RU2107799C1

RU2107799C1 - Off-shore drilling platform

Info

Publication number: RU2107799C1
Application number: RU96112894/03A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Мартынов; И.В. Белей; Р.Г. Карлов; Ю.С. Лопатин
Original assignee: Закрытое акционерное общество Научно-производственная акционерная компания "РАНКО"
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 1998-03-27

Abstract

FIELD: off-shore drilling technology. SUBSTANCE: this relates to drilling bore-holes from off-shore drilling platform with use of aerated drilling muds. Off-shore drilling platform incorporates drilling equipment and power facilities. Piston or plunger-type pumps are made with compression chambers which are installed between hydraulic part of pumps and their delivery valves. Pumps by means of inlet valves of compression chambers are connected with unit of low-pressure compressors, unit for preparation and delivery of hydrocarbon gas, and unit for generation of air-nitrogen mixture. This ensures effective preparation of aerated drilling mud at simultaneous reduction of expenditure and increasing operating performance of equipment. EFFECT: higher efficiency. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при бурении и освоении скважин с использованием аэрированных промывочных жидкостей. The invention relates to the oil and gas industry and can be used in drilling and well development using aerated flushing fluids.

Из уровня техники известно бурение и эксплуатация морских нефтяных скважин с отдельных морских оснований островного типа [1]. The prior art drilling and operation of offshore oil wells from individual offshore bases of the island type [1].

Основным недостатком таких платформ является то, что бурение и эксплуатация нефтяных месторождений с этих платформ возможна только на мелководных морских участках, при этом характерной особенностью применяемого оборудования является его громоздкость. Это обусловлено тем, что на небольших расстояниях от берега экономически выгодно применять стандартное оборудование или специализированное оборудование, смонтированное на отдельных судах. Например, для облегчения бурового раствора при запуске скважины применяют передвижной компрессор, перевозимый на отдельном судне. The main disadvantage of such platforms is that drilling and exploitation of oil fields from these platforms is possible only in shallow offshore areas, while the characteristic feature of the equipment used is its bulkiness. This is due to the fact that at small distances from the coast it is economically viable to use standard equipment or specialized equipment mounted on separate vessels. For example, to facilitate the drilling fluid when starting a well, a mobile compressor is used, transported on a separate vessel.

Известны, также, плавучие морские буровые платформы, оснащенные буровым и силовым оборудованием, включающим по крайней мере поршневой или плунжерный насос, нагнетательная линия которого связана с манифольдом буровой установки, а всасывающая - с приемной емкостью циркуляционной системы и блоками приготовления бурового или тампонажного раствора, блок компрессоров низкого давления [2] (прототип). Also known are floating offshore drilling platforms equipped with drilling and power equipment, including at least a piston or plunger pump, the discharge line of which is connected to the manifold of the drilling rig, and the suction line is connected to the receiving capacity of the circulation system and blocks for preparing the drilling or grouting fluid, block low pressure compressors [2] (prototype).

Недостатками этих морских буровых платформ является то, что при бурении с аэрированными растворами, необходимость в которых возникает при падении пластового давления, например при вскрытии пласта, морскую буровую платформу оснащают компрессорами высокого давления, газофикационными (криогенными) или азотными установками, что приводит к удорожанию работ, увеличению габаритов и усложнению технологии. The disadvantages of these offshore drilling platforms are that when drilling with aerated fluids, the need for which arises when the reservoir pressure drops, for example, when opening the reservoir, the offshore drilling platform is equipped with high-pressure compressors, gasification (cryogenic) or nitrogen rigs, which leads to costlier work , increase the size and complexity of the technology.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности и диапазона использования морской буровой платформы за счет обеспечения возможности бурения с использованием аэрированной промывочной жидкости. An object of the invention is to increase the efficiency and range of use of the offshore drilling platform by enabling drilling using aerated flushing fluid.

Поставленная задача решена тем, что в морской буровой платформе, состоящей из бурового и силового оборудования, включающего по крайней мере поршневой или плунжерный насос, нагнетательная линия которого связана с манифольдом буровой установки, а всасывающая - с приемной емкостью циркуляционной системы и блоками приготовления бурового или тампонажного раствора, блок компрессоров низкого давления согласно изобретению на платформе установлен дополнительный блок подготовки и нагнетания аэрирующего агента, при этом поршневой насос выполнен с установленными между его гидравлической частью и нагнетательными клапанами, компрессионными камерами, которые посредством впускных клапанов и трубопроводов связаны с блоками подготовки и нагнетания аэрирующего агента. В зависимости от конкретного месторождения и вида работ в качестве аэрирующего агента могут быть использованы как попутные газы (при добычи нефти), так и непосредственно природный углеводородный газ (при разработке газовых месторождений), также могут быть использованы и выхлопные газы от двигателей внутреннего сгорания, которыми оборудована морская буровая платформа. Блок подготовки аэрирующего агента может быть снабжен сепаратором газа из продукции скважины, а также он может быть выполнен в виде генератора азотно-воздушной смеси. The problem is solved in that in an offshore drilling platform consisting of drilling and power equipment, including at least a piston or plunger pump, the discharge line of which is connected to the manifold of the drilling rig, and the suction line is connected to the receiving capacity of the circulation system and blocks for preparing the drilling or grouting solution, the low-pressure compressor unit according to the invention, an additional unit for preparing and pumping the aerating agent is installed on the platform, while the piston pump with installed between its hydraulic part and discharge valves, compression chambers, which through intake valves and pipelines are connected to the blocks for the preparation and injection of the aerating agent. Depending on the specific field and type of work, both associated gases (during oil production) and directly natural hydrocarbon gas (when developing gas fields) can be used as an aeration agent, and exhaust gases from internal combustion engines can also be used, which equipped offshore drilling platform. The aeration agent preparation unit can be equipped with a gas separator from well products, and it can also be made in the form of a nitrogen-air mixture generator.

Техническим результатом изобретения является возможность применения, в случае необходимости, аэрированного бурового раствора, насыщение газом которого производится поршневым или плунжерным насосом. The technical result of the invention is the possibility of using, if necessary, an aerated drilling fluid, the saturation of which gas is produced by a piston or plunger pump.

На фиг. 1 показана схема расположения оборудования на палубе или платформе морской буровой платформы; на фиг. 2 условно изображена морская буровая платформа; на фиг. 3 - схема поршневого насоса с компрессионными камерами. In FIG. 1 shows an arrangement of equipment on a deck or platform of an offshore drilling platform; in FIG. 2 conventionally depicts an offshore drilling platform; in FIG. 3 is a diagram of a piston pump with compression chambers.

Морская буровая платформа 1 включает расположенные на ее палубе вышечный блок 2, блок 3 компрессоров низкого давления и системы пневмоуправления буровой платформы, блок 4 очистки и приготовления бурового раствора, насосный блок 5, включающий поршневой или плунжерный насос 6 с компрессионными камерами 7, которые посредством манифольда 8 связаны с циркуляционной системой буровой установки 9, блок 10 приготовления тампонажного раствора, блок 11 генерации аэрирующего агента (воздушно-азотной смеси), блок 12 подготовки и нагнетания аэрирующего агента (углеводородного газа - в варианте выполнения), связанный с циркуляционной_системой буровой трубопроводом 13, а также трубопроводов 14 - 16, посредством которых компрессионные камеры поршневого или плунжерного насоса 6 связаны с блоком 3 компрессоров низкого давления, блоком 11 генерации аэрирующего агента (воздушно-азотной смеси - в варианте выполнения) и блоком 12 подготовки и нагнетания аэрирующего агента (углеводородного газа). The offshore drilling platform 1 includes a tower block 2 located on its deck, a low pressure compressor unit 3 and a drilling platform pneumatic control system, a drilling mud cleaning and preparation unit 4, a pump unit 5, including a piston or plunger pump 6 with compression chambers 7, which, by means of a manifold 8 are connected with the circulating system of the drilling rig 9, the block 10 for the preparation of cement slurry, the block 11 for generating the aerating agent (air-nitrogen mixture), the block 12 for preparing and pumping the aerating agent that (hydrocarbon gas in the embodiment) associated with the circulating system of the drill pipe 13, as well as pipelines 14 to 16, through which the compression chambers of the piston or plunger pump 6 are connected to the block 3 of the low pressure compressors, the block 11 for generating the aeration agent (air-nitrogen mixtures - in the embodiment) and block 12 for the preparation and injection of the aerating agent (hydrocarbon gas).

В зависимости от конкретной компоновки морской буровой платформы блок 12 подготовки аэрирующего агента может быть выполнен или в виде генератора воздушно-азотной смеси и/или сепаратора 13 газа, выделяющегося из продукции скважины. Также в зависимости от конкретной компоновки буровой платформы питательный трубопровод 17 дозирующего насоса 18, соединенного трубопроводом 19 с поршневым или плунжерным насосом 6, соединен или с блоком 12 (с аккумулирующей жидкую фазу пространством сепаратора, (не показано), или с блоком 4. Depending on the specific layout of the offshore drilling platform, the aeration agent preparation unit 12 may be either in the form of an air-nitrogen mixture generator and / or a gas separator 13 released from the well production. Also, depending on the specific layout of the drilling platform, the feed pipe 17 of the metering pump 18, connected by a pipe 19 to a piston or plunger pump 6, is connected either to block 12 (with the liquid phase accumulating space of the separator, (not shown), or to block 4.

Морская буровая платформа работает следующим образом. Offshore drilling platform works as follows.

В процессе бурения (вскрытия) продуктивного пласта, при падении в нем пластового давления или в случае притока пластового флюида, при освоении скважин, когда необходимо аэрировать промывочную жидкость, в качестве компрессора высокого давления используется значительно более компактный, по сравнению со стандартными компрессорами, поршневой или плунжерный насос 6, входящий в состав насосного блока 5. Вследствие того что вход аэрирующего агента в компрессионные камеры 7 упомянутых насосов располагается между гидравлической частью насоса и нагнетательными клапанами 20, при работе насоса происходит интенсивное смешение газовой и жидкой фаз, приводящее к аэрации бурового раствора. Аэрирующий агент подается на вход компрессионных камер посредством трубопроводов 14 - 16 от блока 3 компрессоров низкого давления, от блока 12 подготовки и нагнетания углеводородного газа и/или (в зависимости от варианта выполнения) блока 11 генерации воздушно- азотной смеси. При этом в качестве аэрирующего агента может быть использован природный углеводородный газ, если эксплуатируется газовое месторождение или попутный углеводородный газ, если эксплуатируется нефтяное месторождение, причем попутный газ отбирается после его сепарации. При использовании в качестве газообразного рабочего агента воздушно-азотной смеси в состав морской буровой платформы дополнительно включают блок 11 генерации воздушно-азотной смеси, состоящий из компрессора низкого давления и блока мембранных аппаратов (не показано), обеспечивающего выход воздушно-азотной смеси низкого давления с содержанием азота не менее 87% на входе в компрессионную камеру поршневого или плунжерного насоса и выход воздушно-кислородной смеси в атмосферу. Перечисленные выше источники газа низкого давления обеспечивают поступление газа в компрессионные камеры поршневого или плунжерного насоса, с помощью которых аэрируют промывочную жидкость, направляя ее затем в циркуляционную систему буровой установки. Предлагаемая выше схема аэрации промывочной жидкости применима и при утилизации выхлопных газов от двигателей внутреннего сгорания морской буровой платформы. Выхлопные газы от этих двигателей направляют по соответствующему газопроводу или в сепаратор (являющемся одновременно аккумулятором газов) или непосредственно на вход компрессионных камер (не показано). In the process of drilling (opening) the reservoir, when the reservoir pressure drops or in the case of formation fluid inflow, when developing wells when it is necessary to aerate the flushing fluid, a much more compact compressor is used as a high-pressure compressor, compared to standard compressors, or a plunger pump 6, which is part of the pump unit 5. Due to the fact that the inlet of the aerating agent into the compression chambers 7 of said pumps is located between the hydraulic part of the pump and discharge valves 20, when the pump is in operation, intensive mixing of the gas and liquid phases occurs, leading to aeration of the drilling fluid. The aerating agent is supplied to the inlet of the compression chambers through pipelines 14-16 from the low pressure compressor unit 3, from the hydrocarbon gas preparation and injection unit 12 and / or (depending on the embodiment) the air-nitrogen mixture generating unit 11. In this case, natural hydrocarbon gas can be used as an aeration agent if a gas field is being exploited or associated hydrocarbon gas if an oil field is being exploited, and the associated gas is taken after its separation. When using air-nitrogen mixture as a gaseous working agent, the offshore drilling platform additionally includes an air-nitrogen mixture generating unit 11, which consists of a low-pressure compressor and a membrane unit (not shown) that provides the output of a low-pressure air-nitrogen mixture with the content nitrogen not less than 87% at the inlet to the compression chamber of the piston or plunger pump and the outlet of the air-oxygen mixture into the atmosphere. The low-pressure gas sources listed above provide gas to the compression chambers of a piston or plunger pump, which aerate the flushing fluid and then direct it to the circulation system of the rig. The flushing fluid aeration scheme proposed above is also applicable for the disposal of exhaust gases from internal combustion engines of an offshore drilling platform. The exhaust gases from these engines are directed through a suitable gas pipeline or to a separator (which is also a gas accumulator) or directly to the inlet of compression chambers (not shown).

Промышленное применение изобретения позволит обеспечить полную автономность морской буровой' платформы в случае необходимости бурения с использованием аэрированного бурового раствора при выполнении работы по строительству и эксплуатации скважин, а также, что особенно важно в условиях морского бурения, обеспечить полную взрыво-пожаробезопасность проведения этих работ. Кроме того, утилизация попутного газа предотвращает загрязнение окружающей среды. The industrial application of the invention will ensure the complete autonomy of the offshore drilling platform in case of need for drilling using aerated drilling mud during the construction and operation of wells, and also, especially important in offshore drilling, to ensure complete explosion and fire safety of these works. In addition, the utilization of associated gas prevents environmental pollution.

Claims

1. Offshore drilling platform, consisting of drilling and power equipment, including at least a piston or plunger pump, the discharge line of which is connected to the manifold of the drilling rig, and the suction line to the receiving capacity of the circulation system and the blocks for preparing the drilling or grouting solution, a block of low pressure compressors, characterized in that it is equipped with an additional block for the preparation and injection of the aerating agent, while the piston pump is made with installed between its hydraulic part and discharge valves are compression chambers, which are connected to the preparation and injection units of the aeration agent by means of inlet valves and pipelines.

2. The platform according to claim 1, characterized in that the aeration agent preparation unit is equipped with a gas separator from the well production.

3. The platform according to claim 1, characterized in that the unit for preparing the aerating agent is made in the form of a nitrogen-air mixture generator.

4. The platform according to claim 1, characterized in that for the use of exhaust gases as an aerating agent, the exhaust gas lines are connected to the inlet of the compression chambers of the piston or plunger pump.