Способ создания плавучего полупогружного бурового судна и его устройство



Способ создания плавучего полупогружного бурового судна и его устройство
Способ создания плавучего полупогружного бурового судна и его устройство
Способ создания плавучего полупогружного бурового судна и его устройство
Способ создания плавучего полупогружного бурового судна и его устройство

 


Владельцы патента RU 2524700:

Обручков Александр Иванович (RU)

Группа изобретений относится к области бурения на морской акватории при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых. Устройство для морского бурения содержит судно, опорную платформу, систему спуска и подъема бурового инструмента, механизм подачи и вращения буровой колонны, энергетическую установку в виде дизель-электрогенератора. Все буровое оборудование располагается на тримаране, в основном корпусе которого содержится кормовой гидроизолируемый отсек с основным комплексом бурильного оборудования и является буровой вышкой с системой спускоподъемных механизмов наращивания бурового снаряда и обсадных труб. Дополнительное и вспомогательное оборудование находится на поплавках-аутригерах. Энергетическая установка в виде дизель-электрогенератора с аккумуляторами, жилищно-бытовой комплекс, пульт управления, часть имущественных принадлежностей располагают в гидроизолируемой рубке, жестко закрепляемой на телескопических полуосях, внешние окончания их жестко закреплены и зафиксированы на каждом аутригере тримарана, а каждая полуось проходит через шарнирное соединение с каждым бортом основного корпуса, а вокруг верхней части бурового отсека расположены убирающиеся кронштейны с направляющими и фиксирующими роликами, на которые с аутригеров с двух сторон подаются и надвигаются на кронштейны две составные части, образующие кольцевые палубы, после их скрепления между собой и с помощью равномерно установленных по палубе двухбарабанных лебедок с парными канатами, стальными тросами или цепями, соединенных с якорями, фиксируют судно на морском дне над устьем скважины. Для уменьшения воздействия морских волн и течений на буровую установку в закрывающихся нишах содержатся азимутальные подруливающие винты с электродвигателями, которые поворачивают основной корпус внутри фиксированного заякоренного палубного каркаса, ориентируя килем против течения. Обеспечивается выполнение работы в изменяющихся климатических условиях. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области разведочного бурения на морской акватории Мирового океана при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых.

Морское бурение обычно выполняется или со стационарных буровых платформ, или с плавучих самоходных судов. Известно, что морское бурение можно осуществлять и с подводных лодок специальных конструкций. В зависимости от глубины моря конструкция буровых платформ усложнялась и изменялась, приобретая различные конструктивные особенности, и в конечном итоге она может становиться полупогружной с использованием системы якорей. Буровые установки, смонтированные на самоходных судах, имеют натяжное якорное крепление над устьем скважины и могут стабилизировать свое положение подрабатывающими гребными винтами (динамическая стабилизация).

В качестве аналога способа применения морских судов для бурения можно использовать описание, которое достаточно подробно изложено в работах С.Г. Скрыпник. «Техника для бурения нефтяных и газовых скважин на море». М.: «Недра», 1989 г., 309 с. и У. Леффлер, Р. Паттароззи и Г. Стерлинг. «Глубоководная разведка и добыча нефти». М.: 2008 г., 242 с.

Процесс разрушения горной породы на морском дне с помощью бурового инструмента мало отличается от процесса бурения на суше. В то же время морское бурение имеет существенное отличие и особенности. Ветровое воздействие, морские течения, перемещающиеся ледяные поля в условиях Арктики существенно влияют на процесс бурения и на конструкцию буровой установки, здесь они могут ограничивать его применение, вплоть до исключения. При бурении на море требуется строго соблюдать экологическую безопасность. Попадание нефти, ГСМ, бурового раствора или других отходов в море может вызывать разрушение среды обитания морской флоры и фауны. Бурение на море с самоходного судна содержит оборудование, позволяющее выполнять спускоподъемные операции с буровым снарядом, извлекать керн и обсаживать скважину. За счет циркуляции бурового раствора очищается забой скважины от продуктов бурения (шлама). На выходе отделяющей колонны разделяют и очищают буровой раствор от шлама, который при роторном бурении может отделяться и затем анализируется на присутствие полезных компонентов.

Находящееся в открытом море самоходное буровое судно, хотя и стабилизировано с помощью натяжного якорного крепления на точке бурения, может быть подвергнуто воздействию шквалистого ветра, и находящийся на нем обслуживающий персонал может пострадать. В таком случае воздействие шторма может быть исключено или уменьшено, если заранее использовать метеопрогнозы, при этом плавучее судно, прервав процесс бурения, может сняться с якоря и уйти из зоны действия шторма или в близлежащую защищенную бухту. Здесь возможны некоторые осложнения, связанные с поисками скважины и с восстановлением процесса бурения.

Ледовая обстановка существенно влияет на процесс морского бурения в условиях Арктики. Распределенное давление на опоры стационарной буровой платформы или на плавучее буровое судно определяется, в основном, шириной опорных свай, толщиной движущегося льда и его скоростью. Для уменьшения воздействия движущихся ледяных полей используют или ледоколы, крошащие или проламывающие лед вокруг буровой платформы, или применяют бурение с плавучих самоходных судов, позволяющих временно прекратить бурение и эвакуировать персонал. Иногда на практике применяют специальные ледорезы с отклонением движущегося льда от платформы или судна. При вероятности воздействия дрейфующего айсберга и возможности его столкновения с буровой наиболее оптимальным является его принудительное отклонение путем воздействия на него другим судном. Во всех случаях это вызывает большие непроизводительные затраты.

На платформах и буровых судах для осуществления спускоподъемных операций устанавливают буровые вышки или мачты. Это достаточно массивные сооружения, которые поднимают положение центра тяжести всей буровой установки и, тем самым, уменьшают метацентрический радиус, что способствует уменьшению остойчивости платформы или судна. Приведенные ранее недостатки могут быть уменьшены и частично устранены, если использовать плавучее полупогружное буровое судно (ППБС), созданное по способу, изложенному ниже.

Сущность способа создания плавучего полупогружного бурового судна заключается в том, что в качестве несущего судна используют тримаран, в кормовой части основного корпуса которого устанавливают оборудование, позволяющее вести непосредственно процесс бурения скважины, если его основной корпус установить в вертикальное положение. Основной корпус отсоединяют от аутригеров и подвешивают на них с двух сторон на полуосях. На аутригерах жестко закрепляют окончания двух полуосей, которые проходят через борта и шарнирно с ними связаны, а другими окончаниями полуоси жестко крепятся к рубке основного корпуса тримарана. На бортовых шарнирах имеются фиксаторы положения их поворота. Для выполнения процесса перевода корпуса тримарана в вертикальное положение частично смещают буровое оборудование к корме и медленно заполняют кормовые балластные цистерны и предварительно ослабляют фиксацию шарниров. При повороте основного корпуса вокруг горизонтальной оси положение рубки не меняется. Вертикально установленный и закрепленный якорями к морскому дну основной корпус тримарана кормовой частью становится буровой вышкой с установленным в нем различным буровым оборудованием, позволяющим выполнять все необходимые этапы процесса морского бурения.

В качестве прототипа устройства для морского бурения предлагается патент RU 2081289 «Подводная буровая установка и опорная платформа для нее». Гаврилов В.П., Корнеев A.M., Колтунов Е.И., опубликованный 10.06.97, бюл. №16. Существенным недостатком описанного устройства являются тяжелые условия труда бурового персонала при выполнении работ в подводных условиях. Нет полной ясности, как происходит смена обслуживающего персонала; или подводная лодка всплывает, утрачивая связь с устьем скважины, или используются специальные подводные эвакуаторы. Для нормальной жизнедеятельности в условиях работы под водой необходимо обеспечение воздухом, который будет вырабатываться регенерационной установкой или подаваться с поверхности моря.

Устройство для морского бурения содержит судно, опорную платформу, систему спуска и подъема, систему подачи и вращения буровой колонны, энергетическую установку в виде дизель-электрогенератора. Предлагаемое устройство отличается тем, что в качестве несущего судна используется тримаран, в основном корпусе которого содержится комплекс бурильного оборудования и система спускоподъемного механизма. Дополнительное и вспомогательное оборудование находится на поплавках-аутригерах. Энергетическая установка с аккумуляторами, жилищно-бытовой комплекс, пульт управления, часть имущественных принадлежностей располагаются в гидроизолируемой рубке, которую жестко закрепляют на полуосях, а внешние их окончания жестко закрепляют и фиксируют на соответствующем аутригере тримарана. На полуосях шарнирно крепится бортами основной корпус тримарана с возможностью фиксации. На установленном вертикально основном корпусе, по поперечному сечению, равномерно расположены кронштейны с направляющими и фиксирующими роликами. С аутригеров с двух сторон можно подать и установить две полукольцевые площадки, которые между собой скрепляются и образуют составные палубы; одна кормовая (будет погружена), другая якорная, соединенные вместе, они создают палубный каркас, висящий на кронштейнах основного корпуса. С помощью установленных на якорной палубе лебедок с канатами (стальными тросами, цепями), соединенных на кормовой палубе с якорями, фиксируют судно на морском дне над устьем скважины. Из закрепленного к морскому дну якорями вертикального корпуса, из кормовых балластных цистерн, при удалении забортной воды и при фиксации лебедок создается якорное натяжение. Рубку и буровой отсек можно гидроизолировать и погружать под воду путем намотки на лебедки якорных канатов и также частичным заполнением балластных цистерн. Для исключения воздействия дрейфующих ледяных полей вертикально установленный основной корпус тримарана содержит ледокольный и дробильный механизм с защитными и отводными пластинами.

На фиг.1 показан общий вид плавучего полупогружного бурового судна (ППБС) в транспортном состоянии; на фиг.2 - ППБС в стадии установленного в вертикальное положение основного корпуса тримарана; на фиг.3 - ППБС в положении, соответствующему буровому состоянию; на фиг.4 приведены ППБС в полной сборке для бурения с дополнительным оборудованием при бурении в арктических условиях.

Буровая установка содержит судно (см. фиг.1) в виде тримарана, где основной корпус 1 соединен с двумя меньшими корпусами поплавками-аутригерами 2, скрепленными с основным боковыми балками 3 и осью 4. Аутригеры 2 являются не только поплавками тримарана, но и активными самостоятельными судами с функциями несения дополнительных грузов, имеют свои энергетические установки, имеют свои дистанционно управляемые ходовые винты. На основном корпусе 1 тримарана в носовой части расположена рубка 5, закрепленная и зафиксированная на концах полуосей 4. Они состоят из двух телескопических частей и проходят через оба борта основного корпуса 1, которые соединяются с ними через шарниры 6. Другие окончания полуосей 4 жестко закреплены в гнездах 7 на аутригерах 2. Конструкция закрепления в гнездах 7 исключает вращение оси 4. В рубке 5 расположена дизель-электрогенераторная установка, аккумуляторная, пульт управления судном, жилые и хозяйственные помещения. Кормовую часть основного корпуса 1 занимает непосредственно отсек буровой установки 8, где осуществляется весь процесс бурения. Конструкция бурового отсека 8 в виде кругового цилиндра имеет внутренние и внешние шпангоуты, обеспечивающие устойчивость к избыточному гидростатическому давлению, при погружении отсек 8 гидроизолируется. Величина объема отсека 8 будет определять плавучесть судна. Наверху отсека 8 (вертикальное положение основного корпуса 1) располагаются задраиваемые люки 9 и 10. Люк 10 может соединяться с рубкой с помощью специального герметизируемого переходника 11. Переходник 11 с лестницей используют, когда ведут бурение в погруженном состоянии. Люк 9 (их может быть несколько) предназначен для загрузки материалов и бурового оборудования. Отсек 8 выполняет функцию буровой вышки, кроме того, здесь располагаются все основные агрегаты и емкости для реализации процесса морского бурения. В нижней части отсека 8 располагается буровая плита 12, на которой подвешиваются обсадные трубы и водоотделяющая колонна. Здесь же внизу отсека 8 расположены емкости 13, 14 для приготовления глинистого раствора, тампанирующего бетона, сбора бурового шлама. Глинистый раствор с помощью бурового насоса 15 по манифольду, через стояк 17, буровой рукав 16 и вертлюг 19 поступает в бурильные трубы 20. На забое раствор, как и в обычном буровом процессе, вместе со шламом, через затрубное пространство, обвязанное с дивертером, поступает через сливной желоб в блок очистки глинистого раствора. Здесь выделяется газовая составляющая, и ее анализируют, если ведутся работы на нефть, аналогично поступают и со шламом. На буровой плите 12 в центральной осевой ее части расположен ротор 21 с клиновидными захватами. Под ним расположена система сальников, исключающая попадание забортной воды в отсек 8. Внизу отсека 8 установлена буровая лебедка 22, она может располагаться и наверху отсека 8, на талевом крюке-блоке 23. На устьевой опорной плите установлено противовыбросное оборудование, состоящее из колонного блока превенторов и секций водоотделяющей колонны (на фигурах конструкции не показаны). Под буровой плитой 12 располагается шлюзовая камера 24, предназначенная для выполнения монтажных работ при сборке и отладке бурового оборудования, а также для выхода водолазов на кормовую палубу при установке якорей. На стенках отсека 8, параллельных диаметральной плоскости судна, на осях шарнирно подвешены складские шкафы 25 для хранения различных инструментов и материалов, (глина, цемент и другие химические соединения), используемых при выполнении процесса бурения. На двух аутригерах 2 закреплены с помощью зажимов 26 две спаренные полукольцевые части, преобразующиеся, после установки на судне 1, в кормовую погружаемую палубу 27 и палубу якорных лебедок 28, располагаемых вверху над уровнем воды. На площадках 28 располагаются двухбарабанные лебедки 29 с электромоторами 30. На барабаны 29 намотаны якорные канаты 31. Каждый барабан лебедки соединяется с электродвигателем через электромагнитную муфту (на фигурах они не показаны) обеспечения натяжения якорных канатов 31. С одного барабана канат протянут через ролики 32 и вдоль корпуса через ролики 45 вертикально установленного судна 1, а с другого барабана только через верхние ролики 32 и они соединяются на якорях 33. На вертикально установленном корпусе судна 1 якорная палуба 28 установлена выше уровня воды, и ватерлиния проходит значительно ниже расположения люков 9 и 10. Количество устанавливаемых якорей определяется требованием остойчивости и надежности крепления ППБС к морскому дну. Они равномерно распределены вокруг судна по круговым палубам 27 и 28. Снизу под частями кормовой и якорной палуб закреплены (приварены) направляющие желоба 34. На оконечностях полукольцевых площадок, образующих палубы 27 и 28, установлены замковые соединения 35. В качестве якорей могут использоваться тяжелые бетонные блоки 33, которые закрепляются при их транспортировке на аутригерах 2, где также может располагаться часть дополнительных буровых штанг 36 и обсадных труб 37. Кормовую и якорную палубы устанавливают на кронштейны 38, которые в транспортном состоянии заглублены в корпус судна 1 и, тем самым, не препятствуют ходкости судна, а при приведении его в вертикальное положение раскрываются. На горизонтальной рейке каждого кронштейна установлен горизонтальный ролик 39, обеспечивающий вращение палуб по траектории заданной конфигурации желоба 34, установленного под ней. На этой же рейке кронштейна 38 вертикально расположены ролики 40, фиксирующие дополнительно положение палуб 27, 28. На внешней поверхности отсека 8 располагаются спаренные подъемно-спусковые механизмы 41 с кареткой 42, позволяющие опускать или поднимать грузы, например якорные блоки 33 или части для палуб 27, 29 и другие. На нижней кормовой палубе 27 располагают пары выносных удлиненных кронштейнов 43 (см. фиг.2), по которым перемещают якоря, соединенные с опущенными канатами 31 для последующего спуска якорей 33 на морское дно. Установленные на корпусе судна 1 палубы 27 и 28 соединяются пластинами 44, обеспечивающими жесткость конструкции каркаса крепления якорей 33. На этих пластинах расположены ролики 45, обеспечивающие прокладку одного из якорных канатов вдоль корпуса судна 1. Внутри бурового отсека 8 располагается ходовой трап 46 с площадками и грузовые подъемники (лифт) 47 для выгрузки материалов из складских шкафов 28 и транспортировки обслуживающего персонала, когда судно находится в вертикальном положении. В кормовой части судна 1 располагаются балластные цистерны 48. С внешней стороны бортов судна установлены в специальных закрывающихся нишах гребные азимутальные подруливающие винты вместе с электродвигателями 49 (азиподы), которые выдвигаются и поворачивают корпус судна 1 вокруг вертикальной оси, ориентируя его в нужном направлении. Ходовой винт 50 совместно с азиподами 49 позволяют перемещать буровое судно 1, находящееся в вертикальном положении, на небольшое расстояние, например на соседнюю точку бурения, при условии отсутствия якорения. Для обеспечения мобильного перемещения грузов в пределах всего тримарана устанавливаются подъемные краны 51, которые могут быть и мостовыми, если проложить направляющие рельсы вдоль бортов корпуса 1. Мостовой кран можно будет использовать, когда судно в горизонтальном положении, в вертикальном его фиксируют и не используют (на фигурах показан только один, но их количество может быть больше).

При выполнении буровых работ в арктических условиях (см. фиг.3 и фиг.4), когда дрейфующий лед надвигается на ППБС 1 и может его сместить или разрушить, предусмотрено конструктивное дополнение для распилки льда цепными пилами 52, и крошение его канатноударным механизмом 53. Такой ледокольный механизм устанавливается в носовой части сформированной верхней палубы 54 и подается на поверхность дрейфующего льда с помощью устройства в виде винтовой пары 55 (на фигуре 4 настил верхней рабочей палубы 54 не показан). Для исключения воздействия движущего льда на корпус стоящего ППБС 1 на точке бурения и также на якорные канаты 31 на удлиненных кронштейнах 38 (см. фиг.4) крепятся защитные стальные борта 56, которые без надобности могут быть демонтированы.

Разгруженные от транспортируемых грузов аутригеры 2 заводят с помощью собственных ходовых винтов 57 за судно 1 (ориентируясь по положению защитного носа или килю корпуса судна 1), соединяют их вместе с помощью балок 58 и на них монтируют посадочную вертолетную площадку 59 (см. фиг.4). Площадка 59 опирается на специальные стойки 60, компенсирующие колебания аутригеров 2 от воздействия волнения и исключающие заливку поверхности площадки 59 водой. На приведенных схематических фигурах не показаны защитные ограждения на всех трех палубах (якорной, кормовой и верхней), которые обязательно присутствуют.

Создание плавучего полупогружного бурового судна, приведенного устройства осуществляется в следующей последовательности. Отметим предварительно, что процесс морского бурения выполняется аналогично как с платформы, так и с бурового судна. Буровой снаряд опускается на морское дно, вращают его или сообщают ему ударное действие и тем самым он углубляется в породы морского дна, затем обустраивают устьевую часть скважины и устанавливают водоотделяющую колонну. Поднимая и опуская буровой снаряд, меняют буровой инструмент, обсаживая скважину с помощью различных приспособлений, все это является общим для процесса бурения. В предлагаемом способе изменяют основы подготовки бурового оборудования, характерные только для морского бурения, используя при этом в процессе уже известные схемы и агрегаты. Создаваемое такое ППБС позволит выполнять бурение с существенным снижением затрат, с уменьшением количества крупногабаритного оборудования, так, например, как отсутствует отдельная буровая вышка. Способ позволяет обеспечить значительно более высокую степень безопасности ведения буровых работ в условиях с изменчивой погодой (шквал, шторм) и бурение в условиях Арктики.

В качестве базового судна используют тримаран, выполняющий изначально транспортные функции, приняв на себя все оборудование и материалы на базе, идет своим ходом в район бурения при поисках или разведке месторождений полезных ископаемых. Достигнув района бурения, судно стопорят, снимают балки 3, связывающие аутригеры 2 с основным корпусом судна 1. При этом грузы и оборудование распределены и закреплены на судне 1 таким образом, чтобы обеспечить его остойчивость, исключив его дифферент и крен при снятии каких-либо связей с аутригеров 2. На основном корпусе судна 1 только рубка 5 полуосями 4 жестко соединена с аутригерами 2. Бортовые шарниры 6 сняты со стопорения и позволяют основному корпусу поворачиваться на полуосях 4.

Для перевода основного корпуса 1 в вертикальное положение, дифферент на корму. Для этого грузы, находящиеся в буровом отсеке 8, смещают в сторону кормы, например шкафы 28 с материалами, а дополнительно балластные цистерны 48 начинают заполнять забортной водой. Корпус судна 1 начинает поворачиваться вокруг полуосей 4, рубка 5 остается в неизменном положении и все оборудование, закрепленное внутри нее, тоже не меняет своего положения. Поворот корпуса судна 1 вокруг оси 4 достигает 90°, то есть приходит в вертикальное положение вместе с содержимым бурового отсека 8. После поворота корпус судна 1 фиксируют в шарнирах 6. Стабилизацию вертикального положения основного корпуса судна 1 выполняют путем спуска на морское дно якорей 33. Для этого раскрывают сначала кормовые кронштейны 38. Затем на аутригерах 2 снимают крепления 26 частей палуб 27, которые поочередно перемещают по устанавливаемым предварительно направляющим и с помощью подъемных кранов 51 и механизма 41. Их поочередно опускают на кормовые кронштейны 38, где они ложатся с установкой желобов 34 на опорные ролики 39. Две полукольцевые части с помощью замков 35 скрепляют и при смыкании образуют кольцевую палубу 27, которая может на начальной стадии формирования палубы вращаться вокруг корпуса 1. Аналогично устанавливают полукольцевые части палубы 28 с якорными лебедками 29, 30. Для этого предварительно раскрывают верхние кронштейны 38 и на них монтируют кольцевую палубу 28. Кормовую 27 и якорную палубу 28 связывают вертикальными ребрами жесткости в виде пластин 44, на которых по вертикали установлены направляющие ролики 45 для якорных канатов 31 с одного из двух барабанов 29. На кронштейнах 38 крепят вертикально ролики 40 с ребордами, удерживающие кольцевые палубы 27 и 28 в фиксированном положении. Ниже шлюзовой камеры 24 к корпусу судна 1 закреплены удлиненные кронштейны-стрелы 43 для симметричного выноса якорей 33 с двух противоположных сторон от корпуса судна 1.

Установка якорей 33 идет в такой последовательности. С двух сторон бурового отсека 8 на расположенные спускоподъемные механизмы 41 с грузовыми тележками 41 загружают с помощью подъемных кранов 51 с аутригеров 2 поочередно якорные блоки 33. Спускоподъемный механизм 41 параллельно опускает парами блоки 33 на кормовую палубу 27 и водолазы по удлиненным кронштейнам-стрелам 43 выводят их за контур кормы корпуса 1, где они лебедками 29 опускаются на морское дно. Перед этим присоединяют к якорям 33 парами канаты 31, причем с одного барабана 29 канат проходит вдоль корпуса 1 через ролики 45, а с другого барабана напрямую только через ролик 32. Спуск якорей 33 на морское дно регулируют с помощью электромотора 30 и электромагнитных муфт (не показанных на чертежах). После установки первой пары якорей на морское дно телескопические полуоси 4 снимаются с фиксаторов 7 и вводят их под рубку 5. Положение палуб 27 и 28 фиксируют первой парой установленных якорей, и корпус судна 1 за счет плавучести поддерживает палубный каркас на роликах 39. С помощью азиподов 49 поворачивают корпус 1 на угол, соответствующий положению следующей пары якорных барабанов 29, и таким же образом все следующие пары якорей устанавливают.

Каркас из связанных между собой палуб 27, 28 равномерно по кругу крепится к морскому дну якорями 33 и при удалении части балласта из кормовых цистерн 48 корпус судна 1 оказывается в полупогруженном состоянии. При отсоединенных аутригерах 2 уровень всплытия основного корпуса 1 ограничивается натяжением якорных канатов 31 и величиной балласта в цистернах 48. Распределение грузов на верхней палубе 54 и внутри бурового отсека 8 определяет остойчивость вертикального положения корпуса 1. Центр тяжести корпуса судна 1 располагают в диаметральной плоскости и в кормовой оконечности, где сосредоточена основная масса бурового оборудования и где подвешивается водоотделяющая колонна и колона обсадных труб. Буровой снаряд подвешен к крану-балке 23, масса его изменяется при углублении скважины. В процессе бурения корпус судна 1 создает давление на забой, а при подъеме снаряд висит на плавающем корпусе 1, кроме того, на судно будет поступать и новое дополнительное буровое оборудование для наращивания бурового снаряда и обсадной колонны. Плавучесть корпуса 1 возрастет и после установки на морское дно якорей. Положение корпуса 1, с учетом таких случаев, по отношению к уровню поверхности воды автоматически регулируют или выборкой якорных канатов 31 на барабаны 29, или поступлением забортной воды в балластные цистерны 48, или при совместном их использовании.

Обычно перед началом морского бурения обустраивают устье скважины. Опускают буровой снаряд на точку бурения и разбуривают устьевую часть скважины согласно паспорту, устанавливают кондуктор и бетонируют его, затем устанавливают опорную плиту. На устьевой плите монтируется блок устьевого противовыбросового оборудования, состоящего из колонного блока превенторов. Разбуривание устья скважины ведут с использованием забортной воды, и образующийся шлам остается на морском дне. Процесс бурения ведут по общепринятой схеме, после установки превенторов обвязывают систему подачи глинистого раствора на забой, то есть обеспечивают его циркуляцию. Из емкости 13 в отсеке 8 глинистый раствор с помощью бурового насоса 15 по манифольду, через стояк 17, буровой рукав 16 и вертлюг 19 поступает в бурильные трубы 20 (буровые штанги). На забое скважины раствор вместе со шламом через затрубное пространство и по отделяющей колонне, обвязанной с дивертером, поступает через сливной желоб в блок очистки глинистого раствора, где выделяют и анализируют или газовую составляющую (если ведется поиск и разведка на нефть и газ), или твердый шлам (если на твердые полезные ископаемые). Вращение бурового снаряда осуществляется ротором 21, установленным на буровой плите 12. Буровая лебедка 22 расположена в зоне видимости ротора 21, чтобы вести визуальное наблюдение за работой автоматики, с помощью которой идет наращивание бурового снаряда или колонны обсадных труб. Буровые штанги 20 при их загрузке через люки 9 подаются в виде уже готовых свеч длиной, определяемой высотой отсека 8, и хранятся в специально отведенном месте. Обсадные трубы тоже перед началом работ формируются в виде свеч и также хранятся в другом отведенном для них месте отсека 8.

При ведении буровых работ на море одну из основных опасностей представляет резкая смена погоды. Ветровое воздействие на конструкцию бурового судна определяется скоростью ветра. Скорость ветра более 18.3 м/с (по шкале Бофорта) соответствует началу шторма, и тогда возникает опасность для персонала, находящегося на буровом судне. Обычно в таком случае плавучее судно отсоединяют от скважины и оно уходит в безопасное место. Переждав шторм, возвращаются и подсоединяются к оставленной скважине, что обычно требует значительных непроизводительных затрат времени. В предлагаемом способе, при приближении шторма, который надежно прогнозируется по данным со спутника, на буровой устанавливают переход 11 с лестницей между люком 10 и рубкой 5, который гидроизолируют вместе с отсеком 8. С помощью лебедок 29, 30 на якорной палубе 28 выбирают якорные канаты 31 и дополнительно заполняют балластные цистерны 48. При этом снимают клиновидные захваты на роторе 21, удерживающие буровой снаряд, который при погружении судна 1 по частям демонтируют, то есть выходящие его части в отсек 8 снимают, остановив предварительно погружение. На глубине, где влияние штурмующего моря не существенно, останавливают погружение и возобновляют процесс бурения. После прекращения шторма опять останавливают бурение и повторяют процесс в обратном порядке; наращивают отделяющую колонну и буровой снаряд, когда поднимают корпус 1 на поверхность моря. При погружении судна 1 на поверхности штурмующего моря оставляют воздухозаборное устройство, обеспечивающее работу энергетической установки судна.

Аутригеры 2 являются составной частью бурового судна и их защищают от воздействия непогоды путем погружения под воду. Погружение выполняется одновременно с погружением основного корпуса судна 1.

После установки якорей 36 и стабилизации основного корпуса 1 и перегрузки бурового оборудования в отсек 8 из двух аутригеров 2 формируют вертолетную площадку 59, связанную трапами с основным судном 1. Здесь же создают причал для швартовки судов, доставляющих дополнительное оборудование и материалы. Для обеспечения маневренности аутригеров на них располагают самостоятельные энергетические установки со своими ходовыми винтами 57. Управление аутригерами 2 может осуществляться или автономно персоналом, или дистанционно с пульта управления основного корпуса.

При бурении в районе Арктики при отрицательных температурах, при появлении обледенения требуется отогрев оборудования с использованием части вырабатываемой энергии силовой установки. Обледенение накапливаться на буровой будет неравномерно и может привести к утрате судном остойчивости. Его можно снять путем периодического погружения судна 1, чтобы оттаивать лед, образовавшийся на не погружаемой части.

Другой проблемой бурения в Арктике является дрейф льдов, которые своей массой воздействуют на заякоренное судно 1. Обеспечение его стабильного положения над устьем скважины возможно при переводе его в подводное положение с надежным обеспечением забора воздуха. Другой путь бурения в таких условиях это ориентация корпуса судна 1 с помощью азиподов 49 килем против движущегося льда. Можно его влияние уменьшить и даже устранить, если создать на верхней палубе 54 конструкцию из защитного носа 56, позволяющего защищать якорные канаты 31 и сам основной корпус 1 от воздействия движущегося льда и других случайных предметов. На надвигающийся лед, с помощью винтового механизма 55, опускают пару цепных пил 52. После пропила льда, канатно-ударным механизмом 53, его крошат, причем воздействие удара по центру идет с некоторым опережением. Образовавшийся дробленный и движущийся лед огибает корпус вертикально поставленного судна 1.

Уменьшение воздействия морского течения достигается путем ориентации корпуса судна 1 килем против течения, а также динамическим позиционированием его с помощью азиподов 49 и ходового винта 50, у последнего предварительно изменяют ориентировку.

Перевод бурового судна 1 в транспортное состояние для перехода на новую точку бурения осуществляют в обратной последовательности. При этом отметим, что из одного положения ППБС бурят несколько скважин в различных направлениях и различным наклоном. Часть вертикально расположенного корпуса судна 1 находится в надводном положении. Вертолетную площадку 59 на аутригерах 2 демонтируют и подводят их приблизительно с двух сторон на уровень положения оси 7. Поднимают буровой снаряд. Разбирают его. На устье скважины монтируют запорное оборудование, если скважина будет представлять практический интерес в будущем, в противном случае ее бетонируют. Лебедками 29 на палубе 27, 28 поднимают якорные блоки 33, при этом обеспечивают остойчивость вертикально расположенного корпуса 1. На поднятых блоках 33 в зоне шлюзовой камеры 24 отсоединяют канаты 31, которые затем доматывают на барабаны 29. Поднятые блоки 33 перегружают, складируют на аутригеры 2 и закрепляют. При подъеме и перегрузке блоков 33 удержание корпуса судна 1 на одном уровне с аутригерами 2 регулируют заполнением балластных цистерн 48. После выравнивания регулировки вводят (вставляют) с двух сторон полуоси 4 в зажимы 7 и там их закрепляют. Якорную палубу 28 сначала разъединяют на две половины и с помощью подъемных кранов 51 перемещают на аутригеры 2 и зажимами 26 тоже закрепляют. В буровом отсеке 8 основные движущиеся элементы бурового оборудования фиксируют, а поворачивающие, как, например, складские шкафы 28, наоборот, снимают с фиксации. Грузовые лифты 50 фиксируют в кормовом нижнем положении. Снимают фиксацию бортов корпуса в шарнирах 6 на полуосях 4. Для обеспечения безопасности весь рабочий персонал располагается в рубке 5, переходник 11 отсоединяют, а люки 9 и 10 задраивают. Если бурение выполняется в Арктике в период отрицательных температур, демонтируются цепные пилы 55, канатно-ударный механизм 53 и винтовой механизм 55. Их складируют и закрепляют вместе с демонтированными защитными и обводными щитами 56 на аутригерах 2. Подъемные краны 51 и подъемный механизм 41 тоже фиксируют. Шарниры 6 снимают с фиксации и начинают медленно освобождать кормовые балластные цистерны 48 и тем самым корпус судна 1 начинают медленно поворачивать на оси 4. Достигнув горизонтального положения, корпус судна 1 фиксируют сначала в шарнирах 6 и установкой связующих боковых балок 3 с аутригерами 2 в кормовой и носовой части корпуса судна 1.Складские шкафы 28 фиксируют в уже повернутом положении. Лестницу 46 раскладывают в горизонтальном положении и превращают ее в ходовой трап для перемещения по буровому отсеку 8 в горизонтальном положении судна 1. Азиподы 49 и кронштейны 38 убирают в специальные ниши на корпусе 1, которые затем закрывают. Винт 50 приводится в рабочее ходовое положение. После выполнения вышеуказанных операций тримаран готов к перемещению на удаленную новую точку бурения. Перемещение на близлежащие точки может выполняться без перевода корпуса 1 в горизонтальное положение.

Таким образом, практическое применение предлагаемого изобретения позволит существенно снизить капитальные затраты на морское бурения. При этом эффект будет достигнут за счет установки бурового судна в вертикальное положение, отсутствием буровой вышки или мачты, а использование самого корпус судна, выделив в нем отсек под вышку и буровое оборудование, и обеспечение погружения судна позволит исключить зависимость морского бурения от метеорологических условий. Обеспечив азимутальное ориентирование вертикально стоящего судна в сочетании с применением ледокола или ледолома, откроет возможности морского бурения в Арктике.

1. Способ создания плавучего полупогружного бурового судна заключается в том, что на самоходное однокорпусное судно устанавливают буровое оборудование, выполняющее спускоподъемные операции с буровым снарядом, чтобы обсаживать скважину, за счет циркуляции бурового раствора очищать забой скважины от продуктов бурения - шлама и на выходе отделяющей колонны разделять и очищать буровой раствор от шлама с выделением газовой или нефтяной составляющих, которую в последующем анализируют, а для обеспечения защиты от выбросов и исключения аварийных ситуаций в устье скважины в зоне кондуктора на водоотделяющей колонне устанавливают плашечные и универсальные привенторы, отличающийся тем, что в качестве несущего судна используют тримаран с поплавками-аутригерами, в основном корпусе которого устанавливают оборудование, позволяющее вести непосредственно процесс бурения скважины при установке основного корпуса тримарана в вертикальное положение, предварительно подвесив его с двух сторон на аутригерах тримарана, где жестко закрепляют концы двух полуосей, шарнирно связанные с бортами основного корпуса тримарана и имеющие возможность фиксации положения их поворота, а другие концы полуосей крепят жестко к рубке основного корпуса тримарана; изменяя дифферент на корму основного корпуса тримарана, переводят в вертикальное положение и фиксируют в шарнирах, а вертикально установленный и закрепленный якорями к морскому дну основной корпус тримарана кормовой своей частью становится буровой вышкой с установленным в ней различным буровым оборудованием и позволяет выполнять все необходимые этапы процесса морского бурения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для исключения воздействия шторма или шквала на буровое судно погружают его под воду с помощью намотки якорных канатов на барабаны лебедок, при этом обеспечивают воздухозабор на поверхности моря.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на вертикальной части судна, находящейся на поверхности моря, создают палубу на носу, где устанавливают ледорезные пилы с дробящим ударно-канатным механизмом, и с вновь созданной палубы опускают защитные носовые и бортовые щиты, отводящие колотый и дробленный лед, тем самым не нарушая процесс бурения.

4. Устройство для морского бурения содержит судно, опорную платформу, систему спуска и подъема бурового инструмента, механизм подачи и вращения буровой колонны, энергетическую установку в виде дизель-электрогенератора, отличающееся тем, что все буровое оборудование располагается на тримаране, в основном корпусе которого содержится кормовой гидроизолируемый отсек с основным комплексом бурильного оборудования и является буровой вышкой с системой спускоподъемных механизмов наращивания бурового снаряда и обсадных труб, а дополнительное и вспомогательное оборудование находится на поплавках-аутригерах; энергетическая установка в виде дизель-электрогенератора с аккумуляторами, жилищно-бытовой комплекс, пульт управления, часть имущественных принадлежностей располагают в гидроизолируемой рубке, жестко закрепляемой на телескопических полуосях, внешние окончания их жестко закреплены и зафиксированы на каждом аутригере тримарана, а каждая полуось проходит через шарнирное соединение с каждым бортом основного корпуса, то есть он может быть подвешен на аутригерах с двух сторон, а вокруг верхней части бурового отсека расположены убирающиеся кронштейны с направляющими и фиксирующими роликами, на которые с аутригеров с двух сторон подаются и надвигаются на кронштейны две составные части, образующие кольцевые палубы, после их скрепления между собой и с помощью равномерно установленных по палубе двухбарабанных лебедок с парными канатами, стальными тросами или цепями, соединенных с якорями, фиксируют судно на морском дне над устьем скважины, а для уменьшения воздействия морских волн и течений на буровую установку в закрывающихся нишах содержатся азимутальные подруливающие винты с электродвигателями, которые поворачивают основной корпус внутри фиксированного заякоренного палубного каркаса, ориентируя килем против течения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к плавучим морским платформам. .

Изобретение относится к системе для морской добычи нефти или газа, содержащей судно со средством для поддержания нужного положения и ориентации, придонную установку на морском дне для, по меньшей мере, двух добывающих скважин и продуктовые трубопроводы для соединения придонной установки с судном.

Изобретение относится к горному делу и геологии и может быть эффективно использовано для проходки скважин многоцелевого назначения под акваториями водоемов и Мирового океана.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при бурении и освоении скважин с использованием аэрированных промывочных жидкостей.

Изобретение относится к бурению геологоразведочных скважин с буровых судов на мелководье континентального шельфа и в частности, к устройствам колонн водоотделяющих труб (КВТ) кондукторов.

Изобретение относится к технике бурения с бурового судна, в частности к устройствам раструбов для направления бурильной колонны. .

Изобретение относится к разведочному бурению с судна океанского дна, в частности к устройствам для ограничения изгиба бурильной колонны в раструбе бурового судна. .

Изобретение относится к морскому бурению на нефть и газ с плавучих буровых установок и может быть применено в пневмогидроцилиндрах устройств для натяжения морского стояка.
Наверх