Плавучая буровая установка

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК а Е 21 В 7/1 НИЯ САНИЕ ИЗОБРЕТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИ(71) Ленинградский ордена Ленина,ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени горный институт им. Г.В. Плеханова(56) 1. Патент США В 3603407,кл, 175-6, опублик, 1972.2. Авторское свидетельство СССРУ 376549, кл. Е 21 В 7/ 12, 1971 (прототип).(54)(57) 1, ПЛАВУЧАЯ БУРОВАЯ УСТАНОВКА, включающая плавсредство с рабочейплощадкой 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 повьппения производительности и надежности работы, привод подводнойчасти выполнен в виде двигателей 80.11028 вращения и линейного перемещения,а средства спуско-подъема надводнойчасти выполнены в виде двигателялинейного перемещения.2. Установка по п. 1, о т л и -ч а ю щ а я с я тем, что двигательвращения выполнен в виде асинхронного двигателя, ротором которого является ферромагнитная бурильная труба,а двигатель, линейного перемещениявыполнен в виде линейно-асинхронногодвигателя.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,породоразрушающий наконечник снабжентензодатчиком измерения давленияна забой скважины, который связанс источником питания и передающимустройством,4. Установка по пп. 1-3, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с цельюрегулирования кольцевого зазора между бурильной трубой и внутренним каналом подводной части привода, последний снабжен датчиками, связаннымисо средствами стабилизации вертикального положения подводной части установки.1 1102879Изобретение относится к плавучим буровым установкам н может быть ис- и пользовано для проходки глубоких м скважин на шельфе моря.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 труб13 "дНедостатком 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 работ20 в Известна также плавучая морская буровая установка, включающая плавсредство с рабочей площадкой и колодцем, буровой агрегат, состоящий из 25 подводной части, включающей привод. средства для стабилизации вертикального положения, средства для спускоподъема колонны бурильных труб с породоразрущающим наконечником, и над водной части. со средствами спускоподъема колонны бурильных труб Г 23.За 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. 50 На рабочей площадке 2 плавсредства 1 установлено неподвижное ферромагнитное кольца 13, на котором установлено подвижное магнитное 55кольцо 14, на котором жестко своим основанием укреплена буровая вышка 3.Подвижное магнитное кольцо 14снабжено 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-подъе- а 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 питанияпередающим 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 1 показана плавучая буровая установка, общий вид, на фиг.2 подводная часть привода, продольный разрез, на фиг.3 - надводной части привода, продольный разрез.на фиг.4- блок-схема системы стабилизации 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. 10 15 20 35 Неподвижное кольцо 13 снабжено ограждающим барьером 31 с захватами 32 для фиксации подвижного кольца 14.Плавучая буровая установка снабжена 40 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 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 приспосабливаться 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 которойвставлен двигатель 20 подачи, представляющий собой индуктор линейногоцилиндрического многофазного асинхронного двигателя 21, состоящего измагнитопровода 22 с пазами 23, в которых уложена многофазная обмотка24, защищенная внутренней трубой 25,выполненной из износоустойчивого немагнитного материала, например, извысокопрочного капрона,Подшипники 26 и 27 служат для обеспечения свободного вращения и линейного перемещения колонны труб 4 . относительно индуктора линейного25 цилиндрического многофазного асинхронного двигателя 21, магнитопровод которого выполнен из шихтованной электротехнической стали, а обмотка 24 выполнена трехфазной.30Колонна 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 ик двигателям 8,9 и 42, а также дляуправления работой системы 11 стабилизации.Днище колодца 1 О снабжено шторками 59 с шарнирами 60 и приводом 61, 5для-их закрытия и открывания.В теле коронки 28 встроен тензодатчик 62 для измерения давлениякоронки 28 на забой скважины и соединенный проводниками 63 с источником 64 питания встроенного типа,а также с передающим устройством 65,вмонтированным в колонну труб 4 вблизи приемника 66, расположенногона торце двигателя 9, 15Приемник 66.служит для приемасигналов датчика 62 и соединен с блоком 37 управления, предназначеннымдля управления всеми технологическими процессами по бурению на шельфе 20морей,Подшипники 67.и 68 служат дляобеспечения вращательного и поступательно-вращательного движения колонны труб 4 относительно подводнойчасти 6 привода при всех режимахработы устройства,Плавучая буровая установка работаетследующим образом.Для прихода плавсредства в точкубурения включают в работу силовую установку 33, После прихода в точку бурения гребной вал 34, а также винт 35отключают, а силовая установка 33 работает для обеспечения электроэнер 35гией блока 36 питания и блока 37 управления всеми технологическими працессами по бурению. Затем отдают швар"товые концы 29, и якорями 30 закреп 40ляются к морскому дну.Буровую вышку 3 освобождают от фиксации захватами 32 к барьеру 31 непо"движного кольца 13 после того, какколонна труб будет вставлена в привод45и совмещена вдоль его осевой линии,а также включен двигатель 7 подачи надводной части 5 привода в режим медленного опускания колонны труб 4 до упоракоронки 28 в морское дно.При опускании колонны труб 4 включают также и двигатель 9 линейногоперемещения в режим работы, обеспечивающий плавное опускание колонны труб4, так как в это время подводная часть6 привода находится в транспортномположении внутри колодца 10.После спуска колонны бурильных труб4 до дна, шторки 59 на днище колодца 10 открываются и подводная часть 6 привода под действием 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 устройст. ва.Принцип действия двигателя 8 вращения основан на том, что после 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,79 811, которая обеспечивает постоянствовоздушного зазора между двигателями8,9 и колонной труб.Благодаря наличию магнитной связиподвижного кольца 14 с закрепленнойна нем вышкой 3 с неподвижным ферромагнитным кольцом 13, закрепленнымна рабочей площадке плавсредства,а также благодаря наличию упругой связи 38 между вышкой и надводной частью5 привода, обеспечивается стабилизация надводной части плавучей буровойустановки при воздействии волновыхфакторов моря. При этом плавсредствоможет подвергаться бортовой, килевой,поперечно-горизонтальной, продольногоризонтальной качке и рысканью, а колонна труб 4 с надводной частью 5привода 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 буровойустановки, при этом все работы, связанные с подъемом, осуществляются с помощью ЭВМ и блока 37 управления, Приэтом вначале поднимают подводную часть6 привода, для чего используют двигатель 9 линейного перемещения, который благодаря наличию линейно-бегущегомагнитного поля с токами трубы 18 поднимается вверх и увлекает за собойвсю подводную часть 6 привода,При достижении подводной части бустановки колодца 10 плавсредства закрываются шторки 59, которые приводятся в действие приводом 61 с помощьюЭВМ и устройства 3,7 управления. Затемподнимают колонну труб 4, включив вработу два двигателя: двигатель 7 подачи надводной части 5 привода, а также двигатель 9 линейного перемещенияподводной части 6 привода. После подьема колонны труб 4, демонтажа ее иукладки ее на рабочей площадке 2плавсредства 1 двигатели 7 и 9 отключают, а вышку 3 захватами 32 фиксируют неподвижно к барьеру 31. 7 11028Для изменения направления вращения колонны труб 4 на обратное необходимо поменять местами две какие-нибудь фазы обмотки 46 на клеммах блока 36 пита" ния, .5Двигатель 9 линейного перемещения работает по принципу линейного асинхронного двигателя. После включения его обмотки 51 в сеть трехфазного тока в индукторе 49 образуется линейно О бегущее магнитное поле, направленное вдоль продольной оси колонны труб 4.В результате взаимодействия линейно-бегущего магнитного поля ин" дуктора 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 поляиндуктора 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, зто .усилие будет способствовать увеличению давления колонны труб 4 на забой ЗО 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 ЭВИ 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 индукч45 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 на.дежности эа счет обеспечения возможности управления таким важным фактором в бурении, как регулирование10 1102879 9давления 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 вии волновых факторов моря.1102879 Составитель Е. Столбцов .П, Макаревич Техред М. Надь Корректор А Дзят Реда ПодписиСР ал НПП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 4918/20 Ти ВНИИПИ Государственн по делам изобретен 113035, Москва, Ж, аж 561го комитета ССй и открытийРаушская наб.