СЪЕМНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА САМОВСПЛЫВАЮЩЕГО БУЯ ДЛЯ БУРЕНИЯ ЛЬДА СНИЗУ ВВЕРХ Российский патент 2020 года по МПК E21B7/12 E21B10/00 B63B22/00 

Техническое решение относится к буровой коронке самовсплывающих подповерхностных океанографических буйковых станций, которые при всплытии могут быть использованы для бурения льда снизу вверх на покрытых льдом акваториях, преимущественно в условиях Арктики.

К настоящему времени известно множество публикаций и патентов по тематике освоения обширных арктических районов, покрытых льдом. При этом известные технические решения могут быть подразделены на две большие группы: 1) технология исследований посредством буйковых станций [9] физико-химических и радиационных параметров и других характеристик морской воды и/или морского дна по исследуемой площади и по всему профилю глубин и 2) способы и устройства передачи измерительной информации на центральные контрольные пункты (в том числе суда обеспечения, связные ИСЗ, подводные аппараты), обеспечивающие сбор и обработку всей совокупности данных для заданного района океана с целью мониторинга для решения различных практических задач: комплексных гидрографических исследований, геолого-геофизической разведки, поиска и добычи углеводородов, экологии и загрязнения океана.

К первой группе могут быть отнесены всевозможные буйковые станции и их совокупности (сетевые системы буев): поверхностные, дрейфующие (см., например [2, 3, 6, 7] и др.), подповерхностные заякоренные буйковые станции, профилографы [1, 5], US 2002/0035870 А1, 28.03.2002; RU 2297939 С2, 27.04.2007; RU 2325674 С1, 27.05.2008, RU 2404081 С1, 20.11.2010.

Однако, в этих объектах особенности работы в ледовых условиях либо не рассматриваются ([5], патенты RU 2297939 С2, RU 2325674 C1, RU 2404081 С1), либо освещаются достаточно поверхностно и декларативно ([3], US 2002/0035870 А1). Так, источник [3] (основанный на патенте US 8912892 В2, подробно рассматривающему системы сенсоров для океанографического мониторинга), содержит лишь общее пространное описание буя (сети буев) и их использования в различных случаях, включая умозрительную ситуацию в фантастических внеземных условиях Титана, спутника Сатурна.

Вторая группа технических решений имеет значительный раздел, касающийся осуществления работ в ледовых условиях Арктики безотносительно к системам измерения и сбора информации различными датчиками морских параметров. Они посвящены, в основном, специфике устройств - пенетраторов, т.е., устройств, проникающих (проходящих) сквозь лед и образующих отверстие в толще льда (от лат. penetro-проникаю). Известные устройства касаются как пенетраторов "сверху" (ice downward): [4]; US 2010291817 A1, 18.11.2010; US 6097668 A, 01.08.2000; US 5022470 A; US 5014248 (A), 07.05.1991, так и пенетраторов "снизу" (ice penetrator upward): [2], [4]; US 5593332 A, 14.01.1997; US 5319376 (A), 07.06.1994; US 5116268 A, 20.05.1992; US 5484027 A, 16.01.1996, формирующих отверстие от нижней подводной кромки льда до его поверхности.

При этом известная технология, начиная с рассмотренной в обзорном патенте [4] США 1987 г., до настоящего времени [3] касается в значительной части термо- и термохимических буев-пенетраторов, использующих плавление и таяние льда. Причем подчас выражается мнение [4], что механические устройства могут использоваться только для пенетрации вниз с поверхности льда.

Тем не менее, как показывают испытания, термо- и термохимические буи-пенетраторы льда не имеют значительных преимуществ перед традиционным механическим бурением (сверлением).

В то же время использование известных пенетраторов "снизу" (см. [2], [4] и др.) затруднено необходимостью точной вертикальной ориентации формируемого отверстия (US 5593332 A, US 5319376 А). Кроме того, тепловые (литиевые) пенетраторы льда типа [2] имеют ограниченный технический ресурс и не являются вполне приемлемыми при значительной толщине льда. При этом одной из основных проблем известных пенетраторов льда является ([4], US 6463800 В2) энергообеспечение (подзарядка) при длительной работе.

Известная подводная буйковая система [1] по патенту US 7874886 В2 при дополнении средством бурения - пенератором льда снизу вверх (аналогом которого можно считать, например, патент [2]) может служить прототипом предлагаемого технического решения.

Известная система [1] содержит последовательное вертикальное тросовое соединение якоря, размыкателя, блока аппаратуры и питания, снабженное электроприводом и поплавковым устройством, а также блок связи с антенной, выносимой над поверхностью акватории. Однако работа системы [1] в ледовых условиях не предусмотрена, и коммуникационная антенна выносится непосредственно на открытую водную поверхность.

В условиях покрытых льдом акваторий для вынесения антенны в отверстие над поверхностью льда буйковая станция должна быть снабжена средством бурения льда снизу вверх. Причем, поскольку термопенетраторы типа [2], по-видимому, не могут служить прерогативой средств пронизывания льда с образованием отверстий, то представляется, что рассмотрение совокупности указанных первой и второй групп технологии с привлечением традиционной, но вполне эффективной практики бурения (сверления) льда, позволило бы расширить арсенал и увеличить функциональные возможности комбинированного средства (комплекса) указанного назначения и повысить информативность и достоверность получаемых данных.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в съемной буровой коронке, используемой в самовсплывающих буях, имеющих подводную буровую систему для бурения льда снизу вверх, имеющей в своей конструкции антенны и проблесковый маяк.

Основной технический результат - увеличение функциональных возможностей и расширение арсенала устройств для исследования покрытых льдом акваторий Арктики посредством новой универсальной съемной буровой коронки, используемой для буровой системы разной длины с наличием съемного герметичного разъема, спутниковой антенны, радиоантенны и проблескового маяка.

Технический результат достигается следующим образом:

Съемная буровая коронка общей длиной 25 см представляет собой трубу с вырезами, имеющую внутри запаянные в герметичную сплошную композитную радиопрозрачную бесцветную массу спутниковую и радиоантенну с проблесковым маячком, с одной стороны имеющую резьбовую втулку с проходящим через нее герметичным кабелем для вкручивания в буровую колонну и соединения с основным кабелем связи, а с другой стороны - несущую втулку с перьевым наконечником на винтовом несущем стержне, при этом по наружной поверхности проходит винтовой шнек.

Съемная буровая коронка бурит морской кристаллический лед с образованием отверстия диаметром 35 мм, являясь носителем спутниковой и высокочастотной радиоантенн с проблесковым маячком и в режиме ожидания в подводном положении выдерживает внешнее давление до 200 Мпа.

Изобретение поясняется чертежом: на фиг. 1 представлен общий вид съемной буровой коронки самовсплывающего буя для бурения льда снизу вверх.

На чертеже использованы следующие обозначения:

1 - перьевой наконечник на винтовом несущем стержне; 2 - несущая втулка перьевого наконечника; 3 - полый корпус буровой коронки; 4 - винтовой шнек буровой коронки; 5 - несущая резьбовая втулка буровой коронки; 6 - кабель герметичный; 7 - герморазъем; 8 - спутниковая антенна типа «иридиум»; 9 - радиоантенна; 10 - оптический проблесковый маячок; 11 - герметичная сплошная композитная радиопрозрачная бесцветная заливка корпуса буровой коронки.

Работа предложенного технического решения заключается в следующем.

В съемную буровую коронку в несущую втулку перьевого накончника (2) ввинчен перьевой наконечник на винтовом несущем стержне (1). К герморазъему (7) на герметичном кабеле (6) присоединяется основной передающий кабель буровой установки проходящий через буровую штангу, через резьбовую втулку (5) съемная буровая коронка ввинчивается в буровую штангу таким образом, что позволяет съемную буровую коронку устанавливать на буровую штангу любой длины.

Таким образом, изобретение реализует указанное назначение и осуществляется с достижением указанного технического результата, который находится в причинно - следственной связи с совокупностью существенных признаков формулы изобретения.

ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ

I. Прототип и аналоги:

1. US 2009/0269709 А1, 29.10.2009 (прототип).

2. US 6183326/ В1, 06.02.2001 (аналог).

3. US 20150346726 А1, 05.12.2015 (аналог).

4. US 4651834 А, 24.03.1987 (аналог).

II. Дополнительные источники по уровню техники:

5. RU 2499280 С2, 20.11.2013.

6. RU 136414 U1, 10.10.2014.

7. US 4924698 (А), 15.05.1990.

8. RU 2569938 С2, 10.12.2015.

9. Морской энциклопедический справочник: в двух томах. Том 1/ Под ред. Н.Н. Исанина. - Л.: Судостроение, 1987 (Буйковая станция - с. 98).

III. Источники по уровню техники приведены также в описании.

Изобретение относится к буровой коронке самовсплывающих подповерхностных океанографических буйковых станций, которые при всплытии могут быть использованы для бурения льда снизу вверх на покрытых льдом акваториях, преимущественно в условиях Арктики. Съемная буровая коронка самовсплывающего буя для бурения льда снизу вверх является комплексной приемопередающей антенной с проблесковым маячком и съемным буровым инструментом, устанавливаемым на буровые системы для бурения различной толщины морского льда из подводного положения снизу вверх. Съемная буровая коронка содержит металлическую трубу с вырезами, имеющую внутри запаянные в герметичную сплошную композитную радиопрозрачную бесцветную массу спутниковую и радиоантенну с проблесковым маячком, с одной стороны имеющую резьбовую втулку с проходящим через нее герметичным кабелем для вкручивания в буровую колонну и соединения с основным кабелем связи, а с другой стороны - несущую втулку с перьевым наконечником на винтовом несущем стержне. По наружной поверхности проходит винтовой шнек. Съемная буровая коронка используется для различных длин буровой штанги в зависимости от предполагаемой к бурению мощности морского льда и содержит: перьевой наконечник на винтовом несущем стержне, завинчивающийся в несущую втулку перьевого наконечника в торцевой части полого корпуса буровой коронки, имеющей спутниковую антенну типа «иридиум», радиоантенну, оптический проблесковый маячок, заполненной герметичной сплошной композитной радиопрозрачной бесцветной заливкой, имеющей в другой торцевой части несущую резьбовую втулку, кабель герметичный с герморазъемом и по всей наружной поверхности имеющей винтовой шнек. Технический результат заключается в увеличении функциональных возможностей и расширении арсенала устройств для исследования покрытых льдом акваторий Арктики посредством новой, альтернативной, комбинированной совокупности подводной автономной буйковой станции с буровой системой для бурения льда снизу вверх, позволяющей обеспечить передачу данных в условиях ледового покрова. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Съемная буровая коронка самовсплывающего буя для бурения льда снизу вверх, являющаяся комплексной приемопередающей антенной с проблесковым маячком и съемным буровым инструментом, устанавливаемым на буровые системы для бурения различной толщины морского льда из подводного положения снизу вверх, содержащая металлическую трубу с вырезами, имеющую внутри запаянные в герметичную сплошную композитную радиопрозрачную бесцветную массу спутниковую и радиоантенну с проблесковым маячком, с одной стороны имеющую резьбовую втулку с проходящим через нее герметичным кабелем для вкручивания в буровую колонну и соединения с основным кабелем связи, а с другой стороны - несущую втулку с перьевым наконечником на винтовом несущем стержне, при этом по наружной поверхности проходит винтовой шнек, отличающаяся тем, что выполнена в виде съемной буровой коронки, используемой для различных длин буровой штанги в зависимости от предполагаемой к бурению мощности морского льда, и содержит: перьевой наконечник на винтовом несущем стержне (1), завинчивающийся в несущую втулку перьевого наконечника (2) в торцевой части полого корпуса буровой коронки (3), имеющей спутниковую антенну типа «иридиум» (8), радиоантенну (9), оптический проблесковый маячок (10), заполненной герметичной сплошной композитной радиопрозрачной бесцветной заливкой (11), имеющей в другой торцевой части несущую резьбовую втулку (5), кабель герметичный (6) с герморазъемом (7) и по всей наружной поверхности имеющей винтовой шнек (4).

2. Съемная буровая коронка самовсплывающего буя для бурения льда снизу вверх по п. 1, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью установки на буровые штанги различного размера с образованием отверстия диаметром 35 мм, являясь носителем спутниковой и высокочастотной радиоантенн с проблесковым маячком и в режиме ожидания в подводном положении выдерживающая давление до 200 МПа.