ПЛАВАЮЩАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ БУРЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МОРСКИХ СКВАЖИН В ВОДНЫХ ПРОСТРАНСТВАХ МОРЕЙ И ОКЕАНОВ И В АРКТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ Российский патент 2012 года по МПК B63B35/44 E21B7/12 E21B17/00 

Плавающая платформа для бурения и эксплуатации морских скважин в арктических условиях относится к области газовой и нефтяной промышленности.

Известны ледоколы для разрушения льда и судна, которые содержат главный двигатель - генератор, электродвигатели для привода винтов, капитанскую рубку и механизмы управления судном (см. Фрид Е.Г. Устройство судна. - Л.: Судостроение, 1970. - 11 с.).

Известна плавающая платформа для бурения и эксплуатации морских скважин в водных пространствах морей и океанов и в арктических условиях, содержащая бурильную установку, насос, бурильные и обсадные трубы, породоразрущающее долото, лифтовые трубы и насосные штанги, нефтяной погружной насос или станок-качалку, нефтеналивные емкости, связанные с трубопроводом и плунжерным насосом, установленную между устьем скважины и связанную с плавающей платформой колонну морских обсадных водоотделяющих труб с закрепленными на ее внешней поверхности по всей длине баллонами, которая является наиболее близким аналогом (прототипом) к заявляемому изобретению (см. US 4059148 А, кл. Е21И 7/12, опубл. 22.11.1977, всего 13 с.).

Известны колонны бурильных и обсадных труб, труб и штанг для нефтяных погружных насосов с высаженными концами, на которых нарезана коническая, наружная и внутренняя резьба (см. Иогансен К.В. Спутник боровика. - М.: Недра, 1981-199 с.; Грей Форест. Добыча нефти. - М.: ЗАО «Олимп Бизнес», 2001. - 230 - 240 с.; Муравьев В.М., Середа Н.Г. Спутник нефтяника. - М.: Недра, 1971. - 233 с.; см. Вадетский Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин. - M.: ACADEMA, 2004., с.63, табл.213; см. Абубакиров В.Ф. Буровое оборудование, справочник, т.2, - М.: Недра, 2008. с.20, 34).

Недостатками плавающей платформы для бурения и эксплуатации морских скважин в водных пространствах морей и океанов и в арктических условиях являются:

- не обеспечена безопасная работа платформы в арктических и антарктических условиях при, обжатии льдами корпус указанной платформы разрушается, при образовании волн высотой 20 м цунами при землетрясениях, ядерных и термоядерных взрывов и во время ураганов;

- при спуске колонны бурильных и обсадных труб в процессе бурения газовых и нефтяных скважин, лифтовых труб и штанг погружных насосов на дно океана и в скважину на глубину 3050-18000 м собственный вес штанг и труб превышает предел прочности стали, а следовательно, происходит разрушение труб и резьб в соединительных узлах, а при установке колонн труб и штанг на дно скважины происходит потеря устойчивости и их разрушение; по этой же причине ограничена рабочая глубина установки плунжерных насосов, которая составляет 650-2900 м, ограничен диаметр плунжера и наружный диаметр насоса и его производительность;

- увеличивается нагрузка на крюк, трос, лебедку и двигатель внутреннего сгорания при подъеме и спуске бурильных и обсадных труб и на детали станка-качалки погружных насосов;

- бурение скважин с плавающих платформ в арктических условиях до настоящего времени не проводилось, поэтому не предусматривалась их защита от льда.

Техническим результатом плавающей платформы для бурения и эксплуатации морских скважин в водных пространствах морей и океанов в арктических условиях являются:

- защита ее от разрушения и смещения относительно устья скважины бесконечным полем дрейфующего льда;

- обеспечение безопасной работы бурильной установки в процессе бурения и эксплуатации газовых и нефтяных скважин, погружных насосов или станков-качалок и плавающих нефтяных и газовых платформ во льдах при образовании волн высотой 20 м, цунами при землетрясениях, ядерных и термоядерных взрывов и во время ураганов.

Для решения поставленной задачи плавающая платформа для бурения и эксплуатации морских скважин в водных пространствах морей и океанах и в арктических условиях, содержащая главный двигатель-генератор, электродвигатели для привода винтов, капитанскую рубку и механизмы управления судном, бурильную установку, насос, бурильные и обсадные трубы, породоразрущающее долото, лифтовые трубы и насосные штанги, нефтяной погружной насос или станок-качалку, нефтеналивные емкости, связанные с трубопроводом и плунжерным насосом, установленную между устьем скважины и связанную с плавающей платформой колонну морских обсадных водоотделяющих труб с закрепленными на ее внешней поверхности по всей длине баллонами, отличающаяся тем, что самоходная плавающая платформа для бурения нефтяных и газовых скважин снабжена ледоколом для защиты ее от разрушения и смещения относительно устья скважины бесконечным полем дрейфующего льда, помимо ледокола с наружной стороны указанной платформы в нижней ее части по периметру установлен пояс безопасности клинообразной формы, угол наклона плоскостей клина равен 5°-85°, для увеличения жесткости корпуса платформы и для саморазрушения льда при обжатии им по всему периметру корпуса указанной платформы, электрогенератор с приводом от двигателя внутреннего сгорания с тиристорными вентилями через контактный переключатель соединен с тяговым электродвигателем постоянного тока, вал которого соединен муфтами с валами коробки скоростей и с валом конической шестерни, с коническим колесом со ступицей, в которой выполнена цилиндрическая полость, с верхней стороны ступицы выполнены шлицы, в которые установлена ступица со шлицами вращателя бурильной установки, с внутренней стороны которого выполнена цилиндрическая полость диаметром 2050 мм, для установки колонны морских обсадных водоотделяющих труб временного пользования с закрепленными на ее поверхности по всей длине элементами, имеющими положительную плавучесть, наружный диаметр которых равен 2000 мм для указанной колонны морских обсадных водоотделяющих труб временного пользования диаметром 1600 мм, помимо колонны морских обсадных водоотделяющих труб временного пользования, в которой расположена колонна бурильных труб с баллонами, наружный диаметр которых равен 300-850 мм, для указанных бурильных труб диаметром 48,3-114,3 мм и породоразрущающее долото на период бурения мягких пород и установки в ее полость колонны морских обсадных труб без баллонов для крепления мягкой кровли скважины и этой же колонны морских обсадных водоотделяющих труб постоянного пользования с баллонами над устьем указанной скважины по всей высоте столба воды океана до плавающей платформы, или колонна бурильных труб с баллонами и породоразрушающим долотом, которая расположена с опорой напрямую на разрушаемую породу на период бурения мягких пород и установки колонны морских обсадных труб без баллонов для крепления мягкой кровли скважины и этой же колонны морских обсадных водоотделяющих труб постоянного пользования с баллонами, наружный диаметр которых 1550 мм для морских обсадных водоотделяющих труб постоянного пользования диаметром 900 мм, установленных над устьем указанной скважины по всей высоте столба воды океана до плавающей платформы, или во вращателе бурильной установки выполнена цилиндрическая полость диаметром 1650 мм для указанной колонны бурильных труб с баллонами и породоразрушающим долотом, расположенным с опорой напрямую на разрушаемую породу на период бурения мягких пород и установки колонны морских обсадных труб без баллонов, для крепления мягкой кровли скважины с установкой на указанной колонне робота с видеокамерой, для точного определения устья скважины на дне океана и обследования ее в процессе эксплуатации, и этой же колонны обсадных водоотделяющих труб постоянного пользования с баллонами над устьем указанной скважины по всей высоте столба воды океана до самоходной плавающей платформы для длительного ее пользования, для спуска колонны морских обсадных труб скважины меньшего диаметра в сложных геологических условиях земли с верхней ее стороны установлен переходник с правой резьбой, который соединен с колонной труб с левой резьбой с баллонами, наружный диаметр которых равен 300-850 мм, после установки обсадных труб меньшего диаметра в скважину при вращении ротора бурильной установки против часовой стрелки переходник выходит из резьбы, и его вместе с колонной труб поднимают лебедкой на палубу платформы, для цементации межтрубного пространства приготавливают раствор цемента с морской водой и с замедлителем схватывания и насосом его подают по трубам с баллонами, диаметр которых равен 300-850 мм, через канал шарового клапана с пружиной в распределитель, в котором выполнены окна, или распределитель соединен с трубой, полость которой заполнена цементным раствором, с верхней стороны указанной трубы установлен плунжер, выполняющий функцию плунжерного насоса, который соединен с колонной бурильных труб с баллонами, или указанные бурильные трубы соединены с баллонами, на концах которых нарезана резьба, наружный диаметр которых равен 300-850 мм, цементируется нижняя часть морской обсадной трубы, а затем верхняя ее часть, бурильные трубы и водоотделяющие временные и постоянные морские обсадные трубы выполнены в виде заполненных под давлением газообразным азотом или инертным газом, цельнолитых или сварных съемных баллонов в виде литой оболочки и трубы с одним сварным швом с каждой стороны, или в виде труб с заглушками с двумя сварными швами с каждой стороны или баллоны на бурильной или водоотделяющей морской обсадной трубе установлены неподвижно в виде литой оболочки с одним сварным швом с каждой стороны или с указанными трубами и наружной трубой баллона с заглушками с двумя сварными швами с каждой стороны, а плавающая платформа для длительной эксплуатации нефтяных и газовых морских скважин при любых погодных условиях выполнена в виде ее нижней части, которая расположена под слоем 0,5-20 м воды, и верхней ее части, установленной на стойках или трубах, которая расположена над уровнем моря или океана на высоте 3-20 м, верхняя и нижняя часть указанной платформы закреплены к породе якорями, тросами с баллонами, заполненными под давлением газообразным азотом или инертным газом на больших глубинах, а на малых глубинах - якорями и тросами, на верхней части платформы установлены станок-качалка, компрессорная или насосная станция и накопительные емкости для нефти, для глубинной насосной установки насосная штанга выполнена из титановой трубы в виде баллона, наружный диаметр которого равен 60,3 мм, 73 мм, 88,9 мм на высаженных концах которой нарезана круглая резьба, которая соединена с муфтой с круглым профилем резьбы, а лифтовая труба выполнена в виде заполненного под давлением газообразным азотом или инертным газом цельнолитого или сварных съемных баллонов, наружный диаметр которых равен 300-850 мм, для наружного диаметра указанной лифтовой трубы 112,5 мм, 137,5 мм, или баллоны на лифтовой трубе установлены неподвижно в виде литой оболочки с одним сварным швом с каждой стороны или указанной лифтовой трубой и наружной трубой баллона с заглушками с двумя сварными швами с каждой стороны, на морской обсадной водоотделяющей временной или постоянной колонне установлены датчики для предупреждения плавающих средств о ее месте расположения и в ее нижней части выполнены окна для сообщения с затрубным пространством, а на внешней поверхности морской обсадной водоотделяющей колонны установлена труба с уплотнительными устройствами с грузом с опорой на кольцевой пояс указанной морской водоотделяющей трубой, подвешенная на канатах с баллонами к верхней части плавающей платформы, с возможностью перекрытия упомянутых окон в процессе бурения и периодического их открывания, или для глубинной насосной установки, которая установлена в полости колонны указанных водоотделяющих морских обсадных труб с баллонами постоянного пользования и в скважину, которая выполнена в виде колонны труб с баллонами для подъема нефти из нефтяного слоя и колонны труб с баллонами для подачи морской воды по трубопроводу из океана насосом под давлением 24.5 МПа в скважину, или морская вода самотеком из океана по трубе, вентилю и указанной колонне труб течет в нижнюю ее часть через распределитель воды с окнами, соединенный с окнами трубы для подъема нефти из скважины в нижней ее части, а для отвода нефти из нефтяного слоя окна указанной трубы расположены выше скапливаемой воды в нефтяном слое, удельный вес жидкой и маловязкой нефти меньше удельного веса воды, нефть, которая вытеснена водой из нефтяного слоя, поднимается по колонне труб в нефтеналивные емкости.

На фиг.1 показана самоходная плавающая платформа для бурения нефтяных и газовых скважин. На фиг.2 показано устройство для цементации межтрубного пространства скважины. На фиг.3 показана плавающая платформа для эксплуатация морских скважин. На фиг.4 показана насосная штанга-баллон, на концах которой нарезана резьба.

Самоходная плавающая платформа 1 для бурения нефтяных и газовых скважин снабжена ледоколом для защиты ее от разрушения и смещения относительно устья скважины бесконечным полем дрейфующего льда (на фиг.1 ледокол не показан), помимо ледокола с наружной стороны указанной платформы в нижней ее части по периметру установлен пояс безопасности клинообразной формы 2, угол наклона плоскостей клина равен 5°-85°, для увеличения жесткости корпуса платформы и для саморазрушения льда при обжатии им по всему периметру корпуса указанной платформы электрогенератор с приводом от двигателя внутреннего сгорания с тиристорными вентилями через контактный переключатель соединен с тяговым электродвигателем постоянного тока, вал которого соединен муфтами с валами коробки скоростей и с валом конической шестерни, с коническим колесом со ступицей, в которой выполнена цилиндрическая полость, с верхней стороны ступицы выполнены шлицы, в которые установлена ступица со шлицами вращателя бурильной установки, с внутренней стороны которого выполнена цилиндрическая полость диаметром 2050 мм (на фиг.1 двигатель-генератор, коробка скоростей и вращатель не показаны), для установки колонны морских обсадных водоотделяющих труб 3 временного пользования с закрепленными на ее поверхности по всей длине элементами, имеющими положительную плавучесть 4, наружный диаметр которых равен 2000 мм для указанной колонны морских обсадных водоотделяющих труб временного пользования диаметром 1600 мм, помимо колонны морских обсадных водоотделяющих труб 3 временного пользования, в которой расположена колонна бурильных труб с баллонами, наружный диаметр которых равен 300-850 мм, для указанных бурильных труб диаметром 48,3-114,3 мм и породоразрущающее долото (на фиг.1 колонна бурильных труб и долото не показаны) на период бурения мягких пород и установки в ее полость колонны морских обсадных труб 5 без баллонов для крепления мягкой кровли скважины и этой же колонны морских обсадных водоотделяющих труб постоянного пользования с баллонами 6 над устьем указанной скважины по всей высоте столба воды океана до плавающей платформы для длительного ее пользования, или колонна бурильных труб с баллонами и породоразрушающим долотом, которая расположена с опорой напрямую на разрушаемую породу на период бурения мягких пород и установки колонны морских обсадных труб без баллонов 5 для крепления мягкой кровли скважины и этой же колонны морских обсадных водоотделяющих труб постоянного пользования с баллонами 6, наружный диаметр которых 1550 мм для водоотделяющих морских обсадных труб диаметром 900 мм, установленных над устьем указанной скважины по всей высоте столба воды океана до плавающей платформы 1, или во вращателе бурильной установки выполнена цилиндрическая полость диаметром 1650 мм для указанной колонны бурильных труб с баллонами и породоразрушающим долотом, расположенным с опорой напрямую на разрушаемую породу на период бурения мягких пород и установки колонны морских обсадных труб 5 без баллонов, для крепления мягкой кровли скважины с установкой на указанной колонне робота с видеокамерой (на фиг.2 робот не показан) для точного определения устья скважины на дне океана и обследования ее в процессе эксплуатации, и этой же колонны морских обсадных водоотделяющих труб постоянного пользования с баллонами 6 над устьем указанной скважины по всей высоте столба воды океана до самоходной плавающей платформы 1 для длительного ее пользования, для спуска колонны морских обсадных труб 7 скважины меньшего диаметра в сложных геологических условиях земли с верхней ее стороны установлен переходник 8 с правой резьбой, который соединен с колонной труб 9 с левой резьбой с баллонами 10, наружный диаметр которых равен 300-850 мм, после установки обсадных труб меньшего диаметра в скважину при вращении ротора бурильной установки против часовой стрелки переходник 8 выходит из резьбы, и его вместе с колонной труб поднимают лебедкой на палубу платформы 1, для цементации межтрубного пространства приготавливают раствор цемента с морской водой и с замедлителем схватывания и насосом его подают по трубам с баллонами, диаметр которых равен 300-850 мм (на фиг.1 насос и трубы с баллонами не показаны), через канал шарового клапана 11 с пружиной 12 в распределитель 13, в котором выполнены окна 14, или распределитель 13 соединен с трубой 15, полость которой заполнена цементным раствором 16, с верхней стороны указанной трубы установлен плунжер 17, выполняющий функцию плунжерного насоса, который соединен с колонной бурильных труб 18 с баллонами 19, или указанные бурильные трубы соединены с баллонами 20, на концах которых нарезана резьба, наружный диаметр которых равен 300-850 мм (см. фиг.4), цементируется нижняя часть морской обсадной трубы 7 (см. фиг.2), а затем верхняя ее часть, бурильные трубы (на фиг.1 бурильные трубы не показаны) и водоотделяющие временные 3 и постоянные 5 морские обсадные трубы выполнены в виде заполненных под давлением газообразным азотом или инертным газом, цельнолитых или сварных съемных баллонов в виде литой оболочки и трубы с одним сварным швом с каждой стороны или в виде труб с заглушками с двумя сварными швами с каждой стороны, или баллоны на бурильной или водоотделяющей морской обсадной трубе установлены неподвижно в виде литой оболочки с одним сварным швом с каждой стороны или с указанными трубами и наружной трубой баллона с заглушками с двумя сварными швами с каждой стороны, а плавающая платформа для длительной эксплуатации нефтяных и газовых морских скважин при любых погодных условиях выполнена в виде ее нижней части 21, которая расположена под слоем 0,5-20 м воды и верхней ее части, установленной на стойках или трубах 23, которая расположена над уровнем моря или океана на высоте 3-20 м, верхняя и нижняя часть указанной платформы закреплены к породе якорями 24, 25, тросами 26, 27 с баллонами 28, 29, заполненными под давлением газообразным азотом или инертным газом на больших глубинах, а на малых глубинах - якорями и тросами, на верхней части платформы установлены станок-качалка, компрессорная или насосная станция (на фиг.1 станок-качалка, компрессорная и насосная станции не показаны) и накопительные емкости 30 для нефти, для глубинной насосной установки 31 насосная штанга 20 (см. фиг.3, 4) выполнена из титановой трубы в виде баллона, наружный диаметр которого равен 60,3 мм, 73 мм, 88,9 мм, на высаженных концах которой нарезана круглая резьба, которая соединена с муфтой 32 с круглым профилем резьбы, а лифтовая труба 33 выполнена в виде заполненного под давлением газообразным азотом или инертным газом цельнолитого или сварных съемных баллонов, наружный диаметр которых равен 300-850 мм, для наружного диаметра указанной лифтовой трубы 112,5 мм 137,5 мм, или баллоны 34 на лифтовой трубе 33 установлены неподвижно в виде литой оболочки с одним сварным швом с каждой стороны или указанной лифтовой трубой и наружной трубой баллона с заглушками с двумя сварными швами с каждой стороны, на морской обсадной водоотделяющей временной или постоянной колонне установлены датчики 35 для предупреждения плавающих средств о ее месте расположения и в ее нижней части выполнены окна 36 для сообщения с затрубным пространством, а на внешней поверхности морской обсадной водоотделяющей колонны установлена труба 37 с уплотнительными устройствами 38 с грузом 39 с опорой на кольцевой пояс 40 указанной морской водоотделяющей трубой, подвешенная на канатах с баллонами к верхней части 22 плавающей платформы, с возможностью перекрытия упомянутых окон в процессе бурения и периодического их открывания, или для глубинной насосной установки, которая установлена в полости колонны указанных водоотделяющих морских обсадных труб с баллонами постоянного пользования и в скважину, которая выполнена в виде колонны труб с баллонами для подъема нефти из нефтяного слоя и колонны труб с баллонами для подачи морской воды по трубопроводу из океана насосом под давлением 24.5 МПа в скважину, или морская вода самотеком из океана по трубе, вентилю и указанной колонне труб течет в нижнюю ее часть через распределитель воды с окнами, соединенный с окнами трубы для подъема нефти из скважины в нижней ее части, а для отвода нефти из нефтяного слоя окна указанной трубы расположены выше скапливаемой воды в нефтяном слое (на фиг.3 указанная глубинная насосная установка не показана), удельный вес жидкой и маловязкой нефти меньше удельного веса воды, нефть, которая вытеснена водой из нефтяного слоя, поднимается по колонне труб в нефтеналивные емкости.

Плавающая платформа для бурения и эксплуатации морских скважин в водных пространствах морей и океанов и в арктических условиях работает следующим образом.

Перед началом бурения собирается колонна морских обсадных водоотделяющих труб 3 временного пользования с баллонами 4 (см. фиг.1), заполненными под давлением газообразным азотом или инертным газом на период бурения мягких пород и лебедкой (на фиг.1 лебедка не показана) опускается на дно океана. Верхняя часть указанной колонны закреплена к плавающей платформе 1.

Затем собирается колонна бурильных труб с баллонами, заполненными газом под давлением и долото диаметром 490 мм (на фиг.1 бурильные трубы с баллонами и долото не показаны) и опускается на дно океана. За счет использования баллонов со сжатым газом колонна бурильных труб и колонна морских обсадных водоотделяющих труб временного пользования находится в вытянутом состоянии в направлении поверхности воды.

Электродвигателем бурильной установки, установленным на палубе самоходной плавающей платформы 1, приводятся во вращение механизмы коробки скоростей, вал с конической шестерней, коническое колесо, вращатель, квадратная штанга с вертлюгом, колонна бурильных труб и долото диаметром 490 мм и одновременно через рукав, вертлюг, каналы колонны указанных труб и долота насосом под давлением 24,5 МПа на забой подается глинистый раствор (на фиг.1 электродвигатель, коробка скоростей, вращатель, квадратная штанга с вертлюгом, колонна бурильных труб, долото и насос не показаны). С этого момента начинается процесс бурения скважины в мягких породах. Разрушенный буровой шлам и глинистый раствор выносятся из скважины на поверхность в специальную емкость для отстоя разрушенной породы.

После завершения бурения мягких пород через полость колонны морских обсадных водоотделяющих труб 3 временного пользования установлена на длительный срок работы колонна обсадных труб 5 в скважину без баллонов, а над устьем скважины, слой воды 50-15000 метров до платформы 1, эта же колона морских водоотделяющих обсадных труб постоянного пользования выполнена с баллонами 6 и с окнами 36 для выпуска через них промывочного раствора и разбавления его с морской водой при кратковременном открывании указанных окон трубой 37 (см. фиг.2) с помощью тросов с баллонами и специального подъемного устройства (на фиг.1, 3 троса и подъемное устройство не показаны).

Колонна морских обсадных водоотделяющих труб 3 временного пользования поднимается на платформу 1 и используется для бурения новой скважины.

В данном случае нет необходимости использования робота с видеокамерой для нахождения устья скважины на дне океана, но при этом возникает необходимость полость ротора бурильной установки увеличивать до 2050 мм для свободного опускания колонны морских обсадных водоотделяющих труб временного пользования диаметром 1600 мм, с баллонами, наружный диаметр которых равен 2000 мм.

А при бурении скважины колонной бурильных труб с долотом в мягких породах напрямую нет необходимости использования колонны морских обсадных водоотделяющих труб 3 временного пользования с баллонами 4, но вызывает трудности точно установить колону морских обсадных труб без баллонов в полость скважины. В этом случае диаметр полости ротора составляет 1650 мм для свободного опускания колонны морских обсадных водоотделяющих труб 5 постоянного пользования диаметром 900 мм с баллонами 6, наружный диаметр которых равен 1550 мм.

Второй вариант не требует больших затрат на разработку и изготовление робота с видеокамерой.

В сложных геологических условиях земли необходимо не только установить колонну морских обсадных труб 7 меньшего диаметра, но и зацементировать межтрубное пространство с нижней стороны указанной колонны труб, а затем с ее верхней стороны для герметизации от поступления воды из океана в скважину и укрепить ее стенки (см. фиг.1).

Цементный раствор для заполнения межтрубного пространства подается с платформы насосом по трубам в распределитель, или цементный раствор опускается в скважину вместе с распределителем, трубой, заполненной цементным раствором, плунжером и колонной бурильных труб с баллонами.

При остановке распределителя на верхнем торце обсадной трубы меньшего диаметра за счет силы тяжести колонны бурильных труб плунжер выдавливает цементный раствор через канал шарового клапана в полость распределителя и через окна в межтрубное пространство.

Бурение в твердых породах продолжается меньшим диаметром долота и бурильными трубами с баллонами до газоносного и нефтяного слоя породы.

Затем глубинный плунжерный нефтяной насос 31 (см. фиг.3) в собранном виде соединяют с колонной насосных штанг 20 с баллонами и лифтовых труб 33 с баллонами 34 и их одновременно опускают в полость колонны морских обсадных водоотделяющих труб 5 постоянного пользования с баллонами 6, а затем на дно скважины в нефтяной слой на глубину 3050-18000 м и более. Колонна морских обсадных водоотделяющих труб 5 постоянного пользования соединена с самоходной плавающей платформой 1.

Колонны лифтовых труб и наносных штанг с баллонами погружного плунжерного насоса и колонна морских обсадных водоотделяющих труб постоянного пользования постоянно находятся в вытянутом состоянии в направлении поверхности воды, поэтому растягивающая и сжимающая нагрузка в поперечном сечении труб и штанг насоса и обсадных труб и в резьбовых соединительных узлах от собственного веса уменьшается, а следовательно, гарантирована их длительная и безопасная работа в процессе эксплуатации нефтяных скважин.

На основе закона Архимеда выталкивающая сила зависит от объема газа в баллоне и плотности морской воды или нефти. На один метр кубический при плотности обычной воды 1 т/м³ выталкивающая сила баллона равна 1000 кг. Выталкивающая сила, которая зависит от объема газа в баллоне, должна быть больше масс бурильной трубы и его баллона, масс морской водоотделяющей трубы и его баллона, масс лифтовой трубы и его баллона и массы насосной штанги. Для насосных штанг имеются ограничения, определяемые стандартными размерами лифтовых труб, наружный диаметр которых равен 112,5 мм и 173,5 мм, и максимальным диаметром плунжера насоса, равным 93 мм и 120 мм, соответствующим внутреннему диаметру указанных труб. Исходя из этих ограничений насосные штанги выполнены из легких титановых труб, удельный вес титана равен 4.5 т/м³, а стальных - 7.8 т/м³, в виде баллона, заполненного газом, на высаженных концах которых нарезана резьба круглого профиля, используемая при высоких динамических и статических растягивающих нагрузках (см. фиг.3, 4).

Кроме этого, в процессе работы станка-качалки снижается нагрузка на его детали и обеспечивается плавное перемещение плунжера насоса и штанг.

Можно использовать станки-качалки с меньшей мощностью электродвигателя и плунжерные насосы с большим диаметром плунжера, а следовательно, повысить их производительность.

Использование морской воды из океана в насосной установке, подаваемой по трубе насосом в колонну труб или самотеком по трубам, вентилю и указанную колонну труб и в слой нефти, допускается в исключительных случаях (на фиг.3 указанная насосная установка не показана). В случае если плунжерный насос невозможно опустить на предельные глубины, связанные с прочностью металла насосных штанг и лифтовых труб с баллонами, при низком давлении земли на нефтяной слой и наличии в нефтяном слое жидкой и легкой нефти нефть не поднимается в ствол скважины. Вязкую и тяжелую нефть невозможно вытолкнуть водой из слоя нефти на поверхность платформы в нефтеналивные емкости.

Для защиты платформы от давления льда на корпус и предотвращения ее перемещения относительно устья скважины платформа снабжена ледоколом для разрушения и очистки льда по периметру платформы.

Кроме этого, с наружной стороны указанной платформы в нижней ее части установлен пояс безопасности клинообразной формы, который не только увеличивает жесткость корпуса платформы, но и при образовании льда и увеличении его давления на корпус платформы клин разрушает лед и снимает давление со стороны льда, обеспечивая при этом безопасную работу платформы в арктических условиях (см. фиг.1).

Без ледокола бурить нефтегазовые скважины и их эксплуатировать невозможно, поскольку бесконечные поля дрейфующего льда толщиной 1,5-2,5 м непрерывно перемещаются, разрушая при этом все, что им встретилось на их пути.

Разработанная конструкция плавающей платформы для эксплуатации нефтяных и газовых станций позволяет избежать катастрофы при образовании волн цунами высотой 20 м при землетрясениях, ядерных и термоядерных взрывах и во время ураганов в морях и океанах при прохождении указанных волн между нижней и верхней частями платформы, уменьшить колебания платформы, станка-качалки, компрессорной и насосной станций и улучшить условия работы нефтяникам и газовикам.

Изобретение относится к области газовой и нефтяной промышленности. Плавающая платформа для бурения и эксплуатации морских скважин в водных пространствах морей и океанов и в арктических условиях дополнительно снабжена ледоколом, а с наружной стороны платформы в нижней ее части по периметру установлен пояс безопасности клинообразной формы, угол наклона плоскостей клина равен 5°-85°. При бурении мягких пород на дно океана опускают колонну бурильных труб с баллонами и колонну морских обсадных водоотделяющих труб временного пользования с баллонами, заполненными под давлением газообразным азотом или инертным газом. Верхняя часть колонны закреплена к плавающей платформе. После подачи глинистого раствора начинается бурение скважины в мягких породах колонной бурильных труб с долотом. По окончании бурения колонну поднимают на платформу и используют для бурения новой скважины. Устанавливают колонну морских обсадных водоотделяющих труб постоянного пользования и соединяют ее с плавающей платформой. Бурение в твердых породах до газоносного и нефтеносного слоя продолжают долотом с меньшим диаметром и бурильными трубами с баллонами. Обеспечивается безопасность работы бурильной установки при бурении во льдах и в сложных климатических условиях. 4 ил.

Плавающая платформа для бурения и эксплуатации морских скважин в водных пространствах морей и океанов и в арктических условиях, содержащая главный двигатель-генератор, электродвигатели для привода винтов, капитанскую рубку и механизмы управления судном, бурильную установку, насос, бурильные и обсадные трубы, породоразрушающее долото, лифтовые трубы и насосные штанги, нефтяной погружной насос или станок-качалку, нефтеналивные емкости, связанные с трубопроводом и плунжерным насосом, установленную между устьем скважины и связанную с плавучей платформой морскую обсадную водоотделяющую колонну с закрепленными на ее внешней поверхности по всей длине баллонами, отличающаяся тем, что самоходная плавающая платформа для бурения нефтяных и газовых скважин снабжена ледоколом для защиты ее от разрушения и смещения относительно устья скважины бесконечным полем дрейфующего льда, помимо ледокола с наружной стороны указанной платформы в нижней ее части по периметру установлен пояс безопасности клинообразной формы, угол наклона плоскостей клина равен 5-85°, для увеличения жесткости корпуса платформы и для саморазрушения льда при обжатии им по всему периметру корпуса указанной платформы, электрогенератор с приводом от двигателя внутреннего сгорания с тиристорными вентилями через контактный переключатель соединен с тяговым электродвигателем постоянного тока, вал которого соединен муфтами с валами коробки скоростей и с валом конической шестерни, с коническим колесом со ступицей, в которой выполнена цилиндрическая полость, с верхней стороны ступицы выполнены шлицы, в которые установлена ступица со шлицами вращателя бурильной установки, с внутренней стороны которого выполнена цилиндрическая полость диаметром 2050 мм для установки колонны морских обсадных водоотделяющих труб временного пользования с закрепленными на ее поверхности по всей длине элементами, имеющими положительную плавучесть, наружный диаметр которых равен 2000 мм для указанной колонны морских обсадных водоотделяющих труб временного пользования диаметром 1600 мм, помимо колонны морских обсадных водоотделяющих труб временного пользования, в которой расположена колонна бурильных труб с баллонами, наружный диаметр которых равен 300-850 мм, для указанных бурильных труб диаметром 48,3-114,3 мм, и породоразрушающее долото на период бурения мягких пород и установки в ее полость колонны морских обсадных труб без баллонов для крепления мягкой кровли скважины и этой же колонны морских обсадных водоотделяющих труб постоянного пользования с баллонами над устьем указанной скважины по всей высоте столба воды океана до плавающей платформы, или колонна бурильных труб с баллонами и породоразрушающим долотом, которая расположена с опорой напрямую на разрушаемую породу на период бурения мягких пород и установки колонны морских обсадных труб без баллонов для крепления мягкой кровли скважины и этой же колонны морских обсадных водоотделяющих труб постоянного пользования с баллонами, наружный диаметр которых 1550 мм для морских обсадных водоотделяющих труб постоянного пользования диаметром 900 мм, установленных над устьем указанной скважины по всей высоте столба воды океана до плавающей платформы, или во вращателе бурильной установки выполнена цилиндрическая полость диаметром 1650 мм для указанной колонны бурильных труб с баллонами и породоразрушающим долотом, расположенным с опорой напрямую на разрушаемую породу на период бурения мягких пород и установки колонны морских обсадных труб без баллонов, для крепления мягкой кровли скважины с установкой на указанной колонне робота с видеокамерой, для точного определения устья скважины на дне океана и обследования ее в процессе эксплуатации, и этой же колонны обсадных водоотделяющих труб с баллонами над устьем указанной скважины по всей высоте столба воды океана до самоходной плавающей платформы для длительного ее пользования, для спуска колонны морских обсадных труб скважины меньшего диаметра в сложных геологических условиях земли с верхней ее стороны установлен переходник с правой резьбой, который соединен с колонной труб с левой резьбой с баллонами, наружный диаметр которых равен 300-850 мм, после установки обсадных труб меньшего диаметра в скважину при вращении ротора бурильной установки против часовой стрелки переходник выходит из резьбы, и его вместе с колонной труб поднимают лебедкой на палубу платформы, для цементации межтрубного пространства приготавливают раствор цемента с морской водой и с замедлителем схватывания, и насосом его подают по трубам с баллонами, диаметр которых равен 300-850 мм, через канал шарового клапана с пружиной в распределитель, в котором выполнены окна, или распределитель соединен с трубой, полость которой заполнена цементным раствором, с верхней стороны указанной трубы установлен плунжер, выполняющий функцию плунжерного насоса, который соединен с колонной бурильных труб с баллонами, или указанные бурильные трубы соединены с баллонами, на концах которых нарезана резьба, наружный диаметр которых равен 300-850 мм, цементируется нижняя часть морской обсадной трубы, а затем верхняя ее часть, бурильные трубы и водоотделяющие временные и постоянные морские обсадные трубы выполнены в виде заполненных под давлением газообразным азотом или инертным газом цельнолитых или сварных съемных баллонов в виде литой оболочки и трубы с одним сварным швом с каждой стороны, или в виде труб с заглушками с двумя сварными швами с каждой стороны, или баллоны на бурильной или водоотделяющей морской обсадной трубе установлены неподвижно в виде литой оболочки с одним сварным швом с каждой стороны или с указанными трубами и наружной трубой баллона с заглушками с двумя сварными швами с каждой стороны, а плавающая платформа для длительной эксплуатации нефтяных и газовых морских скважин при любых погодных условиях выполнена в виде ее нижней части, которая расположена под слоем 0,5-20 м воды, и верхней ее части, установленной на стойках или трубах, которая расположена над уровнем моря или океана на высоте 3-20 м, верхняя и нижняя части указанной платформы закреплены к породе якорями, тросами с баллонами, заполненными под давлением газообразным азотом или инертным газом на больших глубинах, а на малых глубинах - якорями и тросами, на верхней части платформы установлены станок-качалка, компрессорная или насосная станция и накопительные емкости для нефти, для глубинной насосной установки насосная штанга выполнена из титановой трубы в виде баллона, наружный диаметр которого равен 60,3 мм, 73 мм, 88,9 мм, на высаженных концах которой нарезана круглая резьба, которая соединена с муфтой с круглым профилем резьбы, а лифтовая труба выполнена в виде заполненного под давлением газообразным азотом или инертным газом цельнолитого или сварных съемных баллонов, наружный диаметр которых равен 300-850 мм, для наружного диаметра указанной лифтовой трубы 112,5 мм, 137,5 мм, или баллоны на лифтовой трубе установлены неподвижно в виде литой оболочки с одним сварным швом с каждой стороны, или указанной лифтовой трубой и наружной трубой баллона с заглушками с двумя сварными швами с каждой стороны, на морской обсадной водоотделяющей временной или постоянной колонне установлены датчики для предупреждения плавающих средств о ее месте расположения, и в ее нижней части выполнены окна для сообщения с затрубным пространством, а на внешней поверхности морской обсадной водоотделяющей колонны установлена труба с уплотнительными устройствами с грузом с опорой на кольцевой пояс указанной морской водоотделяющей трубы, подвешенная на канатах с баллонами к верхней части плавающей платформы, с возможностью перекрытия упомянутых окон в процессе бурения и периодического их открывания, или для глубинной насосной установки, которая установлена в полости колонны указанных водоотделяющих морских обсадных труб с баллонами постоянного пользования, и в скважину, которая выполнена в виде колонны труб с баллонами для подъема нефти из нефтяного слоя и колонны труб с баллонами для подачи морской воды по трубопроводу из океана насосом под давлением 24,5 МПа в скважину, или морская вода самотеком из океана по трубе, вентилю и указанной колонне труб течет в нижнюю ее часть через распределитель воды с окнами, соединенный с окнами трубы для подъема нефти из скважины в нижней ее части, а для отвода нефти из нефтяного слоя окна указанной трубы расположены выше скапливаемой воды в нефтяном слое, удельный вес жидкой и маловязкой нефти меньше удельного веса воды, нефть, которая вытеснена водой из нефтяного слоя, поднимается по колонне труб в нефтеналивные емкости.