prvog fluida 16, tako da se oni ne mešaju unutar bušaće kolone 14. Drugi fluid 18 prolazi kroz bušaći čekić 12 i usmeren je tako da ističe iz površine dleta 20 čekića bušaćeg čekića 12. Shodno tome, kada je sistem 10 u upotrebi, onda će drugi fluid 18 teći preko površine dleta 20. Prvi fluid 16 takođe izlazi iz sistema 10 za bušenje kod bušaćeg čekića 12.

Međutim, prvi fluid 16 izlazi uzvodno ili iznad površine dleta 20. Zbog proticanja dva posebna fluida 16 i 18, fluidom pogonjeni čekić 12 se ponegde u ovom opisu naziva fluidom pogonjenim čekićem sa dvojnom cirkulacijom ili fluidom pogonjenim DC čekićem.

[0042] Pomoću sistema 10 koji koristi dva posebna fluida 16 i 18 moguće je zadovoljiti inače suprotstavljene zahteve pri bušenju. Oni obuhvataju, ali nisu ograničeni na sledeće. Prvi fluid 16 može biti izabran kao najbolji fluid za pogon čekića 12 sa stanovišta efikasnosti i trajnosti bušaćeg čekića 12. Održavanje bušaćeg čekića 12 u dobrom radnom stanju je kritično sa stanovišta minimizacije vremena zastoja, koje inače može biti potrebno za zamenu bušaćeg čekića 12. Fluid 16 ne mora da ima bilo kakva svojstva koja su od značaja ili su relevantna za kontrolu stanja pritiska na dnu rupe. Ovo omogućava da izbor fluida 16, kao i njegovog protoka/zapremine budu bazirani isključivo na potrebnim radnim karakteristikama i performansama samog bušaćeg čekića 12.

[0043] Zbog toga fluid 16 može biti gas ili tečnost (tj. stišljivi ili nestišljivi fluid), kao što je vazduh, ako su dubine rupa i razlike pritisaka takve da se vazduh može dovesti pod dovoljnim pritiskom i protokom/zapreminom da bi pogonio bušaći čekić 12. Alternativno tome, prvi fluid može biti tečnost (tj. nestišljivi fluid), kao što je voda, ali bez ograničavanja na nju. Izraz "voda" u kontekstu prvog fluida 16 za pokretanje ili pogon bušaćeg čekića 12 treba da ukazuje na čistu vodu ili relativno čistu vodu sa prihvatljivo malim udelom materije sa malim česticama. Na primer, voda može imati čistoću od 5μ. Ovo treba razlikovati od prljave vode ili isplaka, koje su u suštini voda koja je pomešana sa značajnim udelom materije sa relativno krupnim česticama. Zaista je poznato korišćenje isplake za pogon fluidom pogonjenih čekića. Međutim, takvi čekići imaju kratak radni vek, pošto isplaka ima abrazivno dejstvo na unutrašnje delove čekića, a naročito na njegove uvodne površine. Ovo dovodi do brze degradacije performansi i potrebe za redovnom zamenom čekića 12.

[0044] Drugi fluid 18, koji teče izolovano od prvog fluida 16, može biti izabran tako da ima karakteristike kontrole stanja na dnu rupe, da obezbedi podmazivanje površine dleta 20 i da ispira krhotine iz rupe H. Ovaj fluid može, ali ne mora biti ograničen na gasove, vodu, prljavu vodu, isplaku, aditive za bušenje, lubrikante i kombinaciju dva ili više navedenih.

[0045] Mada prvi fluid 16 nije krucijalan u pogledu kontrole stanja pritiska na dnu rupe, njegova gustina i viskoznost mogu biti uzeti u obzir kada se bira drugi fluid 18, tako da smeša fluida 16 i 18 obezbedi željeno stanje pritiska na dnu rupe. Shodno tome, mogu biti izabrane ili modifikovane karakteristike drugog fluida 18 tako da se ostvare željena stanja na dnu rupe, uz uzimanje u obzir, ali bez potrebe za bilo kakvom zamenom prvog fluida 16.

[0046] Ako se detaljnije posmatra sistem 10, bušaća kolona 14 je konstruisana od mnoštva cevi 22 sa dvostrukim zidom (samo jedna je prikazana) koje su međusobno spojene svojim krajevima. Svaka cev 22 sa dvostrukim zidom ima spoljašnji zid 24 i unutrašnji zid 26. Prstenasta strujna putanja 28 je definisana između zidova 24 i 26. U ovom primeru izvođenja prvi fluid 16 teče kroz prstenastu strujnu putanju 28. Drugi zid 26 je lociran i drži se unutar spoljašnjeg zida 24 i definiše strujnu putanju 30 za drugi fluid 18.

[0047] Bušaći čekić 12 generalno ima uobičajenu konstrukciju, koja sadrži spoljašnju cev 32 sa pogonskim elementom 34 spojenim na donjem kraju. Klip 36, bušaća glava 38 i unutrašnja cev 40 obrazuju bitne komponente bušaćeg čekića 12. Klip 36 se pomera naizmenično na unutrašnjoj cevi 40. Unutrašnja cev 40 se takođe pruža u prolaz 42 bušaće glave 38. Prolaz 42 ima centralni uzvodni deo koji se na dnu rupe deli na nekoliko ogranaka 43. Ogranci 43 izlaze na površinu dleta 20.

[0048] Pogonski element 34 omogućava da obrtni momenat koji deluje na bušaću kolonu 22 bude prenet na bušaće dleto 38. Prstenasti osigurač (nije prikazan) takođe može biti pridružen pogonskom elementu 34 i dletu 38 da bi se sprečilo da dleto 38 spadne sa kraja bušaćeg čekića 12.

[0049] U toku rada prvi fluid 16 teče kroz prstenastu putanju 28 i kroz uvodni sklop bušaćeg čekića 12 (nije prikazan), koji je formiran između klipa 36 i unutrašnje površine spoljašnje cevi 32. Kada fluid 16 teče kroz uvodni sklop, on izaziva naizmenično kretanje klipa 36. Zbog toga klip klizi naviše i naniže na unutrašnjoj cevi 40 ciklično udarajući dleto 38 čekića. Fluid 16 ističe iz bušaćeg čekića 12 i preko spoljašnje površine 44 dleta 38 čekića iz kraja pogonskog elementa 34.

[0050] Drugi fluid 18 teče kroz unutrašnju cev 26 duž strujne putanje 30 i u unutrašnju cev 40. Kada se unutrašnja cev 40 pruža u prolaz 42 pri normalnom radu bušaćeg čekića 12, uključujući i u tokom produvavanja, onda se fluid 18 usmerava tako da teče preko površine dleta 20. Ovo je omogućeno kanalom 42 koji izlazi na površinu dleta 20. Shodno tome, fluid 18 izlazi iz bušaćeg čekića 12 na lokaciji između površine dleta 20 i dna 46 rupe H koja se buši. Posle toga fluid 18 zajedno sa fluidom 16 teče naviše prema površini (nije prikazana).

[0051] Obrtni momenat može biti prenet na bušaći čekić 12, a naročito na bušaću glavu 38 pomoću mašine spregnute sa bušaćom kolonom 14 na gornjem kraju rupe. Ova mašina može biti, na primer, bušaća glava na bušaćem tornju ili jarbolu; ili obrtni sto. Sistem 10 se može koristiti bilo na zemaljskim ili pomorskim bušotinama.

[0052] U slučaju da se detektuju opasna stanja, moguće je obezbediti drugi fluid 18 sa dovoljnom zapreminom i protokom za gušenje bušotine. Ovo se može ostvariti zahvaljujući načinu na koji se dovodi drugi fluid 18, a kojim se obezbeđuje znatno veća zapremina tečnosti nego kod tradicionalnog fluidom pogonjenog čekića, kod koga se koristi samo jedan fluid, koji teče samo duž putanje koja je označena strelicom za prvi fluid 16.

[0053] Kao što će postati jasno, gornji sistem 10 omogućava postupak za bušenje rupe u zemlji uz korišćenje fluidom pogonjenog bušaćeg čekića 12 koji ima bušaću glavu 38 sa površinom dleta 20, u kome odvojeno teče prvi fluid 16, dok se drugi fluid 18 dovodi kroz bušaću kolonu 14. Fluidi 16, 18 se mogu pumpati prema gornjem kraju bušaće kolone uz korišćenje obrtnog dovoda fluida sa dvojnom cirkulacijom. Kod ovog postupka prvi fluid teče do bušaćeg čekića 12 i pogoni ga, pri čemu je on spregnut sa krajem bušaće kolone 14 na dnu rupe. Kada se bušaći čekić 12 pogoni, onda se klip 36 pomera naizmenično da bi ciklično udarao dleto 38 čekića. Ovaj udar se prenosi preko površine dleta 20 na dno 46 rupe H.

[0054] Postupak takođe obuhvata usmeravanje druge tečnosti 18 tako da teče kroz bušaći čekić 12 i preko površine dleta 20. Drugi fluid posle toga teče naviše kroz rupu ispirajući krhotine iz rupe. Prvi fluid izlazi iz čekića 12 sa kraja pogonskog elementa 34 koji se nalazi uzvodno od površine dleta 20. Shodno tome, prvi fluid 16 teče iz bušaćeg čekića 12 na dno rupe H u suštini kao prstenasti tok koji okružuje drugi fluid 18 dok on teče preko površine dleta 20. Dva fluida 16 i 8 su međusobno razdvojena kada teku naniže ka dnu rupe H, ali se mešaju kada se kreću naviše kroz rupu na spoljašnjoj strani bušaće kolone 14.

[0055] Gore opisani primer izvođenja sistema 10 i njemu pridruženi postupak za bušenje su posebno dobro prilagođeni za vršenje operacija u vezi nafte i gasa u tvrdim formacijama u zemlji. U specifičnim primerima izvođenja sistema i postupka omogućeno je korišćenje bušaćeg alata na dnu rupe u vidu čekića na dnu rupe koji su veoma dobro prilagođeni za bušenje u tvrdim materijalima, mada nisu popularni kada se vrši bušenje nafte/gasa zbog kompromisa između trajnosti bušaćeg alata i sposobnosti kontrole pritiska na dnu rupe i održavanja stabilnosti rupe. Na primer, da bi se bušilo sa malim potpritiskom, kada se koristi uobičajeni DTH čekić, može biti neophodno da čekić radi sa fluidom koji ima relativno veliku specifičnu težinu. Ovo uključuje korišćenje isplake ili mulja za pogon čekića. Međutim, po samoj svojoj prirodi isplaka ili mulj će sadržati čestice koje će vršiti abraziju i habanje čekića. Kao rezultat ovoga, postaće neophodno češće vađenje bušaće kolone da bi se zamenio pohabani čekić. Kada rupa ima dubinu od nekoliko kilometara, vađenje bušaće kolone može biti jednako ili duže od 24 sata. Međutim, ako se koristi radni fluid koji ima manju specifičnu težinu, onda se može izgubiti sposobnost da se obezbedi specifično stanje pritiska. Primeri izvođenja sistema i postupka omogućavaju odvojeno obezbeđivanje i kontrolu parametara i karakteristika radnog fluida i fluida za ispiranje, zahvaljujući čemu je obezbeđen maksimum efikasnosti i trajnosti alata na dnu rupe, a takođe je obezbeđena kontrola pritiska na dnu rupe i stabilnost rupe.

[0056] Bušaći čekić 12 po fizičkom obliku može biti sličan bušilici sa reverznom cirkulacijom. Međutim, važno je naglasiti da kod aktuelno opisanog sistema i postupka bušaći čekić 12 nije, niti radi kao bušaći čekić sa reverznom cirkulacijom.

1

Kod bušaćeg čekića sa reverznom cirkulacijom se koristi samo jedan fluid za pogon bušaćeg čekića. Fluid pogoni klip bušaćeg čekića i izlazi između pogonskog elementa i glave bušaće glave. Fluid onda teče nazad naviše kroz prolaz u bušaćoj glavi i bušaća kolona nosi krhotine na površinu.

[0057] Primeri izvođenja aktuelno opisanog sistema 10 i postupka rade na potpuno suprotnom principu dovođenja drugog (kontrolnog) fluida, koji je potpuno nezavisan od prvog (pogonskog) fluida, u smeru prema dnu rupe kroz bušaći čekić i pridruženu bušaću glavu. I prvi fluid (koji pogoni bušaći čekić), i drugi fluid teku do površine kroz prsten između rupe i spoljašnje površine bušaće kolone.

[0058] Primeri izvođenja aktuelno opisanog sistema 10 i postupka koriste dva odvojena toka fluida na celom putu do dna bušaće kolone 14 i shodno tome, bušotine. Posle toga se kontrolni fluid 18 meša sa pogonskim fluidom 16 koji izlazi kod površine dleta ili na dnu bušotine. Ovo omogućava kontrolu bušotine sa maksimalnim efektom i bezbednošću, kao i mešanje oba fluida na površini dleta.

[0059] Namena kontrolnog fluida 18 je isključivo kontrola bušotine i transport krhotina. Jedina namena pogonskog fluida 16 je da pogoni fluidom pogonjeni čekić 12. Odnos između pogonskog fluida 18 i kontrolnog fluida 16 može biti između 10/90 i 30/70. To je 10% pogonskog fluida 16 i 90% kontrolnog fluida 18. Ovo znači da će u toku bušenja bušotine prečnika od 21,6 cm (8,5 inča) uz korišćenje bušaće cevi prečnika od 14 cm (5,5 inča), primer izvođenja opisanog fluidom pogonjenog čekića 12 koristiti 10% do 30% ukupne zapremine bušotine kao pogonski fluid 16.

[0060] Posmatrano sa stanovišta zapremina i pritisaka fluida, recimo, na primer, da je potrebna ukupna zapremina fluida za bušenje i podizanje krhotina od 1.000 litara u minutu koji se pumpa pod pritiskom od 34.500kPa (5.000 psi). Fluidom pogonjeni čekić 12 će koristiti 100 do 300 litara u minuti od te ukupne zapremine. Kontrolni fluid će biti pumpan pod pritiskom od oko 27.600 kPa (4.000 psi), a zapremina će biti 900 do 700 litara u minutu.

[0061] Shodno tome, primeri izvođenja opisanog fluidom pogonjenog čekića 12 su veoma efikasni u poređenju, recimo, sa normalnim, vodom pogonjenim čekićem. U uporedivom okruženju i dubini na dnu rupe, normalni vodom pogonjeni čekić bi obično koristio preko 1.000 litara u minuti i do 2.000 litara u minuti. Ovo je u suštini veće za 100-300 litara u minutu od primera izvođenja opisanog sistema i postupka.

[0062] Sama priroda i konstrukcija vodom pogonjenih čekića sa jednom cevi iz stanja tehnike ograničava dubinu do koje ti čekići mogu da buše i izaziva visoke nivoe habanja. Pošto primeri izvođenja opisanog fluidom pogonjenog čekića 12 i njemu pridruženog postupka koriste mnogo manju zapreminu fluida za pogon, a koriste i tok drugog/kontrolnog fluida za vršenje transporta krhotina i kontrolu bušotine, opisani fluidom pogonjeni čekić može vršiti bušenje znatno dublje nego standardni vodom pogonjeni čekići. Pored toga i opisani fluidom pogonjeni čekić 12 sa dvojnom cirkulacijom može vršiti bušenje tokom mnogo dužih perioda između servisa ili zamene. Za kontrolni fluid 18 nema ograničenja, pošto on ne mora da prolazi kroz suženja unutar vodom pogonjenog čekića, što dovodi do naizmeničnog kretanja klipa 36. Takođe je značajno da isplaka i drugi aditivi, koji habaju druge vodom pogonjene čekiće sa samo jednom cevi, ne moraju da prolaze kroz fluidom pogonjeni DC čekić 12. Ponovo, ovo doprinosi produženju radnog veka opisanog fluidom pogonjenog DC čekića 12 u poređenju sa uobičajenim vodom pogonjenim čekićima sa samo jednom cevi/samo jednim fluidom.

[0063] Mada je opisan specifičan primer izvođenja sistema i postupka, treba shvatiti da sistem i postupak mogu biti otelotvoreni i u drugim oblicima. Na primer, fluid 16 može teći kroz centralnu putanju 30, dok drugi fluid može teći kroz prstenastu putanju 28. Ovo zahteva njegov prelazak preko jednog elementa u kanal uvodnog regiona čekića 12 da bi pogonio klip 36, kao i da bi se kanalisao drugi fluid tako da teče kroz prolaz 42.

[0064] U patentnim zahtevima koji slede, i u prethodnom opisu, izuzev tamo gde kontekst zahteva drugačije zbog jezičkog izraza ili neophodne implikacije, reč "sadrže" i njegove varijacije, kao što su "sadrži" ili "koji sadrži", se upotrebljavaju u inkluzivnom smislu, tj. da bi se specifikovala prisustva navedene karakteristike, ali bez isključivanja prisustva ili dodatka drugih karakteristika u različitim primerima izvođenja sistema i postupka koji su ovde opisani.

Claims

Patentni zahtevi

1. Sistem (10) sa bušaćim čekićem i dvojnom cirkulacijom za bušenje rupe u zemlji koji sadrži:

bušaću kolonu (14) koja ima gornji kraj i suprotni donji kraj na dnu rupe, i bušaći čekić (12) koji ima spoljašnju cev (32), pogonski element (34) i bušaću glavu (38) sa površinom dleta (20), pri čemu pogonski element (34) spaja bušaću glavu (38) sa spoljašnjom cevi (32) i spoljašnja cev (32) spaja bušaći čekić (12) sa krajem na dnu rupe bušaće kolone (14);

naznačen time, što

bušaća kolona (14) sadrži jednu ili više cevi (22) sa dvostrukim zidom, međusobno spojenih krajevima, pri čemu svaka cev sa dvostrukim zidom ima spoljašnji zid (24) i unutrašnji zid (26), a spoljašnji zid okružuje unutrašnji zid, pri čemu je prstenasti prostor formiran pomoću i između unutrašnjeg zida i spoljašnjeg zida, pri čemu prstenasti prostor formira prstenastu strujnu putanju (28) za prvi fluid (16), i unutrašnji zid formira centralnu strujnu putanju (30) za drugi fluid (18), a prstenasta strujna putanja (28) i centralna strujna putanja (30) su konfigurisane za odvojeno prenošenje prvog fluida (16) i drugog fluida (18) na dno rupe, i što je bušaći čekić (12) konfigurisan tako da omogući da fluid teče između spoljašnje površine (44) dleta čekića (38) i unutrašnje površine pogonskog elementa (34) i da napusti čekić kroz donji kraj na dnu rupe pogonskog elementa; i;

prstenasta strujna putanja (28) dovodi prvi fluid do bušaćeg čekića (12) pri čemu prvi fluid (16) obezbeđuje energiju za pogon bušaćeg čekića (12) i teče između spoljašnje površine (44) dleta čekića (38) i unutrašnje površine pogonskog elementa (34), napuštajući čekić kroz donji kraj na dnu rupe pogonskog elementa (34); i centralna strujna putanja (30) dovodi drugi fluid (18) do bušaćeg čekića (12) i usmerava drugi fluid (18) tako da teče kroz bušaću glavu (38) i preko površine dleta (20) kada je površina dleta (20) u kontaktu sa dnom (46) rupe (H) koja se buši; i pri čemu prvi i drugi fluid (16,18) teku nazad naviše kroz rupu (H) koja se buši samo kroz jedan prsten koji je formiran između unutrašnje površine rupe i spoljašnje površine bušaće kolone (14).

2. Sistem (10) prema zahtevu 1, pri čemu je bušaća glava (38) opremljena prolazom (42) koji izlazi na površinu dleta (20) i drugi fluid (18) je usmeren tako da teče kroz prolaz (42).

3. Sistem (10) prema bilo kom od prethodnih zahteva koji sadrži mehanizam koji je prilagođen za sprezanje sa gornjim krajem bušaće kolone (14) i za prenošenje obrtnog momenta na bušaću kolonu (14).

4. Sistem (10) prema bilo kom od zahteva 1-3, pri čemu bušaći čekić (12) sadrži klip (36) koji može klizati na spoljašnjoj cevi (32), pri čemu je bušaći čekić (12) dalje prilagođen tako da prvi fluid (16) može da teče između spoljašnjosti klipa (36) i unutrašnje površine spoljašnje cevi (32) pre isticanja iz pogonskog elementa (34).

5. Postupak za bušenje rupe u zemlji uz korišćenje fluidom pogonjenog bušaćeg čekića (12) koji ima bušaću glavu (38) sa površinom dleta (20), pri čemu postupak sadrži:

dovođenje odvojenih tokova prvog fluida i drugog fluida (16, 18) kroz bušaću kolonu (14);

pogon fluidom pogonjenog bušaćeg čekića (12) spregnutog sa donjim krajem na dnu rupe bušaće kolone (14) proticanjem prvog fluida (16) kroz bušaći čekić (12);

isticanje prvog fluida (16) iz bušaćeg čekića (12) između spoljašnje površine (44) bušaće glave (38) i pogonskog elementa (34) bušaćeg čekića, pri čemu prvi fluid (16) napušta bušaći čekić na donjem kraju na dnu rupe pogonskog elementa (34);

usmeravanje toka drugog fluida (18) tako da teče kroz bušaću glavu (38) i preko površine dleta (20) kada je površina dleta u kontaktu sa dnom (46) rupe (H) koja se buši;

formiranje samo jedne prstenaste fluidne povratne putanje nazad naviše kroz rupu između bušaće kolone (14) i unutrašnje površine rupe (H) pri bušenju rupe; i

usmeravanje prvog i drugog fluida (16, 18) tako da teku nazad naviše kroz rupu (H) koja se buši kroz samo jednu prstenastu fluidnu povratnu putanju.

6. Postupak prema zahtevu 5, koji sadrži podešavanje pritiska na dnu rupe promenom fizičke karakteristike jednog ili oba od prvog fluida i drugog fluida (16, 18).

7. Postupak prema zahtevu 5 ili 6, koji sadrži podešavanje jedne ili obe od specifične težine i viskoznosti drugog fluida (18).

8. Postupak prema bilo kom od zahteva 5-7, koji sadrži obezbeđivanje prvog i drugog fluida (16, 18) kao jednog ili bilo koje kombinacije od dva ili više (a) fluida različitih specifičnih težina; i (b) fluida različitih viskoznosti; i (c) istog pritiska.

9. Postupak prema bilo kom od zahteva 5-8 koji sadrži modifikaciju jedne ili više karakteristika drugog fluida (18) da bi se kontrolisalo stanje pritiska na dnu rupe nezavisno od rada bušaćeg čekića (12).

10. Postupak prema bilo kom od zahteva 5-9 koji sadrži dovođenje jedne ili obe od (a) prve tečnosti kao prvog fluida (16); i (b) druge tečnosti kao drugog fluida (18).

11. Postupak prema zahtevu 10, pri čemu dovođenje prve tečnosti sadrži dovođenje vode i dovođenje druge tečnosti kao jedne ili smeše jedne ili više od sledećih tečnosti: voda, isplaka ili cement.

12. Postupak prema bilo kom od zahteva 5-11, pri čemu se prvi fluid (16) i drugi fluid (18) dovode u odnosu između oko 10/90 i 30/70.

1