EA007399B1 - Способ и устройство для удаления бурового шлама из подводных скважин - Google Patents

Abstract

Способ и устройство для подводного удаления бурового шлама из скважины посредством эжектора (5), насоса (3) и всасывающего шланга (6), причем эжектор (5) приводится в действие насосом (3), который жестко прикреплен к АДУ (2), и выполнен за одно целое с внешним соплом, а указанный АДУ (2) с насосом (3) подсоединен к эжектору только тогда, когда необходимо осуществить удаление бурового шлама.

Description

Данное изобретение относится к способу и устройству для удаления бурового шлама из подводных скважин во время бурения.

Предпосылки изобретения

При бурении скважин в подземных формациях образуется буровой шлам, который выносится на поверхность буровой жидкостью. При бурении скважин в открытом море, например при добыче нефти и/или газа, для проведения бурения самых верхних участков ствола скважин в качестве буровой жидкости обычно используется вода. В этом случае возможно осаждение на дне моря загрязненного бурового шлама. Из одной скважины обычно получается несколько сот кубических метров бурового шлама.

Поэтому буровой шлам необходимо переносить от скважин с тем, чтобы не происходило образование осаждений в виде больших куч шлама, затрудняющих дальнейшую работу в скважине или в устье скважины с возможным повреждением конструкций.

Ввиду того, что бурение является весьма дорогостоящей операцией, к оборудованию, используемому для переноса бурового шлама, предъявляются высокие требования по эксплуатационной надежности и достаточной пропускной способности. Ствол скважины может окружать донная направляющая платформа, через которую проходит бурильная колонна. Подсоединив к такой донной направляющей платформе всасывающий шланг, можно удалять буровой шлам, образовавшийся во время бурения.

Уровень техники

Для решения этой проблемы было предложено несколько технических решений, подобных тому, которое приведено в патенте Норвегии № 302043. Недостаток этого и других существующих технических решений заключается в том, что они очень энергоемки и требуют применения массивного оборудования с отдельной подачей энергии с поверхности. Следствием этого является необходимость в перемещении оборудования и персонала к буровой установке, необходимость в складском помещении для такого оборудования, как лебедки и источники энергии, и опасность, связанная с управлением оборудованием на площадке буровой установки и размещением персонала.

Кроме того, недостатком нескольких существующих технических решений является то, что поперечное сечение всасывающей системы является неравномерным, и поэтому существует опасность закупоривания и временного прекращения бурения. Хорошо известно, что для всасывания осадочных пород можно использовать эжектор с эксцентрическим соплом (патент Норвегии № 312541). Однако он жестко ограничен по дальности переноса осадочной породы. И, кроме того, следует отметить, что АДУ (аппарат с дистанционным управлением) не может быть задействован вместе с драгой в непосредственной близости от буровой установки во время бурения. Указанный патент не дает ответа на вопрос, как располагать оборудование для того, чтобы под рукой всегда находился резервный агрегат или агрегаты с различными возможностями.

Известно, например, из норвежской заявки на изобретение № 2001 4843, несколько различных конструктивных решений эжекторов, в которых сопло или сопла расположены эксцентрично для устранения засорения эжектора.

Также общеизвестно, что для подводной выемки грунта можно применять всасывающую насадку с двумя входными отверстиями, что позволяет располагать всасывающую насадку на верхней части осадочной породы без какого-либо риска закупоривания всасывающего шланга (норвежская заявка на изобретение № 20016361).

Цель изобретения

Целью данного изобретения является создание способа и устройства для такого переноса бурового шлама из подводных скважин во время бурения, который является эффективным и требует небольшого количества оборудования.

Сущность изобретения

Данное изобретение включает способ по п.1 формулы изобретения и устройство по п.10 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Предлагаемые способ и устройство позволяют одно или несколько АДУ, применяемые для приведения в действие эжектора, использовать для других целей тогда, когда нет текущей необходимости в переносе осадочной породы. Для достижения желаемой эксплуатационной гибкости АДУ и эжектор имеют соответствующий элемент соединительной муфты, которая в предпочтительном случае может управляться посредством АДУ. Таким образом, на АДУ устанавливается лишь водяной насос с отдельным соединительным шлангом, который может также использоваться в общих целях.

Кроме того, весьма предпочтительно, чтобы трубопроводная или шланговая система, присоединенная к эжектору, имела постоянный диаметр или, по меньшей мере, не имела сужений в направлении от входного до выходного конца для того, чтобы устранить препятствия, которые могут привести к закупориванию.

Преимуществом предлагаемого способа является то, что он предоставляет возможность непрерывного удаления бурового шлама во время проведения бурения скважины, что является предпочтительным вариантом осуществления способа в соответствии с данным изобретением.

- 1 007399

Для снижения потери энергии выпускная сторона эжектора конструктивно выполнена с постепенным увеличением поперечного сечения. Такой выпуск обычно называют диффузором.

Другим преимуществом предлагаемых способа и устройства является то, что для удаления осадочной породы из мест с ограниченным (суженным) доступом используется легкое всасывающее оборудование, основанное на АДУ (в соответствии с патентом Норвегии № 312541). При этом водяной насос, подающий воду к эжектору, может снабжаться энергией от стандартного источника энергии, предназначенного для АДУ. Конструктивно всасывающий блок выполнен так, что позволяет не только получить доступ к суженым местам, но также избежать повреждения уязвимых компонентов и оборудования.

Подробное описание изобретения

Фиг. 1 представляет собой схематический вид варианта выполнения устройства в соответствии с данным изобретением.

Фиг. 2 представляет собой вид резервного эжектора с всасывающим шлангом в соответствии с данным изобретением.

Фиг. 3 представляет собой схематический вид альтернативного выполнения устройства в соответствии с данным изобретением.

Фиг. 4 представляет собой вид показанного на фиг. 1 варианта выполнения, содержащего также шланг на нагнетательной стороне эжектора.

Фиг. 5 показывает альтернативу вариантам выполнения, показанным на фиг. 1 и 4.

На фиг. 1 схематически показано, как узел (блок) 1 (обведен окружностью), содержащий АДУ 2 с прикрепленным к нему водяным насосом 3, соединительным шлангом 4 и первым элементом 11а соединительной муфты, может быть перемещен и легко соединен с другим блоком, содержащим эжектор 5 с всасывающим шлангом 6 или трубопроводом, который на чертеже показан подсоединенным к скважине 7 вблизи дна 8 моря с целью откачки бурового шлама из скважины к насыпи 9, расположенной на расстоянии от скважины 7. Эжектор 5 имеет другой элемент 11Ь соединительной муфты 11, предназначенный для соединения с первым элементом 11а указанной соединительной муфты.

Всасывающий шланг или трубопровод 6 имеет, в основном, постоянное поперечное сечение вдоль всей его длины и выполнен настолько прямолинейным, насколько это возможно. Эжектор 5 содержит трубу, в основном, постоянного диаметра, соответствующего диаметру всасывающего шланга 6. В показанном варианте выполнения эжектор имеет расширенную выходную оконечную деталь 10, выполняющую функцию диффузора и создающую наилучшее возможное всасывающее усилие от имеющегося источника энергии. Эжектор содержит одно или несколько сопел привода (не показаны), на которые от водяного насоса 3 подается вода. Предпочтительней, чтобы эжектор 5 по данному изобретению относился к эжекторам с расположенными снаружи соплами, описанным в патенте Норвегии № 312541. Кроме того, предпочтительнее, чтобы эжектор 5 имел прямую эжекторную трубку по меньшей мере с двумя соплами, расположенными, как описано в норвежской заявке на изобретение № 20014843, симметрично вокруг трубки.

Узел 1, состоящий из АДУ 2/насоса 3/соединительного шланга 4, при необходимости может быть легко подсоединен к эжектору 5 и отсоединен от него при помощи соединительной муфты 11. При таком решении АДУ может быть использован и для других целей. Кроме того, всасывающий шланг 6 может быть выполнен с возможностью подсоединения к скважине 7 другой соединительной муфтой 12. В предпочтительном случае соединительные муфты 11 и 12 являются такими соединительными муфтами, что ими можно управлять с помощью АДУ, предпочтительней того АДУ, к которому они должны быть подсоединены. В типичном случае соединительная муфта 11 должна быть того типа, который обычно называют быстродействующей соединительной муфтой. Конструкция самой соединительной муфты 11 не является существенной, хотя в общем случае она должна содержать запирающий элемент, который при небольшом вращательном перемещении или простом осевом перемещении обеспечивает герметичное соединение элементов 11а и 11Ь друг с другом. Запирающий элемент в типичном случае выполнен с возможностью управления им от обычных внешних манипуляторов, расположенных на АДУ. Вторая соединительная муфта 12 может быть того же типа, что и соединительная муфта 11, или другого типа.

В эжектор 5 вода подается посредством водяного насоса 3. Основной отличительной чертой предлагаемого способа является возможность подсоединения данного АДУ 2 к эжектору 5 всасывающим шлангом 6 только при возникновении необходимости удаления осадочной породы. Следовательно, этот же АДУ 2 является доступным для других работ при отсутствии необходимости удаления осадочной породы. Между прочим, удобнее, если водяной насос 3, предназначенный для подачи воды к эжектору, также выполнен так, что подает воду по меньшей мере к одному соплу, расположенному на входном конце всасывающего шланга 6 или около него, с целью обратной промывки осадочной породы, которая, возможно, застряла во входном отверстии. Это по меньшей мере одно сопло (не показано) также должно быть расположено снаружи шланга или трубопровода 6 так, чтобы не ограничивать его поперечное сечение.

Обычно для эжектора 5 используется энергия, находящаяся в распоряжении на данном АДУ 2, например, в виде гидравлической энергии. АДУ нескольких рабочих классов обладают доступной гидравлической энергией, соответствующей 20-30 кВт. По сравнению с потребностью это довольно малое значение. Поэтому эжектор 5 и всасывающий шланг 6 должны быть конструктивно выполнены так, чтобы

- 2 007399 оптимально использовать это значение для получения всасывающего усилия, достаточного для удаления производимых объемов бурового шлама. Кроме того, важно, чтобы скорость во всасывающем шланге 6 была достаточно высокой для того, чтобы избежать осаждения осадочной породы и закупоривания всасывающего шланга 6 или дополнительного разгрузочного шланга 14. На фиг. 2 показан резервный эжектор 5' со всасывающим шлангом 6', имеющим соответствующие элементы 11Ь' и 12а' соединительных муфт 11 и 12. Этот резервный блок может быть идентичным блоку, показанному на фиг. 1, но также может отличаться от него диаметром и/или длиной.

Предпочтительной особенностью предлагаемого способа является поддержание в состоянии готовности подобного резервного блока, содержащего эжектор 5' и всасывающий шланг 6', который может быть легко подсоединен при закупорке основного блока или при возникновении другой необходимости в замене.

Резервный блок в состоянии готовности может находиться на дне моря рядом со скважиной. Дополнительно имеется возможность крепления резервного блока/блоков к донной направляющей платформе, через которую проходит бурильная колонна, что позволяет очень быстро провести замену на резервный всасывающий шланг/эжекторный блок.

Свойства резервных блоков могут отличаться от свойств основного эжектора 5 и всасывающего шланга 6. Например, длина всасывающего шланга 6' может отличаться от длины всасывающего шланга

6. При меньшей длине шланга увеличивается всасывающая способность, но укорачивается расстояние перемещения осадочной породы. Вполне возможно иметь в наличии несколько различных резервных блоков.

На фиг. 3 показано, как представленные на фиг. 1 АДУ 2 вместе с насосом 3 и соединительным шлангом 4 с муфтой 11 можно использовать с другим типом оборудования. Другим типом оборудования, показанным на фиг. 3, является эжектор 15 с, по существу, жестким и сравнительно коротким наконечником 16, предназначенным для перемещения осадочной породы в сторону от области, которая обычно трудна для доступа, например, расположенной ниже закрепленной конструкции 13 в виде причала, пирса и подобной конструкции.

Для многих целей удобнее, чтобы всасывающий шланг был гибким, поскольку подобным шлангом легче управлять, чем жестким трубопроводом, и вследствие того, что он позволяет осуществлять более свободное позиционирование его выходного конца. Входной конец всасывающего шланга расположен около того места, где буровой шлам выгружается из скважины. При размещении буровой колонны внутри донной направляющей платформы обычно имеется средство, предназначенное для крепления к ней всасывающего шланга. Следует отметить, что в объем правовой охраны данного изобретения также включен жесткий трубопровод, жесткий трубопровод с шарнирным сочленением или сочетание жесткого трубопровода и гибкого шланга.

На фиг. 4 показан альтернативный вариант выполнения изобретения, в котором выгружающий шланг 14 расположен на выходной или нагнетательной стороне эжектора для того, чтобы дополнительно увеличить расстояние, на которое буровой шлам может быть перенесен от скважины. У конца выгружающего шланга 14 показано устройство 17, предназначенное для перемещения наиболее удаленного конца выгружающего шланга по мере роста земляной насыпи 9, состоящей из бурового шлама. Подобно всасывающему шлангу 6 выгружающий шланг 14 также может иметь форму, в основном, жесткого трубопровода, но предпочтительнее, чтобы, по меньшей мере, некоторые участки выгружающего шланга были гибкими.

На фиг. 5 показан еще один вариант выполнения данного изобретения. Особенностью этого варианта является то, что эжекторный блок 15 посредством соединительной муфты 12 подсоединен непосредственно к обсадной трубе или другому подобному элементу скважины без какого-либо промежуточного всасывающего шланга. Подобно варианту выполнения, показанному на фиг. 4, выгружающий шланг 14, предназначенный для переноса бурового шлама от эжектора 5 к земляной насыпи 9, соединен с эжектором. Поскольку может возникнуть затруднение с доступом в области, смежные со скважиной, с помощью АДУ или подобного ему устройства, то от соединительной муфты 11 на АДУ 2 до эжектора 5 проходит удлинительный шланг 18 для воды.

Часто существует необходимость в замене оборудования/очистке места вокруг скважины после завершения бурения или необходимость в удалении осадочной породы, к которой затруднен доступ. Для этих целей можно использовать драгу с эжектором, которая также может быть расположена на дне моря. Эта драга (или, в случае необходимости, больше чем одна такая драга) может иметь длинную остроконечную всасывающую насадку, которую выгоднее выполнить из мягкого материала, наподобие пластика. Таким образом, осадочная порода может быть удалена из мест, до которых трудно добраться без повреждения уязвимых компонентов. Всасывающая насадка может также иметь форму сдвоенной трубки, так что опасность засорения трубопровода не возникает даже в случае проведения работы в плотной осадочной породе (см. всасывающую насадку в норвежской заявке на изобретение № 2001 6361). Ничто не препятствует использованию нескольких различных драг при возникновении такой необходимости.

При необходимости удаления осадочной породы, например, из отвала бурового шлама может быть желательной установка всасывающей насадки на верхней части отвала. В подобных случаях предпочти

- 3 007399 тельнее, чтобы на входном конце всасывающего шланга 6, 6' располагалась всасывающая насадка с двумя разнесенными по вертикали входными отверстиями, при этом верхнее отверстие расположено так, что всасывает только воду, а нижнее входное отверстие расположено так, что всасывает осадочную породу и воду. Подобную всасывающую насадку можно оставить без контроля или наблюдения без какоголибо риска закупоривания.

Claims (13)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство для удаления бурового шлама из скважины (7) с использованием эжектора, отличающееся тем, что оно содержит первый блок (1) в виде АДУ (2) с жестко прикрепленным эжекторным насосом (3), имеющим соединительный шланг (4), оканчивающийся первым элементом (11а) соединительной муфты (11), и по меньшей мере один второй блок, содержащий всасывающий шланг (6) и эжектор (5), который имеет второй элемент (11Ь) указанной соединительной муфты (11), при этом первый элемент (11а) и второй элемент (11Ь) соединительной муфты (11) предназначены для соединения друг с другом.
2. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что входной конец всасывающего шланга (6) выполнен с возможностью подсоединения к донной направляющей платформе у устья скважины (7) соответствующей соединительной муфтой (12).
3. 3. Устройство по любому из пп.1-2, отличающееся тем, что эжекторный насос (3), подающий воду в эжектор (5), получает энергию от стандартного источника энергии, предназначенного для АДУ (2).
4. 4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что эжектор (5) расположен на выходном конце всасывающего шланга (6).
5. 5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что к выходной стороне эжектора (5) подсоединен выгружающий шланг или трубопровод (14) так, что осадочная порода может быть перенесена далеко в сторону от скважины (7).
6. 6. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что эжектор (5) подсоединен непосредственно к донной направляющей платформе, расположенной вокруг скважины (7), соответствующей соединительной муфтой (12), а выходная сторона эжектора подсоединена к выгружающему шлангу (14), причем указанный АДУ в предпочтительном случае подсоединен к эжектору (5) посредством отдельного удлинительного шланга (18).
7. 7. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что эжектор (5) относится к эжекторам, содержащим сопло, расположенное полностью снаружи отверстия трубы эжектора.
8. 8. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что на входном конце всасывающего шланга (6) расположена трубка или всасывающая насадка с двумя входными отверстиями, расположенными по вертикали на расстоянии друг от друга, при этом верхнее отверстие расположено так, что всасывает только воду, а нижнее отверстие расположено так, что всасывает вместе осадочную породу и воду.
9. 9. Устройство по любому из пп.1-5 или 7-8, отличающееся тем, что всасывающий шланг (6) и эжектор (5) имеют одинаковое, по существу, постоянное поперечное сечение.
10. 10. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что эжектор (5) представляет собой эжектор прямолинейной формы по меньшей мере с двумя симметрично расположенными соплами.
11. 11. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что выходной конец (10) эжектора (5) выполнен с постепенно увеличивающимся поперечным сечением.
12. 12. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что соединительная муфта (11) между водяным насосом (3) и эжектором (5) выбрана из существующих быстродействующих соединительных муфт.
13. 13. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что по меньшей мере одно сопло, выполненное с возможностью подачи в него воды от насоса (3), расположено около входного конца всасывающего шланга (6) для обеспечения возможности обратной промывки водой через всасывающий шланг (6) с целью вымывания любой осадочной породы, которая случайно застряла в указанном входном конце.