Плавучая буровая установка Советский патент 1984 года по МПК E21B7/132 

1 Изобретение относится к бурению, в частности к плавучим буровым установкам при бурении неглубоких скважин на шельфе. Известно буровое судно, содержащее корпус и связанную с ним бурову установку, включающую вьшпсу, вращатель систему подачи и извлечения инструмента, причем буровое судно снабжено системой стабилизации, обе печивакяцей бурение при волнении моря D. Однако система стабилизации зтого устройства сложна по конструкции и трудновыполнима. Известна также плавучая буровая установка, содержащая плавсредство с рабочей площадкой и сквозным колодцем- выполненным в корпусе, систему стабилизации, включающую неподвижную часть, жестко связанную с рабочей площадкой,и подвижную часть, связанную посредством роликов с неподвижной частью, буровой агрегат жестко связанный с подвижной частью и включающий вьшку, привод, состоящий из вращателя и подъемника колонну труб . Система стабилизации известного устройства проста, но недостатком является ограниченность применения установки при значительных волнениях моря, что сказывается на эффективности и производительности бурения. Цель изобретения - повьшение эффективности бурения на шельфе морей при воздействии волновых и ветровых факторюв за счет повышения степени стабилизации. Указанная цель достигается тем, что в плавучей буровой установке, содержащей плавсредство с рабочей площадкой и сквозным колодцем, выполненным в корпусе, систему стабилизации, зктшчакщун} неподвижную часть, жестко связанную с рабочей площадкой к подвижную часть, связанную посредством роликов с неподвижной частью, буровой агрегат жестко связанный, с подвижной частью и включающий аышку, привод, состоящий из вращателя н подъемника, колонну труб, неподвижная часть системы стабилнзащш аыпоннеиа в виде ферромагнитного кольца, а подвижная в виде магнитного кольца, снабженного роликами, расположенными по jокружности внешней поверхности коль 3 ца, причем вращатель и подъемник привода связаны с вышкой посредством упругой связи. Масса подвижного магнитного кольца удовлетворяет следующему выражению;Д ( dl) Ч -т где m - масса подвижного магнитнолдго кольца, м; удельное магнитное притяжение между подвижным магнитным кольцом и ферромагнитным кольцом, масса буровой вьшпси, н; внешний подвижного магнитного кольца, м; масса привода, н; « внутренний диаметр неподвижного кольцй, м; 1 - ускорение свободного падс , 2 ния, kl - коэффициент запаса. На фиг, 1 изображено устройство, общий вид; на фиг, 2 - привод, продольный разрез. Устройство, включает плавсредство 1 с рабочей площадкой 2, буровую вышку 3, колонну труб 4, привод 5. На рабочей площадке 2 плавсредства установлено неподвижное ферромагнитное кольцо 6, на котором установлено подвижное магнитное кольцо 7, на котором жестко своим основанием 8 укре1глена буровая вмпка 3, причем плавсредство 1 содержит сквозной вертикальный колодец 9, а привод 5 выполнен из вращателя 10 и подъемника 1I в виде одного блока 12 и установлен посредством упругой связи 13 на буровой вьшке 3. Вращатель 50 вьтолнен в виде индуктора 14 с вращавшимся магнитныьг полем, а подъемник I1 - в виде индуктора i5 с линейно бегущим магнитным полем. Подвижное магнитное кольцо 7 снабжено шарикоподшипниками 16,, расположенными на рабочей поверхности 17, и роликами 18, располойсснными по окружности внешней цили1адрической поверхности 19 гсольца. Масса подвижного магнитного кольца 7 удовлетворяет следующему соотношению;где mfg масса подвижного магнитного кольца, н; m - масса буровой вышки, н; т - масса привода, н; f - удельное магиитное притяжение между подвижным магнитным кольцом и неподвижным кольцом, н/м ; d. - внешний диаметр подвижного магнитного кольца, м; d - внутренний диаметр неподвижного кольца, м; k - коэффициент aaniaca; Q - ускорение свободного падения тела, м/с . Внутренний диаметр неподвижного кольца 6 равен внутреннему диаметру сквозного вертикального колодца 9. Колонна труб выполнена из ферромагнитной части 20 и электропроводяцей 21, выполненной, например, из дюралюминия, причем обе части 20 и 21 представляют собой трубы, вста ленные друг в друга таким образом, чтобы исключалось их взаимное вращение друг относительно друга. Блок 12 состоит из трубы 22, выполненной из сташи, и внутренней втулки 23, выполненной из немагнитного износоустойчивого материала, из нержавеющей стали. Подшипники 24 и 25 служат для обеспечения свободного вращения колонны труб 4 относительно блока 12 Индуктор 14 снабжен многофазной обмоткой 26 и магнитопроводом 27 из шихтованной электротехнической стали с пазами 28. Индуктор 15 снабжен кольцевой многофазной обмоткой 29, уложенной в пазы 30 магнитопровода 31 из шихтованной злектротехнической стали. Колонна труб 4 снабжена буровой коронкой 32, а плавсредство i в точ ке бурения закреплено швартонлми ко цами 33 с якорями 34 коморскому , . дну 35. , Неподвижное кольцо 6 сиабжено ог раждающим- барьером 36 с захватами 37 для фиксации буровой в1Ш1ки 3. Устройство снабжено силовой уста новкой 38 для вращения гребного вала 39 и винта 40, а также блоком питания 41 и блоком управления 42 всеми технологическими процессами, связанными с бурением скважины 43. Устройство работает следующим образом. Для прихода плавсредства в точку бурения включают силовую установку 38. После прихода в точку бурения гребной вал 39 вместе с вин- том 40 отключают, а силовая установ-ка работает, для обеспечения электроэнергией блока питания 41. Затем отдают швартовые концы 33 и якоря опускают на дно моря 35. Буровую вьопку 3 освобождают от фиксации захватами 37 к барьеру 36 неподвижного кольца 6 после того, как колонна труб 4 вставлена в Привод 5 и совмещена вдоль его осевой линии, а также включен подъемник 11 в режим медленного опускания колонны труб 4 до упора коронки 32 в юрское дно 35. Для производства бурения включают подъемник I привода 5 для подъема колонны труб 4 на необходимую высоту, которая определяется с помощью ЭШ н блоком управления 42. Затем колонну труб 4 опускают за счет двух сил: силы тяжести и силы, развиваемой подъемником П, кото ялй в этот момент работает в каг честве дополнительного податчика колонны труб 4 на забой скважины 43. Производится вруб коронкой 32 в забой скважины 43 и скол массива морского дна 35. Затем подъемник 1I включают в режим подъема колонны труб 4 вместе с коронкой 32 .И,как только коронка 32 отойдет от забоя скважины 43 включают вращатель 10 для поворота колонны труб 4 вместе с коронкой 32 на определенный угол поворота, ко- торый определяется с помощью ЭВМ в зависимости от режима бурения, свойств массива морского дна 35, а также глубиш.1 моря. В этот момент времени работают подъемник 11 и вращатель 10, причем продолжительность их совместной работы регулируется блоком управления 42. После того, как произойдет разворот колонны труб 4 вокруг своей продольной оси, вращатель 10 отключают, а подъемник П работает до подъема колонны труб 4 на заданную Ш:.соту, после достижения которой подъемник 1 переключают для опускания колонны труб 4 в забой скважины 43. Коронкой 32 заносится удар, и происходит очередное разрушение массива морского дна 35. Подъемник 11 в момент, когда коронг ка 32 коснется забоя скважины 43, S отключается от работы в качестве податчика. Этим завершается цикл бурения. Такие циклы подъема, поворота и опускания колонны труб 4 с коронкой 32 повторяются до тех пор, пока не будет достигнута необходимая глубина бурения скважины 43 или пока не будет израсходован запас длины колонйы труб 4. На ЭВМ рассчитырвают необходимый режим работы всей плавучей буровойустановки в зависимости от возмущений, действующих на плавсредство 1, глубины моря, прочности массива горных пород, слагающих морское дно 35, веса колонны труб 4 и других параметров, влияющих на процесс бурения скважины 43. Принцип работы вращателя 10 основан на том, что после включения обмотки 26 в сеть трехфазного тока в индукторе 14 образуется вращающееся магнитное поле, индуктирующее ЭДС и токи в электропроводящей части 21 колонны труб 4, В результате взаимодействия токо трубы 21 с вращаклцимся полем индуктора 14 колонна труб 4 приводится во вращение. Для того, чтобы поменять вращение колонны труб 4 на про тивоположное, необходимо поменять местами две какие-либо фазы обмотки 26 на клеммнике блока питания 4 Подъемник 11 действует по принципу линейного асинхронного двигателя . После включения его обмотки 29 в сеть трехфазного тока в индукторе 5 образуется линейно бегущее магнитное поле, налравленное вдоль оси колонны труб 4г В результате взаимодействия линейно бегущего поля индуктора 5 с трубой 21,. в последней индуктируются. ЭДС и токи, в результате взаинодействия которых с полем индуктора 15 возникает усилие,, действующее на колонну труб 4 вдоль ее оси. Это усилие может быть направлено вертикально вверх или вниз. Это зависит от направления движения линейно бегухцего магнитного поля индуктора 15. TIpPi двил;ении линейно бегущего поля индуктора 15 вверх усилие, действу шдее на колонну труб А, будет подъемным, а при движении линейно бегущего поля индуктора 15 вниз, это усилие 3 6 способствует опусканию колонны труб 4 в скважину 43. До изменения направления движения линейно бегущего магнитного поля индуктора 15 необходимо поменять местами какие-либо фазы обмотки 29 индуктора 15 на клеммнике блока питания 41, Блок управления 42 вместе с ЭВМ обеспечивает необходимую очередность включения вращателя 10 и подъемника 11 . При этом должно вь полняться следующее условие: в момент касания коронки 32 забоя скважины 43 вращатель 10 отключен. Это необходимо для того, чтобы крутящий момент, возникающий при бурении скважины 43, не передавался на плавсредство, привод и буровую вышку 3. После исчезновения Механического контакта коронки 32 с забоем скважины 43 вращатель I О может быть включен в работу параллельно с подъемником 11, причем работа вращателя 10 может осуществляться как в момент подъема колонны труб 4, так и в момент их опускания в скважину 43. Высота подъема колонны труб 4, угол поворота ее вокруг продольной оси, частота ударов.зависят от глубины моря, глубины скважины, водоизмещения плавсредства , состояния акватории, и каждом случае выбираются оптимальными для данных горногеологических условий. Шлам из забоя выносится известт 1ми способами, например потоком сжатого воздуха или водой. Если, плавсредство 1 подвержено бортовой, килевой, поперечно-горизонтальной или продольно-горизонтальной качке, то колонна труб 4 сохраняет свое рабочее положение и не испытывает на себе воздействия специфических морских факторовj поскольку вьшша 3, благодаря налтичию вертикального колодца 9, а также магнитной связи свободно перемещается относительно плавсредства , Пусть, например, плавсредство сместится вправо (см. фиг, I), при этом магнитное кольцо 7 на шарикоподшипниках 16 вместе с колонной труб 4, приводом 5, вьшжой 3 переместится влево, оставаясь над прежней точкой бурения скважины 43, Таким образом, плаззсредство имеет шесть степеней свободы и подвержено бортовой, килевой, поперечно-горизонтальной, продольно-гори зонтальной качке и рысканью, а колонна труб А с коронкой 32 и приводом 5, а также вышкой 3 и кольцом 7 находятся в точке бурения скважины 43. Если плавсредство приподнимется на волне или опустится, то и в этом случае работа буровой не нарушится, так как привод 5 при этом опустится или наоборот поднимется относительно колонны труб 4, не сби ее с точки бурения. При наклоне плавсредства перпендикулярно плоскости поверхности воды вышка 3 вместе с магнитным кольцом 7, а также с рабочей площадкой 2 и кольцом 6 наклоняется вместе с плавсредством 1 в ту же сторону, однако благодаря наличию упругой связи 13 на буровой вьшже 3 колонна труб 4 сохранит свою работо способность в прежней точке бурения в скважине 43. Благодаря этому сохраняются все шесть степеней свободы плавсредства на море и нахождение буровой колонны труб 4 в точке бурения, а также надежное прижатие вышки 3 к ферромагнитному кольцу 6. Якоря 34 вместе с швартовыми концами 33 удержива ют плавсредство Г в точке бурения.: Блок питания 41 получает электрическую энергию от силовой установки 38, которую сообщают приводу 5 и блоку 42 управления всеми технологическими .процессами, связанными с подъемом, опусканием и вращением буровой коронки 32 вместе с колонной труб 4. Использование плавучей буровой установки для проходки неглубоких скважин при добыче нефти и газа на шельфе морей позволит увеличить эффективность процесса бурения за счет использования магнитной связи, которая обеспечивает удержание буровой вышки 3 вместе с приводом 5, а также колонной труб 4 с коронкой 37 в точке бурения скважины 43. При этом плавсредство может иметь шесть степеней свободы и подвержено бортовой, килевой, поперечно-горизонтальной , продольно-горизонтальной качке и рысканью. Возмущения, действующие на плавсредство Г, благодаря этому, а также благодаря наличию специального подъемника I1 и вращателя 10 не передаются колонне труб 4 с коронкой 32, при этом обеспечивается высокая эффективность процесса бурения.

фиёЛ

f4

4

fP/530

гд/4

3

1. ПЛАВУЧАЯ БУРОВАЯ УСТАНОВКА, содержащая плавсредство с ; рабочей площадкой и сквозным колодцем, выполненнь1М в корпусе, систему стабилизации, включаклцую неподвижную часть, жестко связанную с рабочей площадкой, и подвижнуючасть, связанную посредством роликов с неподвижной частью, буровой агрегат, жестко связанный с подвижной частью и включакяций вышку, привод, состоящий из вращателя и подъемника, колонну труб, отлич ающаяс я тем, что, с целью повьшения эффективности бурения на шельфе морей при воздействии волновых и ветровых факторов за счет повышения степени стабилизации, неподвижная часть системы стабилизации вьшолнена в виде ферромагнитного кольца, а подвижная - в виде магнитного кольца, снабженного роликами, расположенными по окружности внешней поверхности кольца, причем вращатель и подъемник привода связаны с вышкой посредством упругой связи, 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что масса ПОДВИЖНОГО магнитного кольца удовлетворяет следующему выражению: / / j2 ,3 ч и fl 11ф1-Ш5-т о & п гМ А сг . V, о g- Ь масса подвижного магнитногде т. (Л го кольца, н; f удельное магнитное притяжение между подвижным магнитным кольцом и ферромагнитным кольцом, масса буровой вышки, н; масса привода, н; °(. 00 05 d. внешний диаметр подвижного магнитного кольца, м; drt - внутренний диаметр неподвижного кольца, м; Слд g - ускорение свободного падения, м/с ; k - коэффициент запаса.