ПОДВОДНАЯ БУРОВАЯ УСТАНОВКА И ОПОРНАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ НЕЕ Российский патент 1997 года по МПК E21B7/12 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к буровым установкам, предназначенным для бурения нефтяных и газовых скважин на шельфах арктических морей в условиях их долговременного ледового покрытия.

Известна полупогружная буровая установка с расположением бурового оборудования внутри корпуса, обладающая автономностью жизнеобеспечения, включая энергоснабжение и размещение рабочего персонала. /См. патент США N 4.502.551, кл. 175-6, 1985/.

К недостаткам этой установки относится прямой контакт бурильных труб с морской водой, а также ограниченная глубина бурения скважин.

Также известна автоматизированная буровая установка системы О'Нил для бурения с морского дна, включающая подводное судно с энергетической установкой и выдвижными опорами, буровую вышку, грузоподъемную систему для спуска и подъема труб, систему подачи и вращения буровой колонны, систему механизмов для автоматизации спуско-подъемных операций, трубный склад и плавление подводного судна. /См. патент США N 3095048, кл. 175-6, 1963/.

Однако указанная установка не может быть использована для глубокого бурения скважин из-за ограниченных габаритов для размещения в них крупногабаритного бурового и вспомогательного оборудования и из-за недостатка мощности и энергоресурса автономной энергоустановки, обеспечивающей работу этого оборудования. Кроме того, ее основное оборудование также контактирует с морской водой, что снижает его долговечность.

Из известных подводных буровых установок наиболее близкой к предлагаемой является установка, содержащая двухкорпусное судно с жестким соединением корпусов, систему регулируемых опор, образующих опорную платформу, трубу большого диаметра, выполняющую роль буровой вышки, установленную между корпусами, систему прокачки морской воды в скважину, систему спуска и подъема буровой трубы с долотом, ее подачи и вращения /См. патент США N 3891.037, кл. 175-6, 1975/.

К недостаткам этой установки относятся следующие:
надроторное пространство вышки и устьевая зона установки являются необитаемыми из-за прямого контакта с морской водой под давлением на глубине погружения, что значительно снижает ремонтопригодность и долговечность оборудования;
в установке не предусмотрена замкнутая циркуляция структурированного глинистого раствора при нормальных атмосферных условиях устьевой зоны, что снижает производительность бурения и оперативность борьбы с осложнениями;
конструкция установки не предусматривает устройств и приспособлений для подвески тяжелых обсадных колонн и монтажа устьевого противовыбросового оборудования, что не обеспечивает безопасность проведения работ при возможных водогазонефтепроявлениях
Также известна опорная платформа для буровых установок, содержащая выдвижные регулируемые опорные площадки, соединенные с корпусом буровой установки /См. патент США N 3095048, кл. 175-6, 1963/.

Недостатками известной конструкции платформы являются сложная система регулирования, обеспечивающая выравнивание платформы относительно дна, а также невозможность использования ее для бурения куста скважин с подводным устьем, что снижает количество скважин, пробуренных за одно погружение установки.

В основу изобретения положена задача создания подводной буровой установки, в которой конструктивное решение буровой вышки позволило бы повысить долговечность и ремонтопригодность за счет исключения контакта бурового оборудования с морской водой, обеспечить его обслуживание персоналом буровой установки в условиях погружения, а также увеличить глубину бурения скважины.

В основу изобретения положена также задача создания конструкции опорной платформы для подводных буровых установок, позволяющих повысить надежность стабилизации положения корпусов установки на морском дне, а также обеспечивающей бурение куста скважин с подводным устьем за одно погружение установки.

Поставленная задача по первому объекту изобретения решается тем, что подводная буровая установка, содержащая двухкорпусное судно с жестким соединением полых корпусов посредством верхней и нижней плоских перемычек, опорную платформу, систему спуска и подъема труб, систему подачи и вращения бурильной колонны, снабжена буровой вышкой, закрепленной корпусами перпендикулярно продольной оси последних, установленном на верхней перемычке, по меньшей мере одним трубным складом с шлюзовой камерой для перегрузки труб в буровую вышку, манипулятором и размещенной в одном из корпусов, газоперекачивающей станцией инертного газа, а буровая вышка выполнена в виде колокола с юбкой с двумя поперечными перегородками с соосными отверстиями, одна из которых отделяет верхнюю обитаемую часть от нижней юбочной части, а другая делит верхнюю часть на две камеры, нижняя из которых сообщается с герметическими отсеками люками, выполненными в корпусах, при этом на нижней перемычке выполнено отверстие для пропуска буровых труб, соосное отверстиям в поперечных перегородках, нижняя из которых выполнена с возможностью герметичного перекрытия ее отверстия, а газоперекачивающая станция подсоединена к верхней обитаемой камере буровой вышки.

Кроме того, в отверстии нижней перегородки установлен плашечный превентор.

Установка отличается также тем, что она снабжена буровой плитой для подвешивания обсадных колонн, установленной под отверстием в нижней перемычке.

Кроме того, она снабжена газосепаратором, установленным на верхней перемычке, подсоединенным к нижней камере обитаемой части колокола.

Она также снабжена размещенными на нижней перегородке водооткачивающей помпой и дивертором, который установлен с возможностью подсоединения к газосепаратору и блоку очистки раствора.

Кроме того, она снабжена колонным блоком превенторов и секциями водоотводящей колонны и удлинителями, установленными в юбочной части колокола нижней перемычке с возможностью установки их в вертикальном положении в отверстиях нижней перегородки и нижней перемычки.

Установка отличается также тем, что она снабжена системами приготовления, очистки и прокачки бурового и цементного растворов, размещенными в корпусах и выполненными по замкнутой схеме.

Кроме того, система спуска и подъема труб, система подачи и вращения бурильной колонны размещены в верхней обитаемой части колокола.

Поставленная задача по второму объекту изобретения решается тем, что в опорной платформе для подводных буровых установок, содержащей основание с узлом соединения с корпусом буровой установки, основание выполнено в виде подвесной отделяемой фермы с установленными на ней направляющими, связанными с донными частями корпусов посредством регулируемых захватов, выполненных с возможностью осевого перемещения по направляющим, причем в ферме выполнена по меньшей мере одна шахта переменного сечения с размещенной в ее нижней части буровой плитой для подвешивания обсадных колонн.

А также там, что направляющие выполнены в виде цилиндрических стержней, расположенных вдоль корпусов буровой установки в рабочем положении последней.

А также тем, что захваты выполнены клещевого типа.

А также тем, что в подвесной форме выполнен ряд последовательно установленных вертикальных конусных шахт, размещенных вдоль направляющих.

На фиг.1 показана схематично подводная буровая установка, общий вид; на фиг.2 то же, вид сверху; на фиг.3 поперечный разрез установки по сечению А-А на фиг.1; на фиг.4,5 выделенные из фиг.3 частичные поперечные разрезы центральной части установки.

Установка состоит из подводных обитаемых корпусов 1 и 2, снабженных индивидуальными энергетическими установками, обладающих автономностью синхронного плавания, соединенных между собой жесткими прочными перемычками с образованием катамарана. На верхней перемычке 3 расположены трубные склады 5 и 6 для вертикального или горизонтального размещения в них стандартных типоразмеров бурильных труб и другого бурового инструмента (обсадные трубы, утяжеленные бурильные трубы, компоновки низа бурильной колонны, турбобуры и пр. ). На нижней перемычке 4 между обитаемыми корпусами установлена буровая вышка 7, выполненная в виде колокола, оборудованного горизонтальной шлюзовой камерой 8 для перегрузки труб из трубных складов без попадания в колокол забортной морской воды. Колокол сообщается с обитаемыми корпусами герметичными отсеками 9 и 10.

В проходе между трубными складами 5 и 6 установлен манипулятор 11 для выемки труб и инструмента и подачи его в камеру 8.

Согласно изобретению опорная платформа для подводной буровой установки содержит трубчатую ферму прямоугольной формы 12 с цилиндрическими направляющими 13, расположенными вдоль корпусов, и одну или несколько конусных шахт 14, каждая из которых снабжена буровой плитой 15 для подвешивания тяжелых обсадных колонн.

Буровая опорная платформа соединяется с корпусами буровой установки захватами клещевого типа 16 и может быть использована для различных видов подводных буровых установок.

В обитаемой части колокола имеются две внутренние поперечные перегородки 17 и 18 с центральными проходными отверстиями. В куполе колокола расположена горизонтальная площадка 19, на которой установлены кронблок 20 с талевым крюко-блоком 21 и вертлюгом 22. На верхней поперечной перегородке 17 расположены буровая лебедка 23, ротор с клиньевыми захватами 24, гибкий цементопровод 25 и стояк 26. На чертеже условно не показаны расположенные на этой перегородке комплекс механизмов для автоматизации спуско-подъемных операций, манипулятор для присоединения цементировочной головки 27 к бурильным трубам, узел позиционирования геофизических зондов и другое оборудование, необходимое для проведения обычных буровых работ.

Нижняя поперечная перегородка 18 выполнена в форме плашечного превентора 28 и водооткачивающей помпы 29. На этой перегородке расположен также съемный дивертор 30 и другое оборудование для обустройства устья скважины, условно не показанное на чертеже.

В обитаемой части колокола также расположен буровой рукав 31, соединенный с вертлюгом 22 и стояком 26.

В юбке колокола располагаются набор устьевого противовыбросового оборудования, состоящего из колонного блока превенторов 32 и секций водоотделяющей колонны и удлинителей 33.

Нижняя перемычка 4 между корпусами 1 и 2 имеет центральное проходное отверстие 34, соосное с конусной шахтой 14, расположенной на ферме опорной платформы 12.

Герметичные отсеки 9 и 10 корпусов 1 и 2 оборудованы гермолюками 35 и 36.

В обитаемых корпусах 1 и 2 установки расположены газоперекачивающая станция 37 инертного газа, обвязанная газопроводом 38 с цилиндрической частью вышечного колокола, блок цементировочных агрегатов 39, обвязанный манифольдом 40 с фланцем гибкого цементопровода 25, сливной желоб 41, опущенный в блок очистки глинистого раствора 42, блок приготовления глинистого раствора 43, обвязанный с блоком очистки сливом 44 и насосный блок 45, обвязанный манифольдом 46 со стояком 26. На чертеже условно не показаны такие комплексы, расположенные в обитаемых корпусах, как пульт управления, станция геолого-технического контроля, привод механизмов, масло-перекачивающие и трансформаторные станции и другое оборудование, необходимое для функционирования буровой установки.

На верхней перемычке 3 установлена сепараторная установка 47 для отвода попутного газа, обвязанная газопроводом 48 с устьевой зоной вышечного колокола.

Как вариант состава и расположения бурового оборудования в вышечном блоке возможна замена лебедки 23, кронблока 20 и вертлюга 22 на двухцилиндровый гидроподъемник с расположенным на его траверсе вертлюгом с верхним приводом.

Процесс механического углубления скважины (бурение) осуществляется путем введения в вышечный блок через водонепроницаемую камеру 8 бурильного инструмента 49 (бурильных труб, утяжеленных бурильных труб, долот, турбобуров) с последующим наращиванием бурильной колонны и вращением с помощью ротора или вертлюга с верхним приводом. Подъем и разборка бурильной колонны производятся в обратном порядке с выгрузкой труб из вышечного блока и укладкой их в трубной склад. Таким же образом производится спуск обсадных труб с наращиванием длины обсадной колонны. При этом используются те же технологические примеры и вспомогательный инструмент, что и при бурении с использованием надводных буровых судов.

Подвеска обсадных колонн производится на плиту 15, установленную в нижней части вертикальной конусной шахты 14 опорной платформы по технологии обустройства подводного устья скважины при морском бурении буровым судном.

Промывка скважины глинистым раствором с выходом циркуляции на устье буровой установки осуществляется путем подачи раствора от буровых насосов 45 по манифольду 46 на стояк 26, буровой рукав 31 и вертлюг 22, откуда он попадает в бурильные трубы 49, а затем через затрубное пространство, обвязанное с дивертором 30 и съемным желобом 50, направляется в блок очистки 42. Выделяемый попутный газ с помощью съемного желоба 51, обвязанного с дивертором, по газопроводу 48 направляется в сепараторную установку 47.

При промывке скважины морской водой с помощью забортного водозаборного устройства 52 она направляется во всасывающую линию буровых насосов 45, откуда тем же путем, что и глинистый раствор попадает в затрубное пространство, но с выносом выбуренной породы на дно моря.

Цементирование обсадных колонн производится через бурильные трубы с установкой на верхней трубе цементировочной головки 27, через которую тампонажная смесь закачивается в затрубное пространство, при этом затворения цемента используется морская вода, поступающая в смесительные машины через водозаборник 53.

В походном положении буровой установки задвижки манифольдов 40 и 46 газопровода 38, водозаборных устройств 52 и 53 закрыты, а люки 35 и 36 переходов 9 и 10 загерметизированы.

При погружении установки давление воды, поступающей в юбку колокола, уравновешивается закачкой инертного газа из газоперекачивающей станции 37, при этом в положении, достаточно близком к поверхности дна, уровень воды в колоколе не превышает верхнюю поперечную перегородку 17.

При посадке на дно после выравнивания и стабилизации получения корпусов производится контроль соосности вышечного колокола и устройства 15 для подвешивания обсадных колонн, расположенного в одной из конусных шахт опорной платформы. Несоосность устраняется путем перемещения корпусов вдоль направляющих 13 платформы 12 при частичном раскрытии захватов 15.

В положении, показанном на фиг.3, производится бурение участка ствола скважины под направление с промывкой морской водой и выходом циркуляции на дно, спуск направления и его цементирование с подъемом цемента до устья скважины, а также монтаж на верхней трубе направления колонной головки. Управление механизмами, осуществляющими выполнение работ на этой стадии, - дистанционное с пульта управления, расположенного в обитаемом корпусе.

В положении, показанном на фиг.4, производится обвязка направления с циркуляционной системой, расположенной в обитаемом корпусе установки. Для этого секция водоотделяющей колонны 33 сначала подается к оси скважины, а затем с помощью грузоподъемной системы устанавливается в вертикальное положение и соединяется с колонной головкой направления 54. К верхней муфте водоотделяющей колонны подсоединяется удлинитель, верхний конец которого располагается выше уровня превентора 28, после чего превентер закрывается. Из колокола откачивается инертный газ, а с помощью вооткачивающей помпы 29 откачивается морская вода, находящаяся между нижней и верхней перегородкой колокола, в результате чего в верхней части колокола образуются нормальные атмосферные условия. Люки 35 и 36 переходов 9 и 10 открываются и с участием обслуживающего персонала производится установка на удлинителе дивертора 30, который одним патрубком 50 подсоединяется к желобу 41, а другим патрубком 51
к газопроводу 48 для направления попутного газа в сепараторную установку 47. В положении, показанном на фиг.4, производится бурение участка ствола скважины под кондуктор с промывкой скважины глинистым раствором и выходом циркуляции в блок очистки, спуск кондуктора, его цементирование и оборудование его верхней трубы колонной головкой. Все работы на этой стадии могут проводиться с выходом обслуживающего персонала в колокол.

По окончании работ по сооружению кондуктора дивертор 30, патрубки 50 и 51, а также удлинитель демонтируются. Люки 35 и 36 переходов 9 и 10 закрываются и производится повторная закачка инертного газа в колокол до давления несколько меньшего, чем давление забортной морской воды. Превентор 28 открывается, при этом за счет сжатия избыточного объема газа поступающей в колокол водой давление воды и газа уравновешивается при уровне воды не выше поперечной перегородке 17, т.е. восстанавливается первоначальный водогазовый баланс в верхней части колокола.

Далее от головки направления 54 отсоединяются секции водоотделяющей колонны и с помощью грузоподъемного механизма возвращаются в исходное положение. К центру скважины подается блок превенторов 32, который устанавливается в вертикальное положение, а затем нижним концом присоединяется к головке кондуктора 55. Верхний конец блока превенторов соединяется с секцией водоотделяющей колонны, после чего превентор 28 закрывается и производится повторная откачка инертного газа из надроторного пространства вышечного колокола и морской воды из области между верхней и нижней перегородкой 17 и 18. Люки 35 и 36 переходов 9 и 10 открывается и производится монтаж удлинителя, дивертора и патрубков 50 и 51. В положении, показанном на фиг.5, производятся работы по бурению участков ствола скважины под промежуточную и эксплуатационную обсадную колонну с промывкой глинистым раствором и выходом циркуляции в блок очистки, спуску и цементированию обсадных колонн и испытанию скважины.

При этом все производственные площади буровой установки доступны для обслуживающего персонала, управления и производства ремонтных работ, включая сварочные работы.

После окончания работ на пробуренной скважине дивертор, отводные патрубки 50 и 51 и удлинитель демонтируются, люки 35 и 36 переходов 9 и 10 закрываются, после чего производится закачка инертного газа в вышечный колокол под давлением,обеспечивающим при открытии превентора 28 расположение уровня воды под перегородкой 17. Секция водоотделяющей колонны отделяется от блока превенторов и устанавливается в исходное положение, а блок превенторов отсоединяется от головки кондуктора и также возвращается в исходное горизонтальное положение.

При частичном отжатии корпусных захватов 16 установка без отрыва от платформы 12 может быть перемещена вдоль направляющих 13 на очередное устье с вертикальной конусной шахтой, оборудованной устройством для подвешивания обсадных колонн. При этом расстояние, на которое перемещается установка, контролируется специальными сигнализаторами, установленными в конусной шахте. Всплытие установки на поверхность производится при полном раскрытии корпусных захватов 16. В случае необходимости срочного всплытия на стадиях буровых работ в положениях, показанных на фиг.4 и 5, демонтируются патрубки 50 и 51, обслуживающий персонал эвакуируется в обитаемые корпуса, люки 35 и 36 переходов 9 и 10 закрываются, плашки превентора 28 отжимаются, после чего полностью раскрываются корпусные захваты 16.

Конструкция и принцип работы предлагаемой подводной буровой установки предусматривает вариант организации буровых работ, при котором она при погружении на грунт точно совмещает створ превентора 28 с головкой блока превенторов 30, установленного заранее с использованием надводных буровых судов, применяемых для бурения морских скважин.

Использование: в горной промышленности при бурении нефтяных и газовых скважин на шельфах арктических морей в условиях долговременного ледового покрытия. Сущность изобретения: установка включает двухкорпусное судно с жестким соединением полых корпусов посредством верхней и нижней перемычек, опорную платформу, систему спуска и подъема труб, систему подачи и вращения бурильной колонны. С целью обслуживания персоналом установки в условиях погружения она снабжена буровой вышкой, закрепленной между корпусами перпендикулярно продольной оси последних, установленным на верхней перемычке трубным складом со шлюзовой камерой для перегрузки труб, манипулятором и газоперекачивающей станцией инертного газа. Вышка выполнена в виде колокола с юбкой с двумя поперечными перегородками с соосными отверстия, одна из которых делит верхнюю часть на две камеры. Нижняя камера сообщена с герметическими отсеками люками, выполненными в корпусах. На нижней перемычке выполнено отверстие для пропуска буровых труб, соосное отверстиям в поперечных перегородках, нижняя из которых выполнена с возможностью перекрытия ее отверстия. Газоперекачивающая станция подсоединена к верхней обитаемой камере. Платформа для установки содержит основание с узлом соединения с корпусом установки, которое выполнено в виде подвесной отделяемой фермы с направляющими для связи с донной частью корпуса посредством регулируемых захватов с возможностью их осевого перемещения по направляющим. В ферме выполнена по меньшей мере одна вертикальная шахта переменного сечения с размещенной в ее нижней меньшего диаметра части буровой плитой для подвешивания обсадных колонн. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Подводная буровая установка, содержащая двухкорпусное судно с жестким соединением полых корпусов посредством верхней и нижней плоских перемычек, опорную платформу, систему спуска и подъема труб и систему подачи и вращения бурильной колонны, отличающаяся тем, что она снабжена буровой вышкой, закрепленной между корпусами перпендикулярно продольным осям последних, установленным на верхней перемычке по меньшей мере одним трубным складом с шлюзовой камерой для перегрузки труб в буровую вышку, манипулятором и размещенной в одном из корпусов газоперекачивающей станцией инертного газа, а буровая вышка выполнена в виде колокола с юбкой с двумя поперечными перегородками с соосными отверстиями, одна из которых отделяет верхнюю обитаемую часть от нижней юбочной части, а другая делит верхнюю часть на две камеры, нижняя из которых сообщена с герметическими отсеками люками, выполненными в корпусах, при этом на нижней перемычке выполнено отверстие для пропуска буровых труб, соосное отверстиям в поперечных перегородках, нижняя из которых выполнена с возможностью герметичного перекрытия ее отверстия, а газоперекачивающая станция подсоединена к верхней обитаемой камере цилиндрической части буровой вышки. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в отверстии нижней перегородки установлен плашечный превентор. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена буровой плитой для подвешивания обсадочных колонн, установленной под отверстием в нижней перемычке. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена газосепаратором, установленным на верхней перемычке и подсоединенным к нижней камере верхней обитаемой части колокола. 5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена размещенными на нижней перегородке колокола водооткачивающей помпой и дивертором, который установлен с возможностью подсоединения к газосепаратору и блоку очистки раствора. 6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена колонным блоком превенторов и секциями водоотделяющей колонны и удлинителей, установленными в юбочной части колокола на нижней перемычке с возможностью установки их в вертикальном положении в отверстиях нижней перегородки и нижней перемычки. 7. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена системами приготовления, очистки и прокачки бурового и цементного растворов, размещенными в корпусах и выполненными по замкнутой схеме. 8. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что система спуска и подъема труб и система подачи и вращения бурильных колонн размещены в верхней обитаемой части колокола. 9. Опорная платформа для подводной буровой установки, содержащая основание с углом соединения с корпусом буровой установки, отличающаяся тем, что основание выполнено в виде подвесной отделяемой фермы с установленными на ней направлящими для связи с донной частью корпуса посредством регулируемых захватов, выполненных с возможностью осевого перемещения по направляющим, причем в ферме выполнена по меньшей мере одна вертикальная шахта переменного сечения с размещенной в ее нижней части меньшего диаметра буровой плитой для подвешивания обсадных колонн. 10. Платформа по п. 9, отличающаяся тем, что направляющие выполнены в виде цилиндрических стержней, расположенных вдоль корпусов буровой установки в рабочем положении последней. 11. Платформа по п. 9, отличающаяся тем, что захваты выполнены клещевого типа. 12. Платформа по п. 9, отличающаяся тем, что в подвесной ферме выполнен ряд последовательно установленных вертикальных конусных шахт, размещенных вдоль направляющих.