Плавучая буровая установка

П 9) (11) СООЗ СОВЕТСНИХ ПОВЮЙЯйеп 4 ИИ. РЕСПУБЛИН ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ н двтоесному саидятельствм личающая подвижного магии летворяет следующгш =Ем 4 д где ш - масса пго коль движного магнитно- а, н;магнитное притяжду подвижным магольцом и ферромагольцом, н/м ; ровой вышки, н; удельно жение м итным итным асса б шд - масса привода, нд - внешний диаметрмагнитного кольцвнутренний диамевижного кольца,- ускорение свободния, м/с1 - коэФфициент зала по вижног м й2 тр неподм 1ного паде ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(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 9 906785, кл, В 63 В 35/44, 980,2. Авторское свидетельство СССР У 407703, кл. Е 21 В 15/02, 1972 (прототип).(54)(57) 1. ПЛАВУЧАЯ БУРОВАЯ УСТАНОВКА, содержащая плавсредство с .грабочей площадкой и сквозным колодцем, выполненным в корпусе, систему стабилизации, включающую неподвижную часть, жестко связанную с рабочей площадкой, и подвижнуючасть, 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 4 а ю щ а я - с я тем, что, с целью повышения эффективности бурения на шельфе морей при воздействии волновых и ветЗСЮ 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 -с я тем, что массатного кольца удовему выражению;1 г )ш 8 шлт10861Изобретение относится к бурению,в частности к плавучим буровым установкам при бурении неглубокихскважин на шельфе.Известно буровое судно, содержащее корпус и связанную с ннм буровуюустановку, включающую вышку, вращатель, систему подачи и извлеченияинструмента, причем буровое судноснабжено системой стабилизации, обес Опечивающей бурение при волнении мора Я.Однако система стабилизации этого устройства сложна по конструкциии трудновыполнима. 15Известна также плавучая буроваяустановка, содержащая плавсредствос рабочей площадкой и сквозным колодцем; выполненным в корпусе, систему стабилизации, включающую ие рподвижную часть, жестко связаннуюс рабочей площадкой,и подвижнуючасть, связанную посредством роликов с неподвижной частью, буровойагрегат, жестко связанный с подвижной частью и включающий вышку, привод, состоящий из вращателя иподъемника, колонну труб 121.Система стабилизации известногоустройства проста, но недостаткомявляется ограниченность примененияустановки при значительных волнениях моря, что сказывается на эффективности и производительностибурения.Цель изобретения - повышение эффективности бурения на шельфе морейпри воздействии волновых и ветровыхфакторов за счет повышения степенистабилизации.Укаэанная цель достигается тем,что в плавучей, буровой установке,содержацей плавсредства с рабочейплощадкой и сквозным колодцем, выполненным в корпусе, систему стабилизации, включающую неподвижнуючасть, жестко связанную с рабочейплощадкой,и подвижную часть, связанную посредством роликов с неподвижной частью, буровой агрегат,жестко связанный. с подвижной частью50и включающий вышку, привод, состоящий иэ вращателя и подъемника, колонну труб, неподвижная часть системы стабилизации выполнена в видеферромагнитного кольца, а подвижнаяв виде магнитного кольца, снабженного роликами, расположенньви по2 окружности внешней поверхности кольца, причем вращатель и подъемникпривода связаны с вышкой посредством упругой связи.Касса подвижного магнитного кольца удовлетворяет следующему выражению;и (й - с 1 )7Б 2 опМгде ш - масса подвижного магннтноМго кольца, и;Е - удельное магнитное притяжение между подвюкным магнитным кольцом и ферромагнитным кольцом, н/м;ш - масса буровой вьппки, н;да - внешний диаметр подвижногомагнитного кольца, м;ш " масса привода, н;йЙ - внутренний диаметр непод 2внжного кольцау и;9 - ускорение свободного падения, м/с;1 - коэффициент запаса.На фиг, 1 изображено устройство,общий вид; на фиг. 2 - привод, продольный разрез.Устройство. включает плавсредство1 с рабочей площадкой 2, буровую вьппку 3, колонну труб 4 у привод 5. Нарабочей площадке 2 плавсредства 1установлено неподвижное ферромагнитное кольцо 6, на котором установлено подвижное магнитное кольцо 7,на котором жестко своим основанием8 укреплена буровая вышка 3, причемплавсредство 1 содержит сквознойвертикальный колодец 9, а привод 5выполнен из вращателя 1 О н подъем -ника 1 в виде одного блока 12 иустановлен посредством упругой связи 13 на буровой вьппке 3,Вращатель 10 выполнен в виде ин -дуктора 14 с вращающимся магнитнымполем, а подъемник 11 - в виде нндуктора 15 с линейно бегущим магнитным полем,Подвижное магнитное кольцо 7снабжено шарикоподшнпниками 16, рас.положенными на рабочей поверхности17, и роликами 18, расположениямипо окружности внешней цилиндрической поверхности 19 кольца.Касса подвижного магнитного коль -ца 7 удовлетворяет следующему соотношению:1 фб - Й)ш "к а.ш г - щМ 4 с, 1 ь огде ш - масса подвижного магнитногс:кольца, .н;1086113 зш - масса буровой вышки, н;ш - масса привода, н;Г - удельное магийтное притяжение между подвижным магнитным кольцом и неподвижным кольцом, н/мд - внешний диаметр подвижного(магнитного кольца, м;й - внутренний диаметр непод 2вижного кольца, м 1 ОЕ - коэффициент запасаф,Ъ- ускорение свободного падения тела, м/с2Внутренний диаметр неподвижногокольца 6 равен внутреннему диаметру 15сквозного вертикального колодца 9.Колонна труб выполнена из Ферромагнитной .части 20 и электропроводящей 21, выполненной, например, издюралюминия, причем обе части 20 щи 21 представляют собой трубы, встав"ленные друг в друга таким образом,чтобы исключалось их взаимное вращение друг относительно друга.Блок 12 состоит из трубы 22, выполненной иэ стали, и внутреннейвтулки 23, выполненной иэ немагнитного износоустойчивого материала,например иэ нержавеющей стали.Подшипники 24 и 25 служат для щобеспечения свободного вращения колонны труб 4 относительно блока 12.Индуктор 14 снабжен многофаэнойобмоткой 26 и магнитопроводом 27из шихтоваиной. электротехническойстали с пазами 28.Индуктор 15 снабжен кольцевоймногофазной обмоткой 29, уложеннойв пазы 30 магкитопровода 31 иэ шихтованной электротехнической стали. 4 ОКолонна труб 4 снабжена буровойкоронкой 32, а плавсредство 1 в точке бурения закреплено швартовыми концами 33 с якорями 34 к морскомудну 35.45Неподвижное кольцо 6 снабжено ограждающим. барьером 36 с захватами37 для фиксации буровой вьнпки 3.Устройство снабжено силовой установкой 38 для вращения гребного вала 39 и винта 40, а также блокомпитания 41 и блоком управления 42всеми технологическими процессами,связанными с бурением скважины 43.Устройство работает следующимобразом.Для прихода плавсредства в точкубурения включают силовую установку 38, После прихода в точку бурения гребной вал 39 вместе с винтом 40 отключают, а силовая установка работает. для обеспечения электроэнергией блока питания 41. Затемотдают швартовые концы 33 и якоряопускают на дно моря 35.Буровую вышку 3 освобождают отФиксации захватами 37 к барьеру 36неподвижного кольца 6 после того,как колонна труб 4 вставлена в привод 5 и совмещена вдоль его осевойлинии, а также включен подъемникв режим медленного опускания колонны труб 4 до упора коронки 32 вморское дно 35.Для производства бурения включаютподъемник 11 привода 5 для подъемаколонны труб 4 на необходимую высоту, которая определяется с помощьюЭВИ и блоком управления 42,Затеи колонну труб 4 опускаютэа счет двух снл: силы тяжести и силы, развиваемой подъемником 1, который в этот момент работает в ка-.честве дополнительного податчика колонны труб 4 на забой скважины 43.Производится вруб коронкой 32 в забой скважины 43 и скол массива морского дна 35Затем подъемник 11 включают врежим подъема колонны труб 4 вместес коронкой 32 .и,как только коронка32 отойдет от забоя скважины 43,включают вращатель 10 для поворотаколонны труб 4 вместе с коронкой 32на определенный угол поворота, который определяется с помощью ЭВИв зависимости от режима бурения,свойств массива морского дна 35, атакже глубины моря. В этот моментвремени работают подъемник 11 ивращатель 10, причем продолжительность их совместной работы регулируется блоком управления 42.После того, как произойдет разворот колонны труб 4 вокруг своейпродольной оси, вращатель 1 О отключают, а подъемник 11 работаетдо подъема колонны труб 4 на заданную высоту, после достижения которой подъемник 11 переключают дляопускания колонны труб 4 в забойскважины 43. Коронкой 32 заноситсяудар, и происходит очередное разрушение массива морского дна 35,Подъемник 1 в момент, когда корон"ка 32 коснется забоя скважины 43, 1086113отключается ат работы в качестве падатчика. Этим завершается цикл бурения,Такие циклы подъема, поворота иопускания колонны труб 4 с коровкой32 повторяются до тех пор, пока небудет достигнута необходимая глубина бурения скважины 43 или пока небудет израсходован запас длины колонны труб 4,На ЭВМ рассчитывают необходимыйрежим работы всей плавучей буровойустановки в зависимости от возмущений, действующих на плавсредства1, глубины моря, прочности массивагорных пород, слагающих морское дно35, веса колонны труб 4 и другихпараметров, влияющих на процесс бурения скважины 43,Принцип работы вращателя 10 основан на том, что после включенияобмотки 26 в сеть трехфазного токав индукторе 14 образуется вращающееся магнитное поле, кндуктирунхцееЭДС и токи в электроправодящей части 21 колонны труб 4,В результате взаимодействия токовтрубы 21 с ьращакнцимся полем индуктора 14 колонна труб 4 приводитсяво вращение. Для того, чтобы поменять вращение колонны труб 4 на противоположное, необходимо поменятьместами две какие-либо фазы обмотки 2 б 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 аси колонны труб 4 В результате взаимодействия линейка бегущего поля индуктора 15 с трубой 21, в последней индуктируются. ЗДС и токи, в результате взаимодействия которых с полем индуктора 15 зазнккает усилие действующее на колонну труб 4 вдоль ее оси, Эта усилие мажет быт направлено вертикально вверх влк вниз Зто зависит От направления движения линейно бегущего магнитного поля индуктара 15 При двкже ник линейно бегущего поля индуктора 15 вверх усилие, действующее на колонну труб 4, будет подъемнья, 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 ЗВМобеспечивает необходимую очередность включения вращателя 10 кподъемника 11, При этом должно выполняться следукицее условие: в момент касания коронки 32 забоя скваякны 43 вращатель 10 отключен, Зтонеобходимо для того, чтобы крутящиймомент, возникающий при бурениискважины 43, не передавался на плавсредство,.привод и буровую вьппку 3.После исчезновения механическогоюконтакта коронки 32 с забоем скважины 43 вращатель 10 может быть включен в работу параллельно с подъемником 11, причем работа вращателя10 может осуществляться как в момент подъема колонны труб 4, так ив момент их опускания в скважину 43.Высота подъема колонны труб 4, ЗОугол поворота ее вокруг продольнойоси, частота ударов, зависят от глубины моря, глубины скважины, водоизмещения плавсредства, состоянияакватории, и каядом случае выбираются оптимальными для данных горногеологических условий. Шлам из забоя выносится известными способамк,например потоком сжатого воздухакли водой.Если плавсредства 1 подверженобортовой, килевой, поперечно-горизонтальной или продольно-горизонтальной качке, то колонна труб 4сохраняет свое рабочее положение ине испытьвает на себе воздействия еспецифических морских факторов,поскольку вьппка 3, благодаря наличию вертикального колодца 9 а также магнитной связи свободно перемещается относительно плавсредства 1.Пусть, напр%мер, плавсредства сместится вправо (см, фиг1), при этоммагнитное кольцо 7 на иарикоподшипнкках 16 вместе с ;алопнойтруб 4, приводом 5, вьппкой 3 пер:.: -местктся влево, оставаясь над преж. -ней точкой бурения скважины 43.Таким образом, плавсредстваимеет шесть степеней свабодь: и под 108613.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 плавсредстваперпендикулярно плоскости поверхности воды вышка 3 вместе с магнитным кольцом 7, а также с рабочей площадкой 2 и кольцом 6 наклоняется вместе с плавсредством 1 в ту же сторону, однако благодаря наличию упругой связи 3 на буровой вьппке 3 колонна труб 4 сохранит свою работоспособность в прежней точке бурения - в скважине 43.25Благодаря этому сохраняются все шесть степеней свободы плавсредства на море и нахождение буровой колон- . ны труб 4 в точке бурения, а также надежное прижатие вышки 3 к ферро- ЗО магнитному кольцу б. Якоря 34 вместе с швартовыми концами 33 удерживают плавсредство 1 в точке бурения. Блок питания 4 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 1 и вращателя О не передаются колонне труб 4 с коронкой 32, при этом обеспечивается высокая эффективность процесса бурения.1086113 Составитель Е,Тангалычевовтун Техред И.Гергель Корре Редак а дикси Филиал ППП " Патент, г, Ужгород, ул . гная 2206/3 ВНИИП 1 п 113035раж 564 венного ретений 35, Рау Го судбе ст делам изо Москва, Ж омитета СССР и открытий скан наб., д. 4