Буровая платформа

 

Изобретение относится к устройствам для проведения инженерно-геологических изысканий на шельфе и может быть использовано при буровых работах на мелководье, в условиях открытых акваторий. Буровая платформа содержит плавучее основание, на котором установлены буровой станок с буровой мачтой и средства позиционирования платформы на точке бурения, выполненные в виде стоек, длина которых превышает глубину водоема, установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направляющих, закрепленных на раме платформы. Часть горизонтальных балок рамы, параллельных друг другу и одному из бортов платформы, снабжена цилиндрическими поплавками, размещенными с возможностью вращения вокруг них. Буровое и вспомогательное оборудование платформы размещено на настиле, который закреплен с зазором над поверхностью цилиндрических поплавков. Платформа снабжена по меньшей мере тремя стойками, каждая из которых снабжена опорной пятой и размещена в направляющей, снабженной средством фиксации стойки. Платформа снабжена средствами подъема плавучего основания по стойкам, например лебедками, предпочтительно талями, снабженными средствами их скрепления и с плавучим основанием, и со стойками. Достигается повышение оперативности перевода устройства в рабочее положение и обратно и снижение влияния погодных условий на эффективность его работы. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к устройствам для проведения инженерно-геологических изысканий на шельфе и может быть использовано при буровых работах на мелководье, в условиях открытых акваторий.

Известна буровая платформа, содержащая основание, включающее несущую раму, буровой станок с буровой мачтой и средства позиционирования платформы на точке бурения, выполненные в виде вертикальных опор, при этом несущая рама установлена на опорах с возможностью поступательного перемещения по ним (см. книгу Лобанова В.А. Справочник по технике освоения шельфа. - Л.: Судостроение 1983, с. 241-250).

Недостаток этого решения в том, что оно непригодно к использованию при буровых работах на мелководье (на глубинах до 10 м), в условиях обуривания больших по площади участков при сравнительно малой глубине одиночных скважин, поскольку продолжительность операций по переброске платформы на новую точку существенно превышает продолжительность процесса бурения на этой точке.

Известна также буровая платформа, содержащая плавучее основание, на котором установлены буровой станок с буровой мачтой и средства позиционирования платформы на точке бурения, выполненные в виде опорных элементов, установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направляющих, закрепленных на этой раме (см. книгу Лобанов В.А. Справочник по технике освоения шельфа. - Л.: Судостроение 1983, с. 36-37).

Недостаток этого решения в жесткой зависимости эффективности буровых работ от погодных факторов, из-за длительности процесса эвакуации устройства в безопасную зону при приближении шторма и обратном вводе устройства в работу после шторма (если конечно не иметь рядом расположенное укрытие).

Кроме того, с увеличением глубин надежность позиционирования платформы снижается, поскольку велик объем плавучего основания погруженного в воду и подвергающегося воздействию волновых нагрузок.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в повышении оперативности перевода устройства в рабочее положение и обратно и снижении влияния погодных условий на эффективность его работы.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в упрощении организации буровых работ и обеспечении возможности непосредственного (т.е. без использования дополнительных подъемно-транспортных средств) перевода платформы с берегового пляжа на воду и обратно, что, кроме решения вопроса эвакуации устройства в безопасное место при подходе шторма, решает проблему хранения устройства в межсезонный период и последующего ввода в работу в начале сезона.

Поставленная задача решается тем, что буровая платформа, содержащая плавучее основание, на котором установлены буровой станок с буровой мачтой и средства позиционирования платформы на точке бурения, выполненные в виде стоек, длина которых превышает глубину водоема, установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направляющих, закрепленных на раме платформы, отличается тем, что часть горизонтальных балок рамы, параллельных друг другу и одному из бортов платформы, снабжена цилиндрическими поплавками, размещенными с возможностью вращения вокруг них, причем буровое и вспомогательное оборудование платформы размещено на настиле, который закреплен с зазором над поверхностью цилиндрических поплавков, при этом платформа снабжена по меньшей мере тремя стойками, каждая из которых снабжена опорной пятой, и размещена в направляющей, снабженной средством фиксации стойки, кроме того, платформа снабжена средствами подъема плавучего основания по стойкам, например лебедками, предпочтительно талями, снабженными средствами их скрепления и с плавучим основанием, и со стойками. Кроме того, стойки выполнены составными из нескольких быстроразъемных секций, нижняя из которых снабжена опорной пятой и посредством гибкой тяги с петлей на конце связана с рамой, причем каждая из быстроразъемных секций снабжена средствами их скрепления со средствами подъема плавучего основания по стойкам. Кроме того, направляющие скреплены с рамой шарнирно с возможностью поворота их продольной оси от горизонтали до вертикали и снабжены узлами их фиксации в крайних положениях. Кроме того, основания механизмов и агрегатов, расстояния от центра тяжести которых до основания больше чем до боковой стороны, скреплены с настилом шарнирно, с обеспечением возможности их укладки на боковую сторону. Кроме того, торцы цилиндрических поплавков снабжены обтекателями, например коническими насадками. Кроме того, платформа снабжена упорами, которые выполнены в виде составных стержней и установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направляющих, закрепленных на раме с возможностью изменения угла наклона их продольной оси от 0 до 45° относительно вертикали и снабженных средствами фиксации упоров, при этом нижняя из секций упора снабжена опорной пятой и посредством гибкой тяги с петлей на конце связана с рамой.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Приведенные в отличительной части формулы изобретения признаки решают следующие функциональные задачи.

Признаки “часть горизонтальных балок рамы, параллельных друг другу и одному из бортов платформы, снабжена цилиндрическими поплавками, размещенными с возможностью вращения вокруг них...” обеспечивают возможность перевода трения скольжения в трение качения при перемещениях платформы по суше и тем самым позволяют снизить тяговые усилия, необходимые при таком ее перемещении, а потому обеспечивают возможность непосредственного (т.е. без использования дополнительных подъемно-транспортных средств) перевода платформы с берегового пляжа на воду и обратно при подходе шторма и после него.

Признаки “буровое и вспомогательное оборудование платформы размещено на настиле, который закреплен с зазором над поверхностью цилиндрических поплавков” обеспечивают свободное вращение поплавков при перемещении платформы по суше.

Признаки “платформа снабжена по меньшей мере тремя стойками, каждая из которых снабжена опорной пятой и размещена в направляющей, снабженной средством фиксации стойки” обеспечивают возможность подъема основания по стойкам при сохранении устойчивости этой конструкции после выхода плавучего основания из воды и исключении ее самопроизвольного опускания из-за внедрения концов опор в грунт под тяжестью платформы, кроме того, обеспечивается возможность удержания плавучего основания над поверхностью воды, не привлекая для этого средства подъема плавучего основания по стойкам, кроме того, этот признак обеспечивает возможность наращивания-укорачивания стоек за счет обеспечения удержания основной части секций при свободной верхней секции.

Признак “платформа снабжена средствами подъема плавучего основания по стойкам” обеспечивает возможность подъема плавучего основания над поверхностью воды.

Признак, предусматривающий выполнение средств подъема плавучего основания по стойкам в виде талей - ручных лебедок, снабженных средствами их скрепления и с плавучим основанием, и со стойками, раскрывает возможный вариант решения этого узла.

Признаки второго и третьего пунктов формулы изобретения обеспечивают возможность резкого повышения остойчивости платформы в транспортном положении (когда стойки не выпущены), которая практически не зависит от глубины акватории (и соответственно длины стоек), кроме того, обеспечивается возможность перемещения стоек в заданном направлении.

Признаки четвертого пункта формулы изобретения обеспечивают возможность повышения остойчивости платформы в транспортном положении за счет укладки механизмов в положение, способствующее общему понижению положения центра тяжести платформы.

Признаки пятого пункта формулы изобретения обеспечивают возможность снижения потребного тягового усилия при буксировке платформы в воде.

Признаки шестого пункта формулы изобретения обеспечивают возможность повышения устойчивости платформы при глубинах, превышающих 4-5 м, кроме того, обеспечивается возможность перемещения упоров в заданном направлении, при этом увеличение угла наклона направляющих больше заданного не представляется целесообразным, поскольку при заданном верхнем пределе угла наклона обеспечивается ширина опорной площади платформы, в два с лишним раза большая высоты платформы, что исключает ее опрокидывание.

На фиг.1 показан общий вид платформы в рабочем положении для варианта, жесткого скрепления с рамой направляющих для стоек (средств позиционирования платформы на точке бурения); на фиг.2 - общий вид платформы в рабочем положении (вариант шарнирного скрепления с рамой направляющих для стоек); на фиг.3 - общий вид платформы, находящейся наплаву на начальном этапе выдвижения стоек; на фиг.4 - общий вид платформы (вдоль продольной оси поплавков), находящейся наплаву в транспортном положении (стойки и упоры со стороны наблюдателя не показаны); на фиг.5 - то же, для платформы, находящейся на берегу; на фиг.6 показан общий вид платформы сверху; на фиг.7 показан фрагмент стойки с узлом, обеспечивающим ее скрепление с лебедкой; на фиг.8 показан вид тяги, скрепляемой с нижней секцией стойки (вариант составной тяги).

На чертежах показаны плавучее основание 1, включающее раму 2, на части горизонтальных балок 3 которой (параллельных друг другу и одному из бортов платформы), установлены с возможностью вращения вокруг этих балок цилиндрические поплавки 4 с обтекателями 5, кроме того, в состав плавучего основания 1 входит настил 6, который закреплен с зазором над поверхностью цилиндрических поплавков 4. Балки 3 рамы 2 выполнены из металлических труб, остальные элементы конструкции выполнены из металлического профиля и листа. Полость поплавков заполнена пенопластом 7, например вспененным полиуретаном. Размеры цилиндрических поплавков 4 подбирают таким образом, чтобы обеспечивалась положительная плавучесть платформы при условии максимальной ее загрузки.

Рама 2 снабжена направляющими 8 для размещения стоек 9 и дополнительными направляющими 10 для размещения упоров 11. Направляющие 8 и дополнительные направляющие 10 конструктивно аналогичны и выполнены из отрезков труб. Их отличие может заключаться только выполнением узлов соединения с рамой 2 (направляющие 8 могут быть либо жестко связаны с рамой 2 (как показано на фиг.1), либо связаны с ней шарниром 12 (как показано на фиг.2-5), обеспечивающим возможность поворота их продольной оси от горизонтали до вертикали, в последнем случае их снабжают узлами фиксации в крайних положениях, например проушинами (на чертежах не показаны), закрепленными в соответствующих местах рамы и корпуса направляющих, при этом фиксацию осуществляют болтами с гайками (на чертежах не показаны), пропускаемыми через проушины, закрепленные на раме и направляющей. При этом дополнительные направляющие 10 связаны с рамой 2 шарниром 13, обеспечивающим возможность поворота их продольной оси от 0 до 45° относительно вертикали. Причем стойки 9 и упоры 11 выполнены из труб, диаметр которых обеспечивает их свободное скольжение в полости направляющих. Кроме того, платформа снабжена по меньшей мере тремя стойками 9 и тремя упорами 11. Каждая направляющая 8 снабжена средством фиксации 14 стойки 9, а дополнительная направляющая 10 снабжена средством фиксации 15 упора 11 (конструктивно средства фиксации стоек и упоров аналогичны и выполнены в виде винтов, снабженных резьбой, закручиваемых в снабженное такой же резьбой отверстие, выполненное радиально в стенке направляющей). Стойки 9 и упоры 11 выполнены составными из нескольких быстроразъемных секций (соединяемых резьбовым замком типа, используемого при соединении буровых труб), нижняя из которых снабжена опорной пятой 16, связанной шаровым шарниром 17 с нижним торцом секции. Каждая из стоек 9 снабжена средствами их скрепления со средствами подъема плавучего основания по стойкам, выполненными в виде сквозных отверстий 19 в стенках стоек, размещенных в диаметральной плоскости сечения верхней части каждой из секций, составляющих стойку 9, и металлического стержня 20, пропускаемого через эти отверстия (см. фиг.7).

Буровой станок 21 конструктивно соответствует известным станкам, обеспечивающим бурение на глубину до 20 м. При вертикальной компоновке станка (когда расстояния от центра тяжести станка до основания больше чем до боковой стороны) его основание скрепляют с настилом 6 шарнирно, посредством шарниров 22, обеспечивающих возможность укладки станков на боковую сторону. Основания балок 23 буровой мачты скрепляют с настилом 6 шарнирно, посредством шарниров 24, обеспечивающих возможность их укладки на настил.

Средства подъема плавучего основания по стойкам выполнены в виде талей 18 (ручных лебедок). Средства их скрепления с плавучим основанием выполнены в виде металлических проушин 25, привариваемых к внешней поверхности направляющих 8 (см. фиг.1) или непосредственно к раме (см. фиг.2). Нижний конец каждой из нижних секций стоек 9 и упоров 11 посредством гибкой тяги 26 с петлей на верхнем конце связан с рамой 2, при этом нижний конец гибкой тяги скреплен с металлической проушиной 27, приваренной к поверхности стойки или упора. Гибкая тяга 26 может быть выполнена составной из отрезков длиной, равной длине секции стойки или упора, с петлями 28 на обоих концах и соединительной скобой 29, пропускаемой в эти петли (см.фиг.8). По периметру настил 6 огражден леерами (на чертежах не показаны) для предотвращения падений персонала в воду.

Кроме того, на чертежах показаны буровая колонна 30, поверхность 31 воды 32, дно 33, берег 34, скважина 35, направления подъемного усилия 36, прикладываемого к плавучему основанию при его подъеме по стойкам.

Заявленное устройство работает следующим образом.

В исходном положении буровая платформа находится на берегу, опираясь на грунт цилиндрическими поплавками 4, при этом в направляющих 8 и дополнительных направляющих 10 посредством средств фиксации 14 и 15 зафиксированы только нижние секции соответственно стоек 9 и упоров 11 (если направляющие 8 связаны с рамой 2 шарнирами 12, то эти направляющие развернуты горизонтально и уложены на настил 6, как показано на фиг.4 и 5). Кроме того, балки 23 буровой мачты и буровой станок 21 развернуты на шарнирах (соответственно 24 и 22) так, чтобы их центры тяжести располагались ниже, чем в рабочем положении (вертикальная ось названных элементов размещена горизонтально), и были опущены на настил 6 боковыми сторонами.

Далее буровую платформу сталкивают в воду, например, бульдозером, тяжелым грузовиком или стягивают с берега 34 посредством плавсредства (судна буксировщика или плавающего транспортера), при этом цилиндрические поплавки 4, вращаясь вокруг горизонтальных балок 3 рамы 2, обеспечивают перевод трения скольжения в трение качения при перемещениях платформы по суше и в воде (до глубин, обеспечивающих ее всплытие) и тем самым снижают тяговые усилия, необходимые при “опорном” перемещении платформы. После выхода платформы на глубину, обеспечивающую ее всплытие, буксирный конец (на чертежах не показан) фиксируют со стороны платформы, обращенной к торцам цилиндрических поплавков и посредством плавсредства осуществляют буксировку буровой платформы в точку бурения. После этого приступают к установке платформы на точке бурения. Вначале переводят в вертикальное положение и фиксируют их в этом положении направляющие 8 опор 9 (если направляющие связаны с рамой 2 шарниром и в транспортном положении были уложены на настил 6), затем начинают наращивание стоек 9 - петлю гибкой тяги 26 зацепляют за подвижный крюк тали 18 (связанный с цепью, намотанной на барабан тали), а крюк на корпусе тали скрепляют с соответствующей проушиной 25 рамы или направляющей 8. Выбирают “слабину” цепи и освобождают стойку 9 в направляющей 8 (выкручивая винт - средство фиксации 14). При сматывании цепи с барабана тали нижняя секция стойки 9 под собственной тяжестью скользит вниз. После того как от точки касания винта - средства фиксации 14 до верней кромки нижней секции стойки 9 останется 5-10 см, секцию стойки вновь фиксируют в направляющей 8, затем “наращивают” гибкую тягу 26, подсоединяя к ней скобой 29 новый отрезок гибкой тяги, возвращают на место выпущенный с барабана тали 18 отрезок цепи. Затем цепляют верхнюю (свободную) петлю гибкой тяги 26 за подвижный крюк тали 18 и далее все повторяется, пока опорная пята 16 не коснется дна 33. При касании дна опорной пятой 16 последняя благодаря шаровому шарниру 17 “приспосабливается” к неровностям дна. После того как платформа войдет в контакт с дном 33 всеми тремя опорами 9, начинают подъем плавучего основания по опорам. Для этого предварительно вышеописанным образом “наращивают” гибкую тягу 26, после чего в отверстия 19 вводят стержни 20, за которые цепляют, как показано на фиг.7, петлю, выполненную из троса, цепи или металлического прутка. За эту петлю зацепляют неподвижный крюк корпуса тали 18, а крюк связанный с цепью, смотанной с барабана тали, скрепляют с соответствующей проушиной 25, закрепленной на раме 2 или направляющей 8. Далее на барабан тали накручивают цепь. Эти операции осуществляют одновременно на всех трех стойках платформы при отсутствии фиксирующего усилия со стороны средства фиксации 14 стоек и направляющих. Тем самым создают усилия 35, обеспечивающие скольжение плавучего основания вверх по стойкам 9. После выхода платформы на заданный уровень над поверхностью 31 воды 32 средствами фиксации 14 стоек 9 и направляющих 8 обеспечивают взаимную фиксацию стоек в направляющих, тем самым обеспечивают удержание плавучего основания на заданном уровне.

Далее переводят в рабочее положение упоры 11 (операции по их выдвижению соответствуют операциям по выдвижению стоек), при этом используют дополнительный комплект гибких тяг 26 и талей. После установки упоров 11 переводят в рабочее положение буровую мачту и все оборудование (балки 24 выводят в рабочее положение и скрепляют друг с другом и соответственно разворачивают до упирания основаниями (нижними поверхностями) в настил 6 все оборудование, находящееся в транспортном положении). По окончании этого процесса вид сверху буровой платформы соответствует показанному на фиг.6.

Затем известным образом проводят буровые работы на первой точке.

По окончании бурения и необходимости перемещения буровой на рядом установленную точку укорачивают известным образом буровую колонну 30 до размеров, исключающих ее повреждение при буксировке платформы, укорачивают упоры 11 (вытягивая их вверх за тяги 26 талями 18 и убирая верхние секции упоров по мере их выхода над верхней кромкой дополнительных направляющих 10) на величину не меньшую высоты подъема плавучего основания по стойкам 9. Затем опускают платформу на воду, возвращая ей плавучесть (в отверстия 19 вводят стержни 20, за которые цепляют, как показано на фиг.7, петлю, выполненную из троса, цепи или металлического прутка). За эту петлю зацепляют неподвижный крюк корпуса тали 18, а крюк, связанный с цепью, намотанной на барабан тали 18, скрепляют с соответствующей проушиной 25, закрепленной на раме 2 или направляющей 8. Далее с барабана тали 18 сматывают цепь. Эти операции осуществляют одновременно на всех трех стойках платформы при отсутствии фиксирующего усилия со стороны средства фиксации 14 стоек и направляющих. Скольжение плавучего основания вниз по стойкам 9 обеспечивается под действием его собственного веса. После выхода платформы в водоизмещающий режим - полного опускания на поверхность 31 воды 32, начинают операцию укорачивания стоек 9.

Для этого вытягивают стойки вверх за тяги 26 талями 18 и убирают их верхние секции по мере их выхода над верхней кромкой направляющих 8 (укорачивание производят на величину не меньшую высоты перепадов рельефа на трассе буксировки буровой платформы).

Далее повторяются вышеописанные процессы (наращивания стоек 9 и их опускания до контакта опорными пятами с дном, подъема плавучего основания по стойкам 9, фиксации стоек 9 в направляющих 8, наращивания упоров 11 и их фиксации в дополнительных направляющих 10). Затем известным образом проводят буровые работы на второй точке. Далее все повторяется.

При эвакуации буровой платформы на берег 34 (например, при приближении шторма) полностью убирают буровую колонну 30, переводят в транспортное положение балки 23 буровой мачты и буровой станок 21, затем плавучую платформу, как уже выше описано, опускают на воду 32, после чего укорачивают стойки 9 и упоры 11, оставляя в направляющих соответственно 8 и 10 самые нижние секции. Далее платформу буксируют к берегу до тех пор, пока цилиндрические поплавки не коснутся дна, после чего ее вытаскивают на берег на буксире бульдозера или автомобиля. Далее все повторяется.

Формула изобретения

1. Буровая платформа, содержащая плавучее основание, на котором установлены буровой станок с буровой мачтой и средства позиционирования платформы на точке бурения, выполненные в виде стоек, длина которых превышает глубину водоема, установленных с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направляющих, закрепленных на раме платформы, отличающаяся тем, что часть горизонтальных балок рамы, параллельных друг другу и одному из бортов платформы, снабжена цилиндрическими поплавками, размещенными с возможностью вращения вокруг них, причем буровое и вспомогательное оборудование платформы размещено на настиле, который закреплен с зазором над поверхностью цилиндрических поплавков, при этом платформа снабжена по меньшей мере тремя стойками, каждая из которых снабжена опорной пятой и размещена в направляющей, снабженной средством фиксации стойки, кроме того, платформа снабжена средствами подъема плавучего основания по стойкам, например лебедками, предпочтительно талями, снабженными средствами их скрепления и с плавучим основанием и со стойками.

2. Буровая платформа по п.1, отличающаяся тем, что стойки выполнены составными из нескольких быстроразъемных секций, нижняя из которых снабжена опорной пятой и посредством гибкой тяги с петлей на конце связана с рамой, причем каждая из быстроразъемных секций снабжена средствами их скрепления со средствами подъема плавучего основания по стойкам.

3. Буровая платформа по п.1, отличающаяся тем, что направляющие скреплены с рамой шарнирно с возможностью поворота их продольной оси от горизонтали до вертикали и снабжены узлами их фиксации в крайних положениях.

4. Буровая платформа по п.1, отличающаяся тем, что основания механизмов и агрегатов, расстояния от центра тяжести которых до основания больше, чем до боковой стороны, скреплены с настилом шарнирно с обеспечением возможности их укладки на боковую сторону.

5. Буровая платформа по п.1, отличающаяся тем, что торцы цилиндрических поплавков снабжены обтекателями, например коническими насадками.

6. Буровая платформа по п.1, отличающаяся тем, что платформа снабжена упорами, которые выполнены в виде составных стержней и установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения в дополнительных направляющих, закрепленных на раме с возможностью изменения угла наклона их продольной оси от 0 до 45° относительно вертикали и снабженных средствами фиксации упоров, при этом нижняя из секций упора снабжена опорной пятой и посредством гибкой тяги с петлей на конце связана с рамой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8