Плавучая буровая установка

 

1. ПЛАВУЧАЯ БУРОВАЯ УСТАНОВКА , включающая плавсредство с рабочей площадкой и колодцем, буровой агрегат, состоящий из подводной части; включающий привод, средства для стабилизации вертикального положения, средства для спуско-подъема колонны бурильных труб с породоразрушающим наконечником , и надводной части со средствами спуско-подъема колонны, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности и надежности работы, привод подводной части выполнен в виде двигателей вращения и линейного перемещения, а средства спуско-подъема надводной части вьшолнены в виде двигателя линейного перемещения. 2.Установка по п.1, отличающаяся тем, что двигатель вращения вьшолнен в виде асинхронного двигателя, ротором которого является ферромагнитная бурильная труба, а двигатель, линейного перемещения выполнен в виде линейно-асинхронного двигателя. 3.Установка по пп.1 и 2, о тличающаяся тем, что, с целью регулирования давления на забой, . породоразрушающий наконечник снабжен тензодатчиком измерения давления (Л на забой скважины, который связан с источником питания и передающим устройством. 4.Установка по пп.1-3, отличающаяся тем, что, с целью регулирования кольцевого зазора между бурильной трубой и внутренним кана о лом подводной части привода, послед1C ний снабжен датчиками, связанными со средствами стабилизации вертикаль00 ного положения подводной части уста 1 новки .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК..SU„„1102879 А

3CSD Е 21 В 7/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

БМББЫ. ТГ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3515170/22-03 (22) 04. 10. 82 (46) 15. 07. 84. Бюл. II 26 (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 . Патент США В3603407, кл. 175-6, опублик, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

9376549, кл. Е 21 В 7/ 12, 1971 (прототип). (54)(57) 1, ПЛАВУЧАЯ БУРОВАЯ УСТАНОВКА, включающая плавсредство с рабочей площадкой и колодцем, буровой агрегат, состоящий из подводной части; включающий привод, средства для стабилизации вертикального положения, средства для спуско-подъема колонны бурильных труб с породоразрушающим наконечником, и надводной части со средствами спуско-подъема колонны, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что, с це- . лью повышения производительности и надежности работы, привод подводной части выполнен в виде двигателей вращения и линейного перемещения, а средства спуско-подъема надводной части выполнены в виде двигателя линейного перемещения.

2. Установка по и. 1, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что двигатель вращения выполнен в виде асинхронного двигателя, ротором которого является ферромагнитная бурильная труба, а двигатель. линейного перемещения выполнен в виде линейно-асинхронного двигателя.

3. Установка по пп.1 и 2, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью регулирования давления на забой, O породоразрушающий наконечник снабжен тензодатчиком измерения давления на забой скважины, который связан с источником питания и передающим устройством.

4. Установка по пп. 1-3, о т л и- Я ч а ю щ а я с я тем, что, с целью регулирования кольцевого зазора между бурильной трубой и внутренним кана- лом подводной части привода, послед- (, ний снабжен датчиками, связанными Я со средствами стабилизации вертикаль- О© ного положения подводной части установки.

r©

1 1102879

Изобретение относится к плавучим д буровым установкам н может быть ис- и пользовано для проходки глубоких м скважин на шельфе моря. д

Известна плавучая буровая установка, 5 включающая плавсредства, рабочую пло- н щадку, подводную часть, состоящую из - р направляющего механизма и привода .вра- н щения колонны бурильных труб с порода- л разрушающим наконечником, надводную 10 д часть, включающую средства для спуска-подъема колонны бурильных труб L 13 " д

Недостатком данной установки яв- н ляется то, что осевое усилие на забой м в ней создается лишь за счет веса 15 к самого бурового снаряда, оно не мо- и жет -регулироваться в процессе бурения, кроме того, качка плавсредства з при волнении моря затрудняет ведение р буровых работ ° 20 в

Известна также плавучая морская буровая установка, включающая плавсредство с рабочей площадкой и колодцем, буровой агрегат, состоящий из подводной части, включающей привод. средства для стабилизации вертикального положения, средства для спускоподъема колонны бурильных труб с породоразрушающим наконечником, и над- 30 водной части. со средствами спускоподъема колонны бурильных труб Г 23 °

3а счет конструктивного исполнения на работу подводной части установки не оказывают влияния морские факторы (качка плавсредства), однако известная установка обладает недостатком, заключающимся в том, что нагрузка на забой создается также только за счет веса бурильной колонны, она не может регулироваться в процессе бурения ни за счет подводной, ни за счет надводной частей установки.

На рабочей площадке 2 плавсредства 1 установлено неподвижное ферромагнитное кольца 13, на котором установлено подвижное магнитное

55 кольцо 14, на котором жестко своим основанием укреплена буровая вышка 3.

Подвижное магнитное кольцо 14 снабжено шарикоподшипниками 15 н роЦель изобретения — повышение производительности и надежности работы установки.

Поставленная цель достигается тем, что в плавучей буровой установке, включающей плавсредства с рабочей площадкой и колодцем, буровой агрегат, состоящий из подводной части, включающей привод, средства для стабилизации вертикального положения, средства для спуска-подъема колонны бурильных труб с породоразрушающим наконечником, и надводной части со средствами спуска-подъема колонны, привод подводной части выполнен в вие двигателей вращения н линейного еремещения, а средства спуско-подъеа надводной части выполнены в виде вигателя линейного перемещения.

При этом двигатель вращения выполен в виде асинхронного двигателя, отаром которого является ферромагитная бурильная труба, а двигатель инейного перемещения выполнен в вне линейно-асинхронного двигателя.

Кроме того, с целью регулирования авления на забой, породоразрушающий аконечник снабжен тензодатчиком изерения давления на забой скважины, оторый связан с источником питания передающим устройством.

С целью регулирования кольцевого азора между бурильной трубой и внутенним каналом подводной части приода, последний снабжен датчиками, связанными со средствами стабилизации вертикального положения подводной части установки.

На фиг» I показана плавучая буровая установка, общий вид, на фиг.2 подводная часть привода, продольный разрез, на фиг.3 - надводной части привода, продольный разрез.на фиг.4блок-схема системы стабкпизации положения подводной части привода.

Плавучая буровая установка включает плавсредства 1 с рабочей площадкой 2, буровую вышку 3, колонну труб

4, привод, выполненный из двух частей: надводной 5 и подводной 6, причем надводная часть 5 выполнена в виде двигателя 7 подачи, а подводная часть 6 выполнена в виде двигателей вращения 8 и линейного перемещения

9 колонны труб 4, причем плавсредства 1 содержит сквозной вертикальный колодец 10, внутренний диаметр которого равен. внешнему диаметру подводной части 6 привода колонны труб 4 °

Подводная часть 6 привода снабжена системой 11 стабилизации положения, а внутренняя часть сквозного вертикального колодца снабжена цилиндрической подушкой 12 из упругого износоустойчивого материала.

1102879 тельно морского дна и включает гайки

41, навинченные на резьбу винтов, а также двигатели 42 поворота гаек, рас положенные в корпусе 43 подводной части 6 привода, и датчики 44 зазора, например, индукционного типа.

Гайки 41 выполнены таким образом, чтобы обеспечивалось их поступательно-вращательное движение относительно винтов 39 и поступательное осевое движение относительно двигателей 42 при включении этих двигателей в сеть питания.

Датчики 44 зазора служат для подачи сигналов при отклонении воздушного зазора между колонной труб 4 и подводной частью 6 привода от номинального значения в ту или иную сторону, расположены по окружности из износоустойчивого антикоррозийного материала.

Двигатель 8 вращения колонны труб

4 включает индуктор, выполненный из шихтованной электротехнической стали с пазами 45 для трехфазной обмотки 46, размещенный внутри цилиндра 47, выполненного из нержавеющей стали.

Двигатель 9 линейного перемещения колонны труб 4 включает магнитопровод

48 индуктора 49, выполненный из листовой электротехнической стали, в котором выполнены кольцевые пазы 50 для кольцевой многофазной, например трехфазной обмотки 51, и размещен внутри вдоль общей продольной оси цилиндра 47.

Внутренняя труба 52 выполнена из немагнитного износоустойчивого материала, например, из высокопрочного пластика и служит для защиты двигателей 8 и 9 от внешней агрессивной среды.

Все токоведущие части конструкции выполнены в морском исполнении.

Датчики 44 зазора расположены на торцах двигателей 8 и 9 и образуют кольца 53 и 54, которые кабелем 55 соединены с устройством 56 управления и двигателями 42 вращения гаек

41 вокруг винтов 39 при работе устройства системы 11 стабилизации положения относительно колонны труб

4 и морского дна.

20

Неподвижное кольцо 13 снабжено ограждающим барьером 31 с захватами 32 для фиксации подвижного кольца 14.

Плавучая буровая установка снабжена40 силовой установкой 33 для вращения гребного вала 34 и винта 35, а также блоком 36 питания и"блоком 37 управления всеми технологическими процессами, связанными с бурением скважины.

Надводная часть 5 привода установлена посредством упругой связи 38, выполненной например, из высокопрочного каучука или капрона, на буровой мавышке 3 вдоль ее продольной оси. Под- gp водная часть 6 привода колонны труб

4 установлена на морском дне при помощи винтов 39 с опорами 40, соединенными между собой шарнирно, что позволяет подводной части 6 приспосабливать- ся к неровностям морского дна.

Подводная часть 6 привода снабжена системой 11 стабилизации положения относительно колонны труб 4 и относиликами 16, расположенными по окружности внешней цилиндрической поверхности кольца 14.

Колонна труб 4 выполнена из ферромагнитной трубы 17 и электропроводящей внешней трубы 18, например, дюралюминиевой.

Надводная часть 5 привода выполнена из трубы 19, внутри которой вставлен двигатель 20 подачи, представляющий собой индуктор линейного цилиндрического многофазного асинхронного двигателя 21, состоящего из магнитопровода 22 с пазами 23, в которых уложена многофазная обмотка

24, защищенная внутренней трубой 25, выполненной из износоустойчивого немагнитного материала, например, из высокопрочного капрона.

Подшипники 26 и 27 служат для обеспечения свободного вращения и линейного перемещения колонны труб 4 относительно индуктора линейного

25 цилиндрического многофазного асинхронного двигателя 21, магнитопровод которого выполнен из шихтованной электротехнической стали, а обмотка 24 выполнена трехфазной.

Колонна труб 4 снабжена буровой коронкой 28, а плавсредство 1 в точке бурения закреплено швартовыми концами 29 с якорями 30 к морскому дну.

Колонна труб 4 является также ротором двигателя 8 вращения, двигателей подачи 7 и линейного перемещения 9.

Погружные кабели 57 и 58 служат для подачи электроэнергии многофазного, например трехфазного тока и

11028?9 к двигателям 8,9 и 42, а также для управления работой системы 11 стабилизации.

Днище колодца 1О снабжено шторками 59 с шарнирами 60 и приводом 61, 5 для-их закрытия и открывания.

В теле коронки 28 встроен тензодатчик 62 для измерения давления коронки 28 на забой скважины и соединенный проводниками 63 с источни. ком 64 питания встроенного типа, а также с передающим устройством 65, вмонтированным в колонну труб 4 вблизи приемника 66, расположенного на торце двигателя 9. 15

Приемник 66.служит для приема сигналов датчика 62 и соединен с блоком 37 управления, предназначенным для управления всеми технологическими процессами по бурению на шельфе 20 морей.

Подшипники 67 и 68 служат для обеспечения вращательного и поступательно-вращательного движения колонны труб 4 относительно подводной части 6 привода при всех режимах работы устройства.

Плавучая буровая установка работает следующим образом.

Для прихода плавсредства в точку бурения включают в работу силовую установку 33, После прихода в точку бурения гребной вал 34, а также винт 35 отключают, а силовая установка 33 работает для обеспечения электроэнер35 гией блока 36 питания и блока 37 управления всеми технологическими працессами по бурению. Затем отдают швар" товые концы 29, и якорями 30 закреп40 ляются к морскому дну.

Буровую вышку 3 освобождают от фиксации захватами 32 к барьеру 31 неподвижного кольца 13 после того, как колонна труб будет вставлена в привод

45 и совмещена вдоль его осевой линии, а также включен двигатель 7 подачи надводной части 5 привода в режим медленного опускания колонны труб 4 до упора коронки 28 в морское дно.

При опускании колонны труб 4 вклю- 5 чают также и двигатель 9 линейного перемещения в режим работы, обеспечивающий плавное опускание колонны труб

4, так как в это время подводная часть

6 привода находится в транспортном положении внутри колодца 10.

После спуска колонны бурильных труб

4 до дна, шторки 59 на днище колодца

10 открываются и подводная часть 6 привода под дейст вием усилия двигателя 9 линейного перемещения плавно садится на морское дно. Усилие, двигателя 9 линейного перемещения подводной части 6 привода регулируется блоком 37 управления таким образом, чтобы обеспечивалось безопасное опускание подводной части 6 привода на морское дно с последующей стабилизацией ее положения.

Для производства бурения включают двигатель 8 вращения подводной части

6 привода, а также двигатели подачи 7 надводной части и линейного перемещения 9 подводной части привода для того, чтобы обеспечивались оптимальные условия режима бурения. Если при этом окажется, что вес колонны труб меньше необходимого давления на забой скважины, то двигатели подачи 7 и линейного перемещения 9 включают одновременно для создания дополнительного давления на забой скважины.

Если при этом вес колонны труб 4 превосходит необходимое усилие давления на забой скважины, то двигатель 7 подачи и двигатель 9 линейного перемещения включают вместе либо по отдельности в режим подъема колонны труб 4.

Для определения давления на забой служат тензодатчики 62, закрепленные в теле коронки 28 и соединенные посредством специальных проводников 63 с источником 64 питания и.передающим устройством 65. Сигнал с передающего устройства 65 поступает на приемник

66 и затем на блок 37 управления.

Режим работы всех двигателей привода, состоящего из подводной и надводной частей, определяется на ЭВИ в зависимости от условий, в которых производится бурение, а также в зависимости от характера работы устройства.

Принцип действия двигателя 8 вращения основан на том, что после

Ф включения обмотки 46 в сеть трехфазного тока в индукторе образуется вращающееся магнитное поле, индуктирующее ЭДС, и токи в электропроводящей трубе 18 колонны труб 4. В результате взаимодействия токов трубы 18 с вращающимся полем индуктора колонна труб

4 вместе с коронкой 28 придет во вращение вокруг продольной оси, 79 8

11, которая обеспечивает постоянство воздушного зазора между двигателями

8,9 и колонной труб.

Благодаря наличию магнитной связи подвижного кольца 14 с закрепленной на нем вышкой 3 с неподвижным ферромагнитным кольцом 13, закрепленным на рабочей площадке плавсредства, а также благодаря наличию упругой связи 38 между вышкой и надводной частью

5 привода, обеспечивается стабилизация надводной части плавучей буровой установки при воздействии волновых факторов моря. При этом плавсредство может подвергаться бортовой, килевой, поперечно-горизонтальной, продольно горизонтальной качке и рысканью, а колонна труб 4 с надводной частью 5 привода будет находиться в точке бурения скважины.

Подшипники 26,27,67 и 68 обеспечивают свободное вращение вокруг продольной оси колонны труб 4, а также ее продольное смещение при спуске или подъеме.

По окончании процесса бурения производят подъем подводной части буровой установки, при этом все работы, связанные с подъемом, осуществляются с помощью ЭВМ и блока 37 управления. При этом вначале поднимают подводную часть

6 привода, для чего используют двигатель 9 линейного перемещения, который благодаря наличию линейно-бегущего магнитного поля с токами трубы 18 поднимается вверх и увлекает за собой всю подводную часть 6 привода.

При достижении подводной части 6 установки колодца 10 плавсредства закрываются шторки 59, которые приводятся в действие приводом 61 с помощью

ЭВМ и устройства 3.7 управления. Затем поднимают колонну труб 4, включив в работу два двигателя: двигатель 7 по дачи надводной части 5 привода, а так. же двигатель 9 линейного перемещения подводной части 6 привода. После подь ема колонны труб 4, демонтажа ее и укладки ее на рабочей площадке 2 плавсредства 1 двигатели 7 и 9 отключают, а вышку 3 захватами 32 фиксируют неподвижно к барьеру 31.

7 11028

Для изменения направления вращения колонны труб 4 на обратное необходимо поменять местами две какие-нибудь фазы обмотки 46 на клеммах блока 36 питания. .%

Двигатель 9 линейного перемещения работает по принципу линейного асинхронного двигателя. После включения

его обмотки 51 в сеть трехфазного тока в индукторе 49 образуется линейно- 1О бегущее магнитное поле, направленное вдоль продольной оси колонны труб 4.

В результате взаимодействия линейно-бегущего магнитного поля индуктора 49 с трубой 18 в последней индуктируются ЭДС и токи, в результате взаимодействия которых с полем индуктора 49 возникает линейное усилие, действующее на колонну труб 4 вдоль ее оси. Усилие может быть направлено вертикально вверх или вниз. Это зависит от направления движения линейно-бегущего магнитного поля индуктора 49, если поле индуктора 49 движется вверх, то и усилие в колонне труб 4 будет иметь направление снизу вверх, н, наоборот, при движении поля индуктора 49 вниз, это .усилие будет способствовать увеличению давления колонны труб 4 на забой 30 скважины.

Для изменения направления движения линейно-бегущего магнитного поля индуктора 49 необходимо поменять местами две какие-либо фазы обмотки 51 на клеммнике блока 36 питания.

Блок 37 управления вместе с ЭВМ обеспечивает необходимую очередность и.порядок работы всех двигателей.

При нарушении равномерности воздуш"

40 ного зазора в пространстве между колонной труб 4 и внутренней изолирующей трубой 52 подводной части 6 привода срабатывают датчики 44 зазора, которыи благодаря изменению их индук45 тивности выдают сигнал, который по кабелю 55 передается на устройство 56 управления двигателями 42, при помощи которых вращаются гайки 41, поднимающие или опускающие подвижную часть до тех пор, пока не выровняется воздушный зазор между кольцами 53,54 и трубой 18.

Таким образом, стабилизация положения подводной части 6 привода относительно морского дна и колонны труб.4 производится эа счет работы системы

Использование изобретения позволит повысить производительность работы установки с повышением ее надежности эа счет обеспечения возможности управления таким важным фактором в бурении, как регулирование

1102879

9 давления на забой скважины в процес- водной частей буровой установки отсе ее бурения. носительно колонны бурильных труб, повышается надежность работы плавуОдновременно, благодаря наличию чей буровой установки при воздейстсистемы стабилизации надводной и под- 5 вии волновых факторов моря.

1102879

1102879

Составитель Е. Столбцов .

Редактор П, Макаревич Техред М. Надь Корректор A- Лзнтко

Заказ 4918/20 Тираж 561 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал НПП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4