Плавучая буровая установка

 

1. ПЛАВУЧАЯ БУРОВАЯ УСТАНОВКА , содержащая плавсредство с ; рабочей площадкой и сквозным колодцем , выполненнь1М в корпусе, систему стабилизации, включаклцую неподвижную часть, жестко связанную с рабочей площадкой, и подвижнуючасть, связанную посредством роликов с неподвижной частью, буровой агрегат, жестко связанный с подвижной частью и включакяций вышку, привод, состоящий из вращателя и подъемника, колонну труб, отлич ающаяс я тем, что, с целью повьшения эффективности бурения на шельфе морей при воздействии волновых и ветровых факторов за счет повышения степени стабилизации, неподвижная часть системы стабилизации вьшолнена в виде ферромагнитного кольца, а подвижная - в виде магнитного кольца, снабженного роликами, расположенными по окружности внешней поверхности кольца, причем вращатель и подъемник привода связаны с вышкой посредством упругой связи, 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что масса ПОДВИЖНОГО магнитного кольца удовлетворяет следующему выражению: / / j2 ,3 ч и fl 11ф1-Ш5-т о & п гМ А сг . V, о g- Ь масса подвижного магнитногде т. (Л го кольца, н; f удельное магнитное притяжение между подвижным магнитным кольцом и ферромагнитным кольцом, масса буровой вышки, н; масса привода, н; °(. 00 05 d. внешний диаметр подвижного магнитного кольца, м; drt - внутренний диаметр неподвижного кольца, м; Слд g - ускорение свободного падения , м/с ; k - коэффициент запаса.

t19) (11) COI03 СОВЕТСНИХ

° ВЮЮВ Г . РЕСПУБЛИН

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ П:: н втоескомм саидятяльствм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР (21) 3492760/22-03 (22) 10.09.82 (46} 15.04.84. Бюл. Ф 14 (72) Г.Г. Мирзаев, А.Г. Протосеня и А.Ф. Борознец (71) Ленинградский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени горный институт им. Г.В. Плеханова (53) 622.242.3.622.24(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 906785, кл. В 63 В 35/44, !980.

2. Авторское свидетельство СССР

1Р 407703, кл. Е 21 В 15/02, 1972 (прототип), (54)(57) 1. ПЛАВУЧАЯ БУРОВАЯ УСТАНОВКА, содержащая плавсредство с . рабочей площадкой и сквозным колодцем, выполненным в корпусе, систему стабилизации, включающую неподвижную часть, жестко связанную с рабочей площадкой, и подвижную часть, свя- занную посредством роликов с неподвижной частью, буровой агрегат, жестко связанный с подвижной частью и включакиций вышку,, привод, состоящий из вращателя и подъемника, колонну труб, о т л и а ю щ а я— с я тем, что, с целью повышения эффективности бурения на шельфе морей при воздействии волновых и вет3СЮ Е 21 В 15/02; Е 21 В 7/12;

В 63 В 35/44 ровых факторов за счет повышения степени стабилизации, неподвижная часть системы стабилизации выполнена в виде ферромагнитного кольца, а подвижная — в виде магнитного кольца, снабженного роликами, расположенными по окружности внешней поверхности кольца, причем вращатель и подъемник привода связаны с вышкой посредством упругой связи.

2. Установка по п. 1, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что масса подвижного магнитного кольца удовлетворяет следующему выражению:

Н (d dz)

4 где m — масса подвижного магнитном

ro кольца, н; f — удельное магнитное притяжение между подвижным магнитным кольцом и ферромагнитным кольцом, н/м ;

mg — масса буровой вышки, н;

mä — масса привода, н;

d — внешний диаметр подвижного

4 магнитного кольца, м;

d — внутренний диаметр непод2 вижного кольца, м; — ускорение свободного падения, м/с

ky — коэффициент запаса.

10861

Изобретение относится к бурению, в частности к плавучим буровым установкам при бурении неглубоких скважин на шельфе.

Известно буровое судно, содержащее корпус и связанную с ннм буровую

УстановкУр включаюЩУю BMBKÓр вра щатель, систему подачи и извлечения инструмента, причем буровое судно снабжено системой стабилизации, обес- !О печивающей бурение при волнении мора ()).

Однако система стабилизации этого устройства сложна по конструкции и трудиовыполнима. !5

Известна также плавучая буровая установка, содержащая плавсредство с рабочей площадкой и сквозным колодцем; выполненным в корпусе, систему стабилизации, включающую ие- 2О подвижную часть, жестко связанную е рабочей площадкой,и подвижную часть, связанную посредством роликов с неподвижной частью, буровой агрегат, жестко связанный с подвижной частью и включающий вьппку, привод, состоящий из вращателя и подъемника, колонну труб !2).

Система стабилизации известного устройства проста, но недостатком является ограниченность применения установки при значительных волнениях моря, что сказывается на эффективности и производительности бурения.

Цель изобретения - повьппеиие эффективности бурения на шельфе морей при воздействии волновых и ветровых факторов sa счет повьпнения степени стабилизации.

Укаэанная цель достигается тем, что в плавучей, буровой установке, содержапей плавсредства с рабочей площадкой и сквозным колодцем, выI полиенным в корпусе, систему стабилизации, включающую неподвижную часть, жестко связанную с рабочей площадкой,и подвижную часть, свя" занную посредством роликов с неподвижной частью, буровой агрегат, жестко связанный. с подвижной частью

50 и ВкюиОчающий вишку привод р со сто я щий иэ вращателя и подъемника, колонну труб, неподвижная часть системы стабилизации выполнена в виде ферромагнитного кольца, а подвижнаяs виде магнитного кольца, снабженного роликами, расположенньжи по

1окружности внешней поверхности кольца, причем вращатель и подъемник привода связаны с вышкой посредством упругой связи.

Касса подвижного магнитного кольца удовлетворяет следующему выражению;

2 ъ п (d< — d )

m = К„-„— - — mg — т„ м где m — масса подвижного магнитноМ

ro кольца, и;

f — удельное магнитное притяжение между подвюкным магнитным кольцом и ферромагнитным кольцом, н/м2; щ - масса буровой вьппки, н;

d - внешний диаметр подвижного магнитно ro кольца, м;

m< — масса привода, н;

Ф

d — внутренний диаметр непод—

2 внжного кольцау и;

9 - ускорение свободного падения, м/с ;

ky - коэффициент запаса.

На фиг, 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 — привод, продольный разрез.

Устройство. включает плавсредство

1 с рабочей площадкой 2, буровую вьппку 3, колонну труб 4у привод 5. На рабочей площадке 2 плавсредства 1 установлено неподвижное ферромагнитное кольцо 6, на котором установлено подвижное магнитное кольцо 7, на котором жестко своим основанием

8 укреплена буровая вьппка 3, причем плавсредство 1 содержит сквозной вертикальный колодец 9, а привод 5 выполнен из вращателя 1О и подъем— ника 1! в виде одного блока 12 и установлен посредством упругой связи 13 на буровой вьппке 3.

Вращатель 10 выполнен в виде ин— дуктора 14 с вращалпимся магнитным полем, а подъемник 11 — в виде нндуктора 15 с линейно бегущим магнитным полем.

Подвижное магнитное кольцо 7 снабжено шарикоподшнпниками !6, Расположенными на рабочей поверхности

17, и роликами 18, расположенжами по окружности внешней цилиндрической поверхности 19 кольца.

Иасса подвижного магнитного коль— ца 7 удовлетворяет следующему соот ношению: и фб.- dg)

12 а ок f — — — mт- — m м 4 с, 1, ь а, где ш„„ — масса подвижного магнитного кольца, .н;

1086113

3 ш — масса буровой вышки, н;

m — масса привода, н;

f — удельное магийтное притяжение между подвижным магнитным кольцом и неподвижным кольцом, н/м — внешний диаметр подвижного

1 магнитного кольца, м; и — внутренний диаметр непод2 вижного кольца, м 10

k - коэффициент запаса;

Ъ вЂ” ускорение свободного падения тела, м/с

Внутренний диаметр неподвижного кольца 6 равен внутреннему диаметру 15 сквозного вертикального колодца 9.

Колонна труб выполнена из ферромагнитной .части 20 и электропроводящей 21, выполненной, например, из дюралюминия, причем обе части 20 щ и 21 представляют собой трубы, вставленные друг в друга таким образом, чтобы исключалось их взаимное вращение друг относительно друга.

Блок 12 состоит из трубы 22, вы- 25 полненной иэ стали, и внутренней втулки 23, выполненной иэ немагнитного износоустойчивого материала, например иэ нержавеющей стали.

Подшипники 24 и 25 служат для щ обеспечения свободного вращения колонны труб 4 относительно блока 12, Индуктор 14 снабжен многофаэной обмоткой 26 и магнитопроводом 27 из шихтованной электротехнической стали с пазами 28.

Индуктор 15 снабжен кольцевой многофазной обмоткой 29, уложенной в пазы 30 магнитопровода 31 иэ шихтованной электротехнической стани. 40

Колонна труб 4 снабжена буровой коронкой 32, а плавсредство l в точке бурения закреплено швартовыми концами 33 с якорями 34 к морскому дну 35.

Неподвижное кольцо 6 снабжено ограждающим. барьером 36 с захватами

37 для фиксации буровой вьнпки 3.

Устройство снабжено силовой установкой 38 для вращения гребного вала 39 и винта 40, а также блоком питания 41 и блоком управления 42 всеми технологическими процессами, связанными с бурением скважины 43.

Устройство работает следующим образом.

Для прихода плавсредства в точку бурения включают силовую установку 38, После прихода в точку бурения гребной вал 39 вместе с винтом 40 отключают, а силовая установ-. ка работает. для обеспечения электроэнергией блока питания 41. Затем отдают швартовые концы 33 и якоря опускают на дно моря 35.

Буровую вышку 3 освобождают от фиксации захватами. 37 к барьеру 36 неподвижного кольца 6 после того, как колонна труб 4 вставлена в привод 5 и совмещена вдоль его осевой линии, а также включен подъемник в режим медленного опускания колонны труб 4 до упора коронки 32 в морское дно 35.

Для производства бурения включают подъемник 11 привода 5 для подъема колонны труб 4 на необходимую высоту, которая определяется с помощью

ЭВИ и блоком управления 42.

Затем колонну труб 4 опускают эа счет двух снл: силы тяжести и силы, развиваемой подъемником !1, который s этот момент работает в ка-. честве дополнительного податчика колонны труб 4 на забой скважины 43.

Производится вруб коронкой 32 в saбой скважины 43 и скол массива морского дна 35 °

Затем подъемник 11 включают в режим подъема колонны труб 4 вместе с коронкой 32 . н,как только коронка

32 отойдет от забоя скважины 43, включают вращатель 10 для поворота колонны труб 4 вместе с коронкой 32 на определенный угол поворота, который определяется с помощью ЭВИ в зависимости от режима бурения, свойств массива морского дна 35, а также глубины моря. В этот момент времени работают подъемник 11 и вращатель 10, причем продолжительность их совместной работы регулируется блоком управления 42.

После того, как произойдет разворот колонны труб 4 вокруг своей продольной оси, вращатель 10 отключают, а подъемник 11 работает до подъема колонны труб 4 на заданную высоту, после достижения которой подъемник 11 переключают для опускания колонны труб 4 в забой скважины 43. Коронкой 32 заносится удар, и происходит очередное pasрушение массива морского дна 35.

Подъемник 11 в момент, когда корон". ка 32 коснется забоя скважины 43, 1086113 отключается от работы в качестве податчика. Этим завершается цикл бурения.

Такие циклы подъема, поворота и опускания колонны труб 4 с коронкой

32 повторяются до тех пор, пока не будет достигнута необходимая глубина бурения скважины 43 или пока не будет израсходован запас длины колонны труб 4.

На ЭВИ рассчитывают необходимый режим работы всей плавучей буровой установки в зависимости от возмущений, действующих на плавсредство

1, глубины моря, прочности массива горных пород, слагающих морское дно

35, веса колонны труб 4 и других параметров, влияющих на процесс бурения скважины 43.

Принцип работы вращателя 10 Основан на том, что после включения обмотки 26 в сеть трехфазного тока в индукторе 14 образуется вращающееся магнитное поле, кндуктирующее

ЭДС и токи в электропроводящей части 21 колонны труб 4, В результате взаимодействия токов трубы 21 с ьращающимся полем индуктора 14 колонна труб 4 приводится во вращение. Для того, чтобы поменять вращение колонны труб 4 на противоположное, необходимо поменять местами две какие-либо фазы обмотки 26 на клеммнкке блока питания 41.

Подъемник 11 действует по принципу линейного асинхронного двигателя. После включения его обмотки

29 в сеть трехфазного тока в индукторе 15 образуется линейно бегущее магнитное поле, направленное вдоль оси колонны труб 4„ В результате взаимодействия линейно бегущего поля индуктора 15 с трубой 21. в последней индуктируются. ЗДС и токи, в результате вэакмодейс.твия которых с полем индуктора 15 зознккает усилие, действующее на колонну труб 4 вдоль ее оси. Это усилие может быт.-. направлено вертикально вверх клк вниз» то зависит от направления движения линейно бегущего магнитчогО пОПЯ икдуктора 15, При движw ник линейно бегущего поля индуктора 15 вверх усилие, действующее на колонну труб 4, будет подъемным, а при движении линейно бегущего поля иццуктора 15 вниз. это усилие способствует опусканию колонны труб 4 в скважину 43.

До изменения направления движения линейно бегущего магнитного поля индуктора 15 необходимо поменять местами какие-либо фазы обмотки 29 кндуктора 15 на клеммнике блока питания 41, Блок управления 42 вместе с ЗВМ обеспечивает необходимую очередность включения вращателя 10 к подъемника 11, При этом должно выполняться следующее условие: в моt5 мент касания коронки 32 забоя скваякны 43 вращатель 10 отключен, Зто необходимо для того, чтобы крутящий момент, возникающий при бурении скважины 43, не передавался на плавсредство,.привод и буровую вышку 3.

После исчезновения механического контакта коронки 32 с забоем скважины 43 вращатель 10 может быть включен в работу параллельно с подъемником 11, причем работа вращателя

I0 может осуществляться как в момент подъема колонны труб 4, так и в момент их опускания в скважину 43.

Высота подъема колонны труб 4, ЗО угол поворота ее вокруг продольной оси, частота ударов. зависят от глубины моря, глубины скважины, водоизмещения плавсредства, состояния акватории, и каждом случае выбираются оптимальными для данных горногеологических условий. Шлам из забоя выносится известными способамк, например потоком сжатого воздуха кли водой.

Если плавсредство 1 подвержено бортовой, килевой, поперечно-горизонтальной или продольно-горизонтальной качке, то колонна труб 4 сохраняет свое рабочее положение и не испытывает на себе воздействия специфических морских факторов, поскольку вьнпка 3, благодаря на:тичию вертикального колодца 9, а также магнитной связи свободно перемещается относительно плавсредства 1.

Пусть, напр%мер, плавсредство сместится вправо (см. фиг ° 1), при этом магнитное кольцо 7 на иарикоподшипнкках 16 вместе " :Олопной труб 4, привОдом 5, BbGBKQH 3 пер=:— местктся влево, Оставаясь над преж= ней точкой бурения скважины 43.

Таким образом, плавсредства имеет шесть степеней свободь: и л".дl086II3.вержено бортовой, килевой, поперечно-горизонтальной, продольно-горизонтальной качке и рысканью, а колонна труб 4 с коронкой 32 и приводом 5, а также вышкой 3 и кольцом 7 5 находятся в точке бурения скважины 43.

Если плавсредство приподнимется на волне или опустится, то и в этом случае работа буровой не нарушится, так как привод 5 при этом опустится или наоборот поднимется относительно колонны труб 4, не сбив ее с точки бурения.

При наклоне плавсредства I nepпендикулярно плоскости поверхности воды вышка 3 вместе с магнитным кольцом 7, а также с рабочей площадкой 2 и кольцом 6 наклоняется вместе с плавсредством 1 s ту же сторону, однако благодаря наличию упругой связи l3 на буровой вьппке 3 колонна труб 4 сохранит свою работоспособность в прежней точке бурения— в скважине 43.

Благодаря этому сохраняются все шесть степеней свободы плавсредства на море и нахождение буровой колонны труб 4 в точке бурения, а также надежное прижатие вышки 3 к ферромагнитному кольцу б. Якоря 34 вместе с швартовыми концами 33 удерживают плавсредство I в точке бурения.

Блок питания 4l получает электрическую энергию от силовой установки 38, которую сообщают приводу 5 и блоку 42 управления всеми технологическими .процессами, связанными с подъемом,. опусканием и вращением буровой коронки 32 вместе с колонной труб 4.

Использование плавучей буровой установки для проходки неглубокйх скважин при добыче нефти и газа на шельфе морей позволит увеличить эффективность процесса бурения за счет использования магнитной связи, которая обеспечивает удержание буровой вышки 3 вместе с приводом 5, а также колонной труб 4 с коронкой

37 в точке бурения скважины 43.

При этом плавсредство 1 может иметь шесть степеней свободы и подвержено бортовой, килевой, поперечно-горизонтальной, продольно-горизонтальной качке и рысканью.

Возмущения, действукщие на плавсредство Г, благодаря этому, а также благодаря наличию специального подъемника !I и вращателя IO не передаются колонне труб 4 с коронкой

32, при этом обеспечивается высокая эффективность процесса бурения.

1086113

10S6113

Составитель Е.Тангалычев

Техред N. Гергель Корректор В. Сникая

Редактор В.Ковтун

Филиал ППП " Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 2206/30 Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5