EA021244B1 - Буровая установка и способ её монтажа - Google Patents

Abstract

Изобретение представляет собой буровую установку для использования на буровой платформе со снабженной кареткой подачи и состоящей по меньшей мере из двух сегментов буровой мачтой, монтируемой таким образом, при котором по меньшей мере один из сегментов поднимается наверх при помощи каретки подачи. Изобретением предлагается также техника монтажа буровой мачты из по меньшей мере двух сегментов, подразумевающая следующие шаги: фиксация каретки подачи, установка сегмента буровой мачты под кареткой подачи и подъем сегмента мачты при помощи каретки подачи. Таким образом, можно отказаться от использования дополнительных устройств и сэкономить используемое пространство.

Description

Предлагаемое изобретение относится к буровой установке, более конкретно к установке глубокого бурения, установленной на шельфе в области, где ее применение необходимо для освоения месторождения путем вертикального бурения. Под месторождением подразумевается в первую очередь скопление минерального вещества в жидком, твердом или газообразном состоянии или залегание энергетически ценных веществ в геологических структурах, что касается в первую очередь нефти, природного газа и геотермической энергии.

Современный уровень технологий

Вертикальное бурение применяется при разработке нефтяных и газовых месторождений или при добыче геотермической энергии. Современному уровню развития техники соответствует установка вертикального бурения типа МЭИ 370 Мах ЧгсюЬсг СтЬН & Со. КС аА, изображенная в качестве примера на фиг. 1 и кратко описанная ниже.

Буровая мачта 1 расположена на поворотном барабане, чтобы быть подвижной относительно буровой платформы 4. Это позволяет облегчить монтаж буровой мачты 1. На буровой мачте 1 закреплена движущаяся по вертикали каретка подачи 6 с приемником для установки буровых штанг 8. Буровые штанги 10 подводятся с помощью манипулятора для работы с трубами 12, закрепляются в приемнике для установки буровых штанг 8 и подводятся к буровой скважине. Буровая платформа 4 строится на основании 14, состоящем из множества сегментов 16, уложенных друг на друга.

Установки того же рода описаны в патентных заявках РСТ/ЕР2005/000452, РСТ/ЕР2005/000453, РСТ/ЕР2005/000454 и РСТ/ЕР2005/000455. Возможно применение этих установок для бурения на шельфе. При этом буровая установка либо доставляется на место бурения в собранном виде, либо частично собранной во время буксировки.

В то время как названные буровые установки предусматривают возможность быть заново установленными на новом месте, современной проблемой разработки нефтяных и газовых полей становится техническое устаревание буровых установок существующих буровых платформ и невозможность их дальнейшей эксплуатации, несмотря на желательность дальнейшей разработки существующих скважин.

Демонтаж существующих буровых установок и переоснащение требует крупных денежных и временных затрат, особенно принимая во внимание необходимость доставлять на специальных кораблях по морю большие детали установок и осуществлять крупные монтажные работы, в частности сварочные работы.

Кроме того, существуют ограничения по занимаемой площади, особенно при монтаже новой буровой мачты на уже существующей платформе. Недостатки использования телескопической буровой мачты связаны с недостаточными равномерностью движения каретки подачи и стабильностью конструкции при плохих погодных условиях.

Описание изобретения

Задача предлагаемого изобретения - предложить буровую установку с возможностью быстрой транспортировки, монтажа и демонтажа буровой установки при строгом соблюдении правил безопасности для буровых установок, расположенных на шельфе, в частности, в соответствии со стандартом Νοτзок. Кроме того, должна быть предусмотрена техника монтажа для такой буровой установки, позволяющая осуществлять ее быстрый монтаж и демонтаж.

Эту задачу решают буровая установка по п.1 и техника монтажа по пп.7 и 11.

Изобретением предлагается буровая установка для использования на буровой платформе со снабженной кареткой подачи и состоящей, по меньшей мере, из двух сегментов буровой мачтой, собранной таким образом, что по меньшей мере один из сегментов может перемещаться вверх при помощи каретки подачи. Таким образом, буровая установка может применяться в условиях ограниченного пространства, а установка буровой мачты требует незначительной свободной площади. Благодаря применению каретки подачи для подъемных работ при монтаже буровой мачты можно отказаться от использования подъемного крана, что ведет к экономии средств.

Перемещаемый наверх при помощи каретки подачи сегмент должен быть снабжен по крайней мере одной зубчатой рейкой для захвата кареткой подачи. Таким образом, перемещение сегмента буровой мачты наверх может производиться при минимальной механической работе с использованием, например, зубчатых колес на каретке подачи и отсутствует необходимость в применении дополнительных устройств для монтажа буровой мачты.

Буровая мачта может быть установлена на основании, и по меньшей мере один ее сегмент должен устанавливаться на основании перед подъемом при помощи каретки подачи. Это дает возможность использовать соответствующую изобретению буровую установку не только при наличии буровой мачты на специальной промежуточной палубе, но и на уже существующей буровой платформе, где построено основание, на котором может быть установлен сегмент перед его подъемом. Таким образом, для монтажа буровой мачты используется только площадь ее основания.

В основании должно быть предусмотрено посадочное место для установки и закрепления сегмента мачты. Благодаря такой форме выполнения уже при установке сегмент мачты находится непосредственно под предназначенным для него местом и нет необходимости передвигать каретку подачи вместе с мачтой для окончательного монтажа буровой мачты.

- 1 021244

Соответствующая изобретению буровая мачта должна состоять предпочтительно из четырех сегментов, из которых минимум три могут быть подняты наверх на каретке подачи. Такое членение мачты позволяет обеспечить удобство транспортировки буровой мачты, например, с ограничением по массе в 25 т, предпочтительно 22 т, 17 т, 15 т или, наиболее предпочтительно 11 т, что облегчает не только монтаж буровой мачты, но и доставку ее сегментов на буровую платформу.

Изобретению соответствует техника монтажа для буровой мачты, состоящей по меньшей мере из двух сегментов, подразумевающая следующие действия: фиксация каретки подачи, установка сегмента мачты под кареткой подачи и подъем сегмента мачты при помощи каретки подачи. Таким образом производится простой в исполнении монтаж буровой мачты, требующий наличия незначительного свободного места и не использующий дополнительные устройства.

Соответствующая изобретению техника монтажа подразумевает, что перед установкой далее обозначаемого как «второй» сегмента мачты первый сегмент должен быть закреплен на каретке подачи. Этот сегмент мачты может быть установлен на каретке подачи любым образом, например, при помощи крана, который при небольшой высоте сегмента мачты может быть небольшой высоты и иметь ограниченную грузоподъемность. Первый сегмент может быть доставлен к каретке подачи любым образом. Благодаря тому возможен простой монтаж с небольшой требуемой площадью.

Буровая мачта предпочтительно должна монтироваться и крепиться на основании, устанавливаемом перед фиксацией каретки подачи. Таким образом в качестве альтернативы установке буровой мачты на специальной промежуточной палубе она может монтироваться на специальном основании, и тогда весь процесс монтажа полностью проходит над буровой платформой. Это позволяет принимать во внимание множество конструктивных особенностей конкретной буровой платформы.

Подъем сегмента мачты может осуществляться при помощи установленных, по крайней мере, на одном из сегментов мачты зубчатых реек. Таким образом, монтаж мачт осуществляется при использовании элементарного механического передаточного механизма.

Желательно, чтобы основание было подвижно относительно буровой платформы. Это позволяет смонтировать мобильную буровую мачту просто и с использованием минимального пространства.

Изобретение предусматривает технику монтажа, служащую продолжением описанной выше техники, для основания буровой установки высотой не менее двух этажей, при которой основание подвижно относительно буровой платформы и монтируется поэтажно из отдельных элементов, чья масса не превышает норму в 25 т, желательно в 11 т. Модульное строительство вместе с простой техникой монтажа для буровой мачты обеспечивает экономичную сборку буровой установки и одновременно экономичный и требующий мало места монтаж буровой мачты.

Кроме того, основание собирается поэтажно вместе с гидравлическим стабилизационным устройством, которое должно перемещаться вместе с основанием, по меньшей мере, в одном направлении. Поэтажный монтаж обеспечивает быстрый монтаж буровой установки, т.к. в одно и то же время могут вестись работы на различных участках основания и гидравлического стабилизационного устройства. Вместо или в дополнение к гидравлическому стабилизационному устройству вместе с основанием могут перемещаться промывочные насосы и/или резервуар для подготовки промывочной жидкости и/или резервуар для промывочной жидкости. Благодаря этому установка компактна и при перемещении буровой мачты отдельные функциональные элементы остаются в том же положении относительно нее.

Дальнейшие соответствующие изобретению усовершенствования являются предметом зависимых пунктов патентной формулы.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение описывается при помощи прилагаемых рисунков, где фиг. 1 демонстрирует буровую установку, соответствующую современному уровню техники;

фиг. 2 демонстрирует аксонометрическую проекцию соответствующей изобретению буровой установки;

фиг. 3 демонстрирует вид сверху на соответствующую изобретению буровую установку;

фиг. 4 демонстрирует вид слева на соответствующую изобретению буровую установку;

рис. 5 демонстрирует вид спереди на соответствующую изобретению буровую установку;

фиг. 6 демонстрирует часть вида слева на соответствующую изобретению буровую установку;

фиг. 7 демонстрирует часть вида сверху на соответствующую изобретению буровую установку;

фиг. 8 демонстрирует вид на верхнюю часть буровой мачты с верхним буровым двигателем и направляющей тяговой цепи;

фиг. 9 демонстрирует часть вида спереди на соответствующую изобретению буровую установку; фиг. 10 демонстрирует увеличенную часть вида спереди на соответствующую изобретению буровую установку;

фиг. 11А демонстрирует вид слева на резервуар для подготовки промывочной жидкости и гидравлический агрегат, фиг. 11В - вид сверху на резервуар для подготовки промывочной жидкости и гидравлический агрегат, фиг. 11С - вид сечения по линии А-А на рис. 11А, фиг. 11Ό - вид сечения по линии В-В на фиг. 11А, фиг. 11Е - вид сечения по линии С-С на фиг. 11А;

фиг. 12А демонстрирует сечение генератора соответствующей изобретению буровой установки,

- 2 021244 фиг. 12В - сечение вида сверху на генераторы соответствующей изобретению буровой установки, фиг. 12С - сечение генераторов по линии Ό-Ό, а фиг. 12Ό - сечение генераторов по линии Е-Е на фиг. 12В;

фиг. 13 демонстрирует аксонометрическую проекцию основания, вид слева сзади;

фиг. 14Ά-Ό пошагово демонстрируют монтаж основания, резервуара для подготовки промывочной жидкости и гидравлического агрегата;

фиг. 15А-С пошагово демонстрируют монтаж буровой мачты;

фиг. 16А-Э пошагово демонстрируют монтаж манипулятора для работы с буровыми трубами, кранов и стойки для буровых штанг.

Список условных обозначений

- Буровая мачта.

- Поворотный барабан.

- Буровая платформа.

- Каретка подачи.

- Приемник для установки буровых штанг.

- Буровая штанга.

- Манипулятор для работы с трубами.

- Основание.

- Сегмент.

- Морская вертикальная установка глубокого бурения.

- Буровая платформа.

- Опоры.

- Приподнятая часть платформы.

28а,Ь - Направляющие рельсы 30 - Буровая скважина.

- Буровой модуль.

- Гидравлический и резервуарный модуль.

- Рама.

37а,Ь - Элемент рамы.

- Гидравлический ресивер противовыбросного устройства.

- Электронное устройство управления.

42а,Ь - Электрический энергораспределительный модуль.

44а,Ь - Генератор.

- Основание.

- Рабочая площадка.

- Буровая мачта.

52а,Ь - Элементы ветровой защиты.

- Противовыбросное устройство.

- Доливная емкость.

58а,Ь - Отдельный сегмент.

- Зубчатая рейка.

- Каретка подачи.

- Буровой двигатель.

- Приёмник для установки буровых штанг.

- Захват.

- Ось штанги.

- Манипулятор для работы со штангами.

- Завинчивающее устройство.

- Направляющий элемент.

- Кабина управления.

74а-б - Поперечный модуль 75а-б - Рама.

76а-б - Промывочный насос.

78а,Ь - Продольный модуль.

80а,Ь - Продольный модуль.

- Гидравлический агрегат.

- Гидравлический агрегат.

86а-б - Модули.

- Мостки.

- Теплообменник.

- Топливный бак.

- Входной шлюз.

- Панель управления.

- 3 021244

- Стойка для буровых труб.

- Буровая штанга.

100 - Подъемный кран.

102 - Кран обслуживания.

104 - Кабина.

106 - Платформа

108 - Лестница.

110 - Лестница

112 - Посадочное место.

114 - Крепежное устройство

115а,Ь - Вертикальная стойка.

116а,Ь - Опорная стойка.

Описание предпочтительной формы выполнения

Морская буровая установка для вертикального бурения, предлагаемая данным изобретением, изображена в аксонометрической проекции на фиг. 2.

Морская буровая установка для вертикального бурения 20 находится на подструктуре, например, на буровой платформе 22, участок которой 26, как показано на фиг. 2, может быть поднят над остальной платформой, например, с помощью поддерживающих опор 24. Буровая платформа 22 имеет продольную ось X и поперечную ось Υ. Параллельно расположению скважины находятся 2 направляющих рельса 28а и 28Ь. На направляющих рельсах 28а, 28Ь находятся буровой модуль 32 и гидравлический и резервуарный модули 34, которые могут перемещаться по направляющим рельсам по поперечной оси Υ.

Буровой модуль 32 расположен на направляющих рельсах 28а и 28Ь над рамой 36, на которой буровой модуль 32 перемещается по платформе по продольной оси X. Таким образом, буровой модуль может переводиться в определенную позицию относительно скважины 30 путем перемещения по осям X и Υ. Гидравлический и резервуарный модуль 34 расположены над элементами рамы 37а и 37Ь на направляющих рельсах 28а и 28Ь.

Положение бурового модуля 32 и гидравлического и резервуарного модуля 34 может изменяться с учетом различного расположения скважин 30. На фиг. 5 показан вид спереди на буровой модуль 32 и гидравлический и резервуарный модуль 34 в положении, соответствующем представленному на фиг. 2. При измененном расположении этих модулей по сравнению с фиг. 5 буровой модуль 32 находится слева, а гидравлический и резервуарный модуль 34 - справа.

В буровую установку входят гидравлический ресивер 38 для противовыбросного устройства, электронное управляющее устройство 40, электрические энергораспределительные модули 42а, 42Ь и генераторы 44а, 44Ь. Буровой модуль 32 и гидравлический и резервуарный модуль 34 получают электрическую энергию от электронного управляющего устройства 40 и электрических энергораспределительных модулей 42а, 42Ь.

На фиг. 3 представлен вид сверху на предлагаемую изобретением установку глубокого бурения 20. Как видно из фиг. 3, при движении бурового модуля 32 и гидравлического и резервуарного модуля 34 по направляющим рельсам 28а, 28Ь по оси Υ изменяется относительное расстояние до электрических энергораспределительных модулей 42а, 42Ь и электронного управляющего устройства 40. С учетом этого изменения расстояния предлагаемое изобретение подразумевает использование не представленных здесь направляющих ферм, так что при изменении положения модулей 32 и 34 на буровой платформе им обеспечено бесперебойное энергоснабжение от устройств 40, 42а, 42Ь.

Преимущество предлагаемой установки глубокого бурения заключается в ее модульном строении. При этом учитывается грузоподъемность используемых на платформах подъемных кранов. Например, верхняя граница допустимой массы для всех транспортируемых отдельных элементов, из которых собирается буровая установка, определяется как 20 т, или 17 т, 15 т, 13 т, или предпочтительно 11 т. Соблюдение этих требований позволяет грузить и разгружать отдельные элементы соответствующей изобретению буровой установки обычными установленными на платформах кранами. Кроме того, для скрепления отдельных элементов при их монтаже на буровой платформе 22 предпочтительно применение механических соединительных устройств, а не сварки. Далее, использование обычных транспортных судов для транспортировки отдельных составных элементов буровой установки позволяет перевозить модули при неблагоприятных погодных условиях и сильном волнении на море.

Далее объясняются представленный на фиг. 4 вид слева на предлагаемую буровую установку, представленную на фиг. 6, увеличенная часть вида слева на предлагаемую изобретением буровую установку, представленную на фиг. 5 вид спереди и представленные на фиг. 8-10 отдельные элементы вида спереди с фиг. 5, представленный на фиг. 3 вид сверху и представленные на фиг. 7 отдельные элементы этого вида с фиг. 3, а также представленные на фиг. 11 отдельные детали бурового модуля 32 и гидравлического и резервуарного модуля 34.

Общий вид бурового модуля 32 представлен на фиг. 5. Он расположен на раме 36 и снабжен основанием 46, на котором находится рабочая площадка 48. В верхней части рабочей площадки 48 расположена перпендикулярная к ней буровая мачта 50. Непосредственно наверху рабочей площадки 48 преду- 4 021244 смотрены элементы ветровой защиты 52а, 52Ь.

Высота основания 46, как показывает вид слева на фиг. 13, составляет в предлагаемом варианте выполнения 3 этажа, соединенных винтовыми лестницами. В основание 46 встроено противовыбросное устройство. В верхней части противовыбросного устройства 54 предусмотрена доливная емкость 56. Однако предлагаемое изобретение не ограничивает высоту основания тремя этажами и не подразумевает обязательного наличия винтовых лестниц для связи между ними, количество этажей может меняться в зависимости от необходимости и их могут соединять вертикальные лестницы.

Буровая мачта 50 состоит в продемонстрированном на фиг. 5 варианте выполнения из четырех отдельных элементов 58а-б, механически соединенных между собой. Изобретатели установили, что членение буровой мачты 50 на отдельные сегменты имеет определенные преимущества при ее установке на морской буровой платформе. Подробности способа монтажа буровой мачты буду рассмотрены ниже.

На буровой мачте 50 по ее продольной оси Ζ установлены зубчатые рейки 59 и направляющие рельсы, по которым движется по оси Ζ показанная ближе на фиг. 8 каретка подачи 60. При этом по меньшей мере одно зубчатое колесо каретки подачи вращается по меньшей мере одним подающим двигателем. Каретка подачи 60 снабжена стопорным тормозом, с помощью которого она может быть стационарно закреплена на буровой мачте 50. Кроме того, каретка подачи 60 снабжена двигателем 62 с приёмником 63 для установки буровых штанг (труб) и манипулятором 65 с захватом 64. Последние служат для быстрого удаления буровой трубы из скважины или наращивания колонны при бурении. Во время процесса бурения, когда крутящий момент бурового двигателя 62 через приемник для установки буровых штанг 63 передается находящейся в скважине буровой головке, манипулятор 65 с захватом 64 отводится назад.

Трубопровод гидросистемы двигателя 62 и каретки подачи 60 закреплены на направляющем элементе 70, который тянется от расположенной наверху буровой мачты 50 каретки подачи 60 через верхний сегмент буровой мачты 50а. Как показывает вид слева на фиг. 4, у направляющего элемента 70 есть сегмент, вытянутый по оси X, что позволяет подводить к двигателю 62 рядом несколько гидравлических трубопроводов лишь с незначительным их соприкосновением.

Как видно на фиг. 9 и 10, на буровой мачте 50 рядом с рабочей площадкой 48 находится устройство для манипуляции буровыми штангами 66 и завинчивающее устройство 68. На рабочей площадке 48 закреплен не показанный здесь шлипс, на котором могут держаться уже подведенные к скважине буровые штанги в процессе завинчивания. Для введения еще одной буровой штанги она устанавливается вертикально над скважиной при помощи устройства для манипуляции буровыми штангами 66 и завинчивается при помощи завинчивающего устройства 68. Завинченные буровые штанги работают далее от двигателя 62 на каретке подачи 60, так что подведенная устройством для манипуляции буровыми штангами 66 буровая штанга может быть введена в скважину. Использование устройства для манипуляции буровыми штангами 66 будет подробнее рассмотрено далее.

Подведение буровой штанги контролируется из кабины управления 72, расположенной рядом с рабочей площадкой 48. Кабина управления 72 должна иметь два рабочих места, приспособленных для выполнения одинаковых задач. Такая избыточность представляет собой второе преимущество данного изобретения, предполагающего избыточную комплектацию по крайне мере центральных систем предлагаемой установки глубокого бурения 20, чтобы при отказе одного устройства оно могло быть заменено на идентичное по функции и работа всей установки могла бы продолжаться. Таким образом, достигается высокий общий коэффициент использования оборудования, что является особым преимуществом для морских буровых установок, где необходимый ремонт всегда связан с крупными временными и материальными затратами.

Далее рассматриваются гидравлический и резервуарный модуль 34.

Как показывает вид спереди на фиг. 9, вид слева на фиг. 11а и проекция на фиг. 11е, на двух расположенных рядом на определенном расстоянии на прямоугольных элементах рамы 37а, 37Ь, вытянутых вдоль оси X буровой платформы 22, предусмотрены четыре поперечных параллельных друг другу модуля 74а-б. Каждый из них связан с соответствующей рамой 75а-б, на которой размещен промывочный насос 76а-б с приводом.

Обычно при вертикальном бурении используется менее 4 промывочных насосов. В данном случае использование 4 промывочных насосов представляется выгодным. На основании предлагаемого изобретением принципа ограничения массы отдельных элементов каждая из рам 75а-б и насосов 76а-б будет транспортироваться отдельно. При этом промывочные насосы с приводами должны быть выбраны так, чтобы их масса соответствовала ограничению, например, в 11 т. Использование 4 промывочных насосов продолжает концепцию избыточной комплектации буровой установки.

На четырех поперечных модулях 74а-б по оси X установлены два продольных модуля 78а, 78Ь, в которых находятся резервуары для промывочной жидкости. Вид резервуара в сечении показан на рис. 11Ό с сечением В-В на рис. 11А. Здесь также предпочтительна избыточная комплектация. Далее, наличие двух резервуаров различной емкости в продольном модуле 78а и от трех резервуаров в продольном модуле 78Ь является вариабельным, возможна различная конфигурация резервуаров в продольных модулях, определяемая промывочными насосами 78а-б. Два продольных модуля 78а, 78Ь на расстоянии Ь

- 5 021244 друг от друга могут быть связаны между собой мостками. Расстояние Ь определяется соображениями техники безопасности. С другой стороны, гидравлический и резервуарный модуль 34 должен быть компактным.

На продольных модулях 78а, 78Ь расположены продольные модули 80а, 80Ь. В продольном модуле 80а находится, как видно по сечению А-А на рис. 11С, сито, в то время как в модуле 80Ь - гидравлические агрегаты 82. 84 для двигателя 62, точнее сказать, для вращения и перемещения приемником 63 и каретки подачи 60.

Описанное выше устройство гидравлического и резервуарного модуля 34 является примером и может допускать любые отклонения в зависимости от числа и функций модулей или отдельных элементов. С энергетической точки зрения наиболее выгодно поместить гидравлические элементы с кареткой подачи 60 в самой верхней части гидравлического и резервуарного модуля 34, но это не обязательно. Кроме того, промывочные насосы и/или резервуар для приготовления раствора и/или резервуар для промывочного раствора и/или гидравлическое стабилизационное устройство могут быть стационарно расположены на буровой платформе 22.

Вид слева на фиг. 6 показывает мостки 87, ведущие к поперечным модулям 74а-б и продольным модулям 78а-6

Общее планирование и совместное перемещение бурового модуля 32 и гидравлического и резервуарного модуля 34 отличается от традиционного подхода, при котором резервуарный парк, промывочные насосы и гидравлические агрегаты верхнего привода по крайней мере частично стационарно расположены на буровой платформе 22.

Гидравлические агрегаты гидравлического и резервуарного модуля 34 получают электрическую энергию от электрических энергораспределительных модулей 42а, 42Ь и генераторов 44а, 44Ь. Возможна передача командных сигналов к гидравлическим агрегатам от электронного устройства управления 40.

Электрические энергораспределительные модули 42а, 42Ь, генераторы 44а, 44Ь и электронное управляющее устройство 40 сконструированы в соответствии с установленными ограничениями массы отдельных элементов. В качестве примера здесь изображен генератор 44а на фиг. 12Α-12Ό, причем фиг. 12А демонстрирует часть вида сбоку на генератор 44а, фиг. 12В - часть проекции, фиг. 12С - сечение по линии Ό-Ό на фиг. 12А и фиг. 12 Ό - сечение по линии Е-Е на фиг. 12В.

Обычно генераторы для морских буровых установок представляют собой единый модуль. В предлагаемом изобретении для соблюдения признанного изобретателями выгодным ограничения массы в 11 т генераторный модуль 44а разделен на четыре модуля 86а-б. В модуле 86а находятся теплообменники 88 для переноса теплоты от моторов, генераторов и дизелей и топливный бак. В модуле 86Ь находится приводной двигатель генератора, таких размеров, чтобы без рамы модуля 86Ь не превышал по массе 11 т. Это должен быть приводной двигатель с мощностью от 1000 кВ.

Как видно на фиг. 5, могут использоваться четыре генератора 44а-б, их общая мощность, таким образом, составит 4000 кВ. Но это может быть и другая, обусловленная нуждами буровых работ, мощность, и другое число генераторов. Генераторы тоже должны идти в избыточной комплектации, чтобы при аварийной ситуации гарантировать работу буровой установки при сниженной мощности.

В модуле 86с находится генератор с соответствующим теплоотводом, а в модуле 866 - входной шлюз 92 и панель управления 94. С помощью такого разделения на модули достигается разделение на функциональные блоки одновременно с обеспечением нужной мощности генератора.

В электрических энергораспределительных модулях 42а, Ь, которые также ориентированы на соблюдение указанных норм по массе, находятся электрические устройства для подключения потребляющих электрический ток элементов буровой установки. Например, там находятся преобразователь частоты переменного тока для гидравлических насосов в гидравлическом и резервуарном модуле 34 и линейные выключатели.

Электронное управляющее устройство 40 производит командные сигналы для процесса бурения и формирует сигнал, идущий к и от кабины управления 72.

На фиг. 2 не представлена установка с топливными баками для обеспечения генераторов. Топливо, предпочтительно дизельное, в топливных баках 90, предусмотрено только как суточный резерв. Например, дизельные баки могут быть предусмотрены на энергопроизводственной платформе 26 между буровым модулем 32 и электрическим энергораспределительным модулем 42Ь.

На рабочей площадке 48 на противоположной стороне от ветровой защиты 52а и рядом с ветровой защитой 52Ь и кабиной управления 72 укреплена стойка для буровых штанг 96. На ней находятся буровые трубы, предназначенные для непосредственного введения в скважину. На рисунках не изображен склад для буровых труб, где преимущественно находится большее количество буровых труб, чем на стойке для буровых штанг 96.

Доставка буровых труб с не изображенного здесь склада на стойку происходит при помощи крана 100, который поворачивается на 360° и выполняет загрузку стойки для буровых труб при различных положениях бурового модуля 32 на направляющих рельсах 28а, 28Ь. С помощью изображенного на фиг. 10 устройства для манипуляции буровыми трубами происходит захват горизонтально расположенной на фиг. 9 на стойке 96 буровой штанги 98, ее установка в вертикальном положении и завинчивание с помо- 6 021244 щью завинчивающего устройства 68 при удерживании буровой трубы относительно буровой платформы на шлипсе.

Далее, на рабочей площадке 48 закреплен кран обслуживания 102 с кабиной 104. Таким образом, обслуживающий персонал может быстро добираться до нужного места.

Далее, как видно из фиг. 2 и 6, на гидравлическом и резервуарном модуле 34 есть платформа 106 с ведущей к ней лестницей 108, через которую возможен доступ к модулю 34. Платформа 106 связана лестницей 110 с кабиной управления 72. Лестница 108 должна быть расположена так, чтобы при перемещении модулей 32 и 34 на всю длину направляющих рельсов 28а, 28Ь лестница 108 не мешала крану 100 при переносе буровых труб. В альтернативном случае кран 100 может временно удаляться для перемещения модулей 32 и 34. Если желательно перемещение буровой установки только на определенную часть длины направляющих рельсов 28а, 28Ь, лестница 108 и платформа 106 могут быть смонтированы на подходящем месте.

Как видно особенно на фиг. 6, мостки 87 и платформа 106 с лестницами к ней, с одной стороны, расположены так, чтобы ничего не препятствовало движению на нужное расстояние по оси Υ и не грозило столкновением с устройствами на платформе. С другой стороны, лестницы гарантируют, что модули 32 и 34 всегда доступны для обслуживающего персонала.

Далее со ссылками на рис. 14Ά-Ό, 15Ά-Ό, 16Ά-Ό рассматривается процесс монтажа предлагаемой изобретением буровой установки.

Как видно на фиг. 14А, на направляющих рельсах 28а, 28Ь устанавливаются рама 36 для бурового модуля 32 и элементы рамы 37а, 37Ь для гидравлического и резервуарного модуля 34. Затем, как показано на фиг. 14В, на раме 36 собирается первый этаж основания 46, а на элементах рамы 37а, 37Ь - поперечные модули 74а-й с промывочными насосами 76а-ф соединенные с рамой 36 и элементами рамы 37а, 37Ь механическим образом. Затем поверх первого этажа основания 46 строится второй, а продольные модули 78а, 78Ь с резервуарами для промывочной жидкости устанавливаются на поперечные модули 74а-й и соединяются с ними также механическим образом. На рис. 14С показан следующий шаг, когда два продольных модуля 80а, 80Ь с гидравлическими агрегатами и ситами устанавливаются на продольные модули 78а, 78Ь и присоединяются к ним, а также строится третий этаж основания 46. Фиг. 14Ό демонстрирует, как на третьем этаже основания 46 укрепляется рабочая площадка 48 и устанавливается кабина управления 72.

В отличие от соответствующих современному уровню техники установок, данное изобретение предполагает, что буровая мачта 50 монтируется путем подъема отдельных сегментов па каретке подачи 60. Такая техника обеспечивает надежный монтаж на море в короткие сроки.

Для применения этой техники монтажа в основании 46 на той стороне, где должна быть установлена мачта, делается посадочное место 112 с соответствующим мачте, предпочтительно с прямоугольным сечением, в данном варианте исполнения представляющее собой вырез, идущий через все три этажа основания 46. Это вырез 112 позволяет по одному устанавливать изображенные на фиг. 5 сегменты мачты 58а-е на основании и затем выдвигать их через рабочую площадку 48. Чтобы использовать для монтажа каретку подачи 60, ее сначала, как показано на фиг. 15А, так горизонтально устанавливают на крепежном устройстве 114, чтобы положение каретки подачи на осях X и Υ (см. фиг. 2) точно соответствовало будущему положению буровой мачты 50.

Крепежное устройство 114 снабжено двумя вертикальными стойками 115а, Ь для захвата каретки подачи и двумя опорными стойками 116а, Ь для укрепления вертикальных стоек 115а, Ь по оси Υ. Вертикальные стойки 115а, Ь связаны между собой не представленным на рисунках соединительным элементом.

Второй шаг монтажа буровой мачты 50 представлен на фиг. 15В. Верхний сегмент мачты 58а так закрепляется на каретке подачи 60, чтобы его нижняя поверхность находилась на достаточной высоте. Затем второй сегменты мачты 58Ь вставляется в вырез 112 основания 46 и закрепляется на верхнем сегменте мачты 58а. Теперь каретка подачи 60 может поднять сегмент мачты 58Ь, как показано на фиг. 15С, чтобы его нижняя поверхность оказалась на нужном уровне. Так же, как второй сегмент мачты 58Ь, далее могут через вырез 112 быть установлены и подняты на каретке подачи 60 третий и четвертый сегменты 58с, 58ά.

Преимущество описанной выше техники монтажа состоит в том, что буровая мачта 50 с кареткой подачи 60 используется для собственного монтажа и для установки буровой мачты не нужно использовать специальные краны. Подъем сегментов мачты выполняет на ограниченном пространстве и может быть осуществлен за короткое время.

Для дальнейшего монтажа буровой установки глубокого бурения, как показано на рис. 16А, каретка подачи 60 поднимается выше по буровой мачте 50, а на рабочей площадке 48 устанавливается манипулятор для работы с буровыми штангами 66. Затем, в соответствии с фиг. 16В, под манипулятором для работы с буровыми трубами 66 на буровом модуле 32 устанавливается стойка для буровых штанг 96, и, в соответствии с рис. 16С, кран 100, кран обслуживания 102 и ветровая защита 52а, Ь устанавливаются так. чтобы, как показано на фиг. 16Ό, не препятствовать перемещению буровых штанг 98 относительно стойки для буровых штанг 96.

- 7 021244

Предлагаемая изобретением техника монтажа может быть реализована не только в описанном порядке, соответствующем фиг. 16Ά-Ό, но и в любом другом.

Также изобретение не предполагает обязательного одновременного монтажа обоих модулей 32 и 34, как на фиг. 14Ά-Ό, но допускает их поочередный поэтажный монтаж.

Изобретением предлагается буровая установка для применения на буровой платформе с буровой мачтой. Эта буровая установка отличается тем, что буровая мачта и/или система энергообеспечения и/или устройство по производству гидравлической энергии состоят из отдельных элементов, чья масса не превышает установленную норму в 25 т. Это позволяет осуществлять быстрый монтаж - демонтаж буровой установки. Установка из буровой мачты и основания может быть, таким образом, смонтирована/демонтирована в два-три дня. Как отдельные элементы далее обозначаются преимущественно те элементы, которые, например, могут быть дополнительно установлены на существующую буровую платформу, причем присоединяются для выполнения необходимых функций без применения сварки, желательно герметично, при помощи быстроразъемных замков, например, полуавтоматических поворотных замков.

Буровая установка вводит в скважину буровые трубы, причем предпочтительно использование одиночных буровых труб. Предлагаемая изобретением буровая установка может бурить скважины и подводить к ним буровые трубы или подводить буровые трубы к уже существующим скважинам. Изобретение может быть применено при использовании различных техник бурения. Желательно применение на морской нефтяной платформе, плавучей или стационарной. Соответственно этому буровая мачта может быть установлена на основании или под ней предусматривается специальная промежуточная палуба. В таком случае под буровой мачтой устанавливается противовыбросное устройство.

Основание буровой установки может служить для крепления буровой мачты и вместе с буровой мачтой может двигаться относительно буровой платформы, по крайней мере по одной оси. Благодаря этому повышенная мобильность буровой мачты может служить приспособлению ее для работы на новых или существующих скважинах. Кроме того, буровая мачта может быть оснащена кареткой подачи с роторным двигателем, приводимой в действие электрическим и/или гидравлическим приводом, которая движется вместе с основанием и буровой мачтой. Таким образом, возможно перемещение компактного блока, в котором необходимые для процесса бурения функциональные элементы предусмотрены в непосредственной близости от буровой мачты.

Вместе с буровой мачтой может перемещаться гидравлическое стабилизационное устройство, над которым находятся каретка и/или устройство для манипуляции бурильными трубами. Это позволяет уменьшить затраты энергии и облегчить перемещение всей буровой установки.

Далее, вместе с буровой мачтой может перемещаться приемник для установки буровых штанг и/или другие приспособления для бурения. Таким образом, сокращается путь до введения буровой трубы в скважину и экономится энергия.

Допустимая нагрузка на крюке каретки подачи должна составлять по меньшей мере 200 американских тонн, предпочтительно 400 американских тонн. За американскую тонну принимается единица массы короткая тонна, равная 907,1874 кг. Высокая грузоподъемность крюка каретки подачи выгодна при компактной форме буровой установки и может обеспечивать высокую подвижность буровой мачты.

Основание должно иметь площадь больше 6-6 м² и меньше 12-12 м² Основание такой площади легко перемещать, в частности перемещать по раме по одной оси, в то время как сама рама будет перемещаться по оси, перпендикулярной первой. Таким образом, буровая установка может быть применена на скважинах, возле которых находятся какие-либо препятствия.

Далее, изобретение предусматривает наличие устройства для манипуляции бурильными трубами, перемещаемого вместе с буровой мачтой. С его помощью буровые трубы могут быть независимо от положения буровой мачты введены в буровую скважину или выведены из нее.

Изобретение предполагает, что на буровой платформе стационарно устанавливается по меньшей мере один генератор и одна электрическая установка для производства энергии. Эта энергия может подаваться как на электрические, так и в гидравлические устройства, например, насосы для накачивания промывочной жидкости. Таким образом система энергообеспечения может быть отделена от перемещаемой буровой мачты, затраты энергии на перемещение снижены, а безопасное производство энергии происходит в стационарной установке.

Может оказаться предпочтительным, чтобы стационарные и/или подвижные части буровой установки частично или полностью состояли из отдельных элементов с массой, не превосходящей названные границы. Это позволяет при помощи крановой установки в короткие сроки собрать буровую установку на платформе. Монтаж и ввод в эксплуатацию всей установки возможен в таком случае, к примеру, в семи-десятидневный срок. Для предшествующих моделей буровых установок с значительно большими модулями, к примеру, массивными и тяжелыми буровыми мачтами, столь быстрый монтаж был невозможен. Отдельные элементы должны соединяться без сварки, чтобы не нарушать правила взрывобезопасности на буровой платформе. Предпочтительно упоминавшееся герметичное соединение. Предельная масса составляет 22 т, рекомендуется вес в 17 или 15 т, а наиболее предпочтителен вес 11 т. Эти величины позволяют добиться указанных выше малых сроков монтажа и демонтажа. Они определены с учетом

- 8 021244 грузоподъемности наличествующих на буровых платформах подъемных кранов, что позволяет применять предлагаемую изобретением буровую установку на различных буровых платформах.

Буровая мачта может перемещаться на раме по первой оси, а рама может двигаться по буровой платформе по второй оси, под прямым углом к первому. Это делает возможным разделение буровой мачты и системы стабилизации и быстрое перемещение буровой мачты.

Буровая мачта должна перемещаться на раме по первой оси отдельно от гидравлической системы стабилизации, а по второй оси - вместе с ней. Это позволяет минимизировать расходы энергии на движение по первой оси и обеспечить быстрое перемещение буровой мачты по первой оси. В предлагаемой изобретением буровой установке гидравлическая система стабилизации может быть монтирована на одной из противоположных сторон буровой мачты относительно второй оси, что позволяет учитывать особенности конкретной платформы, затрудняющие разработку скважины препятствия и одновременно с этим реализовать совместное перемещение буровой мачты и системы стабилизации. Такая гибкая схема расположения делает возможными короткие сроки введения буровой установки в эксплуатацию. В комбинации с возможностью быстрого монтажа и демонтажа в короткие сроки может проводиться и запуск.

Высота основания должна быть равна высоте по крайней мере двух, предпочтительно трех стандартных контейнеров, поэтому при его создании могут использоваться стандартные размеры.

Применение предлагаемой изобретением буровой установки на морской платформе имеет особые преимущества, т.к. транспортировка отдельных элементов к платформе зависит от погодных условий, грузоподъемности кораблей и кранов на транспортных судах и на платформе. Стандартные размеры и ограничения по весу, вводимые для многих соответствующих изобретению отдельных элементов, упрощают транспортировку, погрузку и выгрузку транспортных судов при неблагоприятных погодных условиях.

Функциональные элементы, служащие для управления, обслуживания и эксплуатации бурового оборудования и/или периферических устройств по меньшей мере частично наличествует в избыточной комплектации. Это позволяет продолжать эксплуатацию установки при выходе из строя отдельных элементов. При таком аварийном режиме работа будет идти не на полную мощность, но необходимые элементы могут быть отремонтированы без полного ее прекращения.

Устройство управления для контроля за процессом бурения должно быть укомплектовано избыточно, чтобы при отсутствии одного из операторов или повреждении его рабочего места контроль за процессом бурения оставался возможным.

Изобретение предусматривает систему энергообеспечения для буровой установки (предпочтительно морской), состоящую из двух модулей с двигателем внутреннего сгорания и генератором, причем масса двигателя внутреннего сгорания или генератора не превышает 25 т, предпочтительно не превышает 11 т. Наличие двигателя внутреннего сгорания и генератора позволяет одновременно осуществлять подачу тока от генератора мощностью 500 кВА и при этом осуществлять транспортировку отдельных элементов к морской платформе.

Модули должны быть герметично соединены для соблюдения правил взрывобезопасности. Опционально в системе энергообеспечения может быть предусмотрен дополнительный модуль, в котором находятся теплообменник и топливный бак, и еще один дополнительный модуль с входным шлюзом и панелью управления. В альтернативном случае эти модули могут быть интегрированы в модуль двигателя внутреннего сгорания и/или генератора. Такое разделение на модули позволяет строго соблюдать ограничения по массе и обеспечивать высокую энерговооруженность буровой установки (предпочтительно морской).

Далее, изобретение предусматривает наличие насосов для закачки промывочной жидкости, предназначенных для буровых установок (предпочтительно для морских буровых установок) в количестве от двух до четырех (предпочтительно), чья масса не превышает 25 т, предпочтительно 11 т. Это позволит осуществить избыточную комплектацию насосов для эксплуатации их в аварийном режиме даже при отказе отдельных деталей. Кроме того, это обеспечивает удобство транспортировки отдельных элементов.

Изобретение предусматривает также наличие установки для производства гидравлической энергии для верхнего бурового привода и/или устройства управления буровой установкой, причем ее комплектация должна быть избыточной. Благодаря этому будет возможна работа верхнего бурового привода и устройства управления буровой установки в аварийном режиме, что обеспечивает возможность эксплуатации установки даже при отказе отдельных деталей.

Таким образом, для использования предлагается буровая установка со снабженной кареткой подачи, состоящей минимум из двух сегментов буровой мачтой, монтируемой таким образом, при котором, по меньшей мере, один из сегментов поднимается наверх при помощи каретки подачи. Соответствующая изобретению техника монтажа предполагает следующие шаги: фиксация каретки подачи относительно основания, установка сегмента мачты под кареткой подачи, подъем сегмента мачты на каретке подачи. Таким образом, можно отказаться от использования дополнительных устройств и сэкономить используемое пространство.

- 9 021244

Claims (9)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Буровая установка для применения на буровой платформе, содержащая буровую мачту, имеющую по крайней мере два мачтовых сегмента, основание для размещения буровой мачты и каретку подачи, оснащенную буровым двигателем с приемником для установки буровых штанг, отличающаяся тем, что каретка подачи выполнена с возможностью подъема по крайней мере одного из мачтовых сегментов для сооружения мачты, при этом основание содержит посадочное место для размещения по крайней мере одного из формирующих мачту мачтовых сегментов, причем один из мачтовых сегментов предварительно закреплен на каретке подачи, основание снабжено средством фиксации каретки подачи относительно него, а мачтовые сегменты и каретка подачи снабжены средствами, обеспечивающими возможность захвата мачтового сегмента кареткой подачи.
2. 2. Буровая установка по п.1, отличающаяся тем, что поднимаемый при помощи каретки подачи мачтовый сегмент оснащен минимум одной зубчатой рейкой для захвата кареткой.
3. 3. Буровая установка по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что каретка подачи выполнена с возможностью подъема наверх минимум трех из четырех сегментов.
4. 4. Способ монтажа буровой мачты буровой установки по п.1, где буровая мачта имеет минимум два сегмента на основании, включающий сооружение основания; фиксацию каретки подачи относительно основания, расположение сегмента мачты ниже каретки подачи и подъем сегмента мачты при помощи каретки подачи, которую после подъема сегмента располагают на смонтированной части буровой мачты.
5. 5. Способ монтажа по п.4, отличающийся тем, что перед установкой далее обозначаемого как второй сегмента мачты на каретке подачи устанавливается первый сегмент.
6. 6. Способ монтажа по п.4 или 5, отличающийся тем, что подъем сегмента мачты производится с помощью зубчатой рейки, имеющейся минимум на одном из сегментов.
7. 7. Способ монтажа по п.5 или 6, отличающийся тем, что основание подвижно относительно буровой платформы.
8. 8. Способ монтажа по одному из пп.4-7, отличающийся тем, что основание подвижно относительно буровой платформы и строится поэтажно из отдельных элементов массой не более 25 т, предпочтительно 11 т.
9. 9. Способ монтажа по п.8, отличающийся тем, что основание строят поэтажно вместе с гидравлической системой стабилизации, которая может перемещаться вместе с основанием по крайней мере в одном направлении.