RU2349705C1

RU2349705C1 - Off-shore drilling platform

Info

Publication number: RU2349705C1
Application number: RU2007129582/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Евгеньевич Варламов (RU); Сергей Евгеньевич Варламов; Юли Маратовна Дурнева (RU); Юлия Маратовна Дурнева; Николай Борисович Болотин (RU); Николай Борисович Болотин
Original assignee: Сергей Евгеньевич Варламов; Юлия Маратовна Дурнева; Николай Борисович Болотин
Priority date: 2007-08-01
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2009-03-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: offshore drilling platform includes supports for fastening to the ground and platform foundation. Diesel-generator is installed on the platform foundation. The diesel-generator supplies power to drilling equipment and personnel quarters. There is a control unit between power consumers and generator. No less than one additional generator with the drive operating on the natural power sources is connected to the control unit. At least one additional generator may be designed to have aerodynamic drive exploiting wind power and installed on the upper part of the support. At least, one additional generator may be designed to have hydrodynamic drive operating from wave power and installed on the support under water. Aerodynamic drive or hydrodynamic drive may be implemented as two co-axial airscrews connected with the additional generator through the facility of two shafts rotation movement transformation to the rotation movement of one shaft, e.g. differential orbital increase gear.

EFFECT: electrical power supply to consumer.

14 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к морским платформам для бурения нефтяных и газовых скважин. Изобретение позволяет обеспечить экономичное энергоснабжение потребителей энергии на морской платформе.The invention relates to offshore platforms for drilling oil and gas wells. EFFECT: invention provides economical energy supply of energy consumers on an offshore platform.

Известна морская буровая платформа.Known offshore drilling platform.

Известно изобретение по патенту РФ №2288320, прототип. Морская платформа может быть установлена в акватории океана непосредственно в районе экватора и содержит основание и опоры с защитным блоком, и источник электроэнергии, подключенный к потребителям электроэнергии. Защитный блок в виде бандажной конструкции установлен на грунте водоема, закреплен на нем, а по отношению к опоре морского инженерного сооружения расположен с зазором между его стенкой и опорой морского инженерного сооружения, исключающим соприкосновение защитного блока с опорой морского инженерного сооружения. Величина зазора составляет не менее значения, определяемого по расчетному соотношению. Предусмотрена возможность подогрева жидкости (морской воды), находящейся в пространстве, образованном зазором между опорой морского инженерного сооружения и стенкой защитного блока, например, путем сообщения указанного пространства с источником тепла или размещения в нем обогревателя. Возможно удаление жидкости из указанного пространства и изоляция верхней и нижней части защитного блока от внешней среды при помощи гибкого ограждения. При этом возможно заполнение указанного пространства жидкостью с низкой температурой замерзания. Изобретение обеспечивает повышение эффективности защиты морского инженерного сооружения от переменных нагрузок внешнего ледового воздействия путем гарантированной изоляции опор сооружения от контакта с ледяным полем. Энергоснабжение морских буровых платформ осуществляется за счет электроэнергии, вырабатываемой дизель-генератором.The invention is known according to the patent of the Russian Federation No. 2288320, prototype. The offshore platform can be installed in the ocean directly in the equator area and contains a base and supports with a protective block, and a source of electricity connected to consumers of electricity. The protective block in the form of a retaining structure is mounted on the ground of the reservoir, fixed on it, and in relation to the support of the marine engineering structure is located with a gap between its wall and the support of the marine engineering structure, which excludes the contact of the protective block with the support of the marine engineering structure. The size of the gap is not less than the value determined by the calculated ratio. It is possible to heat the liquid (sea water) located in the space formed by the gap between the support of the marine engineering structure and the wall of the protective unit, for example, by communicating the specified space with a heat source or by placing a heater in it. It is possible to remove liquid from the specified space and isolate the upper and lower parts of the protective block from the external environment using a flexible fence. In this case, it is possible to fill the specified space with a liquid with a low freezing temperature. EFFECT: invention increases the efficiency of protecting an offshore engineering structure from variable loads of external ice exposure by guaranteed isolation of the structure's supports from contact with an ice field. The power supply to offshore drilling platforms is provided by electricity generated by a diesel generator.

Недостатком прототипа является высокая стоимость энергоресурсов, связанная с необходимостью периодического завоза дизельного топлива на морскую буровую платформу.The disadvantage of the prototype is the high cost of energy associated with the need for periodic delivery of diesel fuel to the offshore drilling platform.

Задача создания изобретения - обеспечение потребителей электроэнергии дешевой энергией в течение длительного времени.The objective of the invention is to provide consumers with cheap energy for a long time.

Решение указанных задач достигнуто за счет того, что у морской буровой платформы, включающей опоры для крепления к грунту, основание платформы, на котором установлен дизель-генератор, обеспечивающий буровое оборудование и жилые помещения электроэнергией, между потребителями электроэнергии и генератором установлен блок управления, к которому подключен не менее чем один дополнительный генератор с приводом, использующим естественные источники энергии. По меньшей мере, один дополнительный генератор выполнен с аэродинамическим приводом от энергии ветра и установлен на верхней части опоры. По меньшей мере, один дополнительный генератор выполнен с гидродинамическим приводом от энергии волн и установлен на опоре под водой. Дополнительные генераторы установлены на опорах при помощи стоек. Дополнительный генератор установлен на опоре через кронштейн. На платформе установлены устройства накопления электроэнергии, например аккумуляторы, подключенные через блок управления к дизель-генератору, дополнительным генераторам и потребителям электроэнергии. Аэродинамический привод выполнен в виде двух соосно расположенных воздушных винтов, соединенных с дополнительным генератором через средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала, например, дифференциальный планетарный мультипликатор. Гидродинамический привод выполнен в виде двух соосно расположенных гидравлических винтов, соединенных с дополнительным генератором через средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала, например, дифференциальный планетарный мультипликатор. Дополнительный генератор и средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала, например, дифференциальный планетарный мультипликатор размещены в корпусе, имеющем шарнир в центре масс, обеспечивающий возможность поворота дополнительного генератора в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Шарнир выполнен с ограничителем вертикального поворота, предохраняющим винты от повреждения о стойку. К корпусу дополнительного генератора со стороны противоположной винтам установлены стабилизаторы горизонтального и вертикального положения. Дизель-генератор содержит топливную систему с регулятором расхода топлива, который соединен с блоком управления. Топливная система содержит отсечной клапан, соединенный с блоком управления. К дизель-генератору подсоединен стартер, который соединен с накопителем энергии через блок управления.The solution to these problems was achieved due to the fact that at the offshore drilling platform, including supports for attaching to the ground, the base of the platform on which the diesel generator is installed, which provides drilling equipment and living quarters with electricity, a control unit is installed between the electricity consumers and the generator, to which connected at least one additional generator with a drive using natural energy sources. At least one additional generator is made with an aerodynamic drive from wind energy and is mounted on the upper part of the support. At least one additional generator is hydrodynamically driven by wave energy and mounted on a support under water. Additional generators are mounted on supports using racks. An additional generator is mounted on a support through a bracket. Electric energy storage devices are installed on the platform, for example, batteries connected via a control unit to a diesel generator, additional generators and electricity consumers. The aerodynamic drive is made in the form of two coaxially located propellers connected to an additional generator through means for converting the rotational motion of two shafts into the rotational motion of one shaft, for example, a differential planetary multiplier. The hydrodynamic drive is made in the form of two coaxially located hydraulic screws connected to an additional generator through means for converting the rotational motion of two shafts into the rotational motion of one shaft, for example, a differential planetary multiplier. An additional generator and means for converting the rotational motion of two shafts into the rotational motion of one shaft, for example, a differential planetary multiplier, are placed in a housing having a hinge in the center of mass, which makes it possible to rotate the additional generator in horizontal and vertical planes. The hinge is made with a vertical rotation limiter, which protects the screws from damage to the rack. To the case of the additional generator from the side opposite the screws, horizontal and vertical stabilizers are installed. The diesel generator contains a fuel system with a fuel flow regulator, which is connected to the control unit. The fuel system includes a shut-off valve connected to the control unit. A starter is connected to the diesel generator, which is connected to the energy storage device through the control unit.

Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями изобретения.The proposed technical solution has novelty, inventive step and industrial applicability, i.e. all the criteria of the invention.

Новизна подтверждается проведенными патентными исследованиями, изобретательский уровень: достижением нового технического эффекта, обеспечение платформы очень дешевой электроэнергией в течение длительного времени. Промышленная применимость обусловлена тем, что для реализации изобретения требуются известные материалы и технологии.The novelty is confirmed by patent research, inventive step: achieving a new technical effect, providing the platform with very cheap electricity for a long time. Industrial applicability is due to the fact that the implementation of the invention requires known materials and technologies.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, гдеThe invention is illustrated in the drawings, where

на фиг.1 приведена схема морской платформы,figure 1 shows a diagram of an offshore platform,

на фиг.2 - схема энергообеспечения морской платформы,figure 2 is a diagram of the power supply of the offshore platform,

на фиг.3 - кинематическая схема дополнительного генератора с аэродинамическим приводом,figure 3 is a kinematic diagram of an additional generator with an aerodynamic drive,

на фиг.4 приведен чертеж дополнительного генератора с аэродинамическим приводом, шарниром и стабилизаторами,figure 4 shows a drawing of an additional generator with an aerodynamic drive, a hinge and stabilizers,

на фиг.5 приведена кинематическая схема дополнительного генератора с гидродинамическим приводом,figure 5 shows the kinematic diagram of an additional generator with a hydrodynamic drive,

на фиг.6 - схема дополнительного генератора с гидродинамическим приводом, установленным на кронштейне.6 is a diagram of an additional generator with a hydrodynamic drive mounted on the bracket.

Морская платформа содержит опоры 1, на которых установлено основание 2. Опор 1 может быть применено три или четыре. Применение большего числа опор не исключено, но при этом стоимость конструкции значительно возрастает.The offshore platform contains supports 1, on which a base 2 is installed. Support 1 can be used three or four. The use of a larger number of supports is not excluded, but the cost of the structure increases significantly.

На основании установлен дизель-генератор 3, состоящий из дизеля 4, механически соединенного с генератором 5, который, в свою очередь, электрическими связями 6 соединен с потребителями энергии 7 (бытовыми и производственными, в том числе, освещение и электродвигатели приводов).Based on this, a diesel generator 3 is installed, consisting of a diesel 4 mechanically connected to a generator 5, which, in turn, is connected by electrical connections 6 to energy consumers 7 (domestic and industrial, including lighting and electric motors of drives).

Между потребителями электроэнергии 7 и генератором 5 установлен блок управления 8 (фиг.2). К блоку управления 8 подключен, по меньшей мере, один дополнительный генератор 9 с приводом 10.Between consumers of electricity 7 and generator 5, a control unit 8 is installed (figure 2). At least one additional generator 9 with drive 10 is connected to the control unit 8.

К блоку управления 8 подключен накопитель энергии 11, например, аккумуляторные батареи. С дизелем 4 соединен через муфту 12 стартер 13.An energy storage device 11, for example, rechargeable batteries, is connected to the control unit 8. Starter 13 is connected to the diesel 4 through a clutch 12.

Дизель-генератор 3 содержит топливную систему 14 с топливным баком 15, регулятором расхода топлива 16, который соединен с блоком управления 8. Топливная система 14 может содержать отсечной клапан 17, соединенный с блоком управления 8.The diesel generator 3 includes a fuel system 14 with a fuel tank 15, a fuel flow regulator 16, which is connected to the control unit 8. The fuel system 14 may include a shut-off valve 17 connected to the control unit 8.

Дополнительный генератор 9 (фиг.3 и 4) может быть выполнен с аэродинамическим приводом 18 от энергии ветра и установлен в верхней части опоры 1 или выполнен с гидродинамическим приводом 19 (фиг.5 и 6) от энергии волн или течения и установлен на опоре 1 под водой.An additional generator 9 (FIGS. 3 and 4) can be made with an aerodynamic drive 18 from wind energy and installed in the upper part of the support 1 or made with a hydrodynamic drive 19 (FIGS. 5 and 6) from wave energy or current and mounted on the support 1 under the water.

Аэродинамический привод 18 (фиг.3 и 4) состоит из установленных соответственно на внутреннем 20 и внешнем 21 валах соосно установленных воздушных винтов переднего 22 и заднего 23, и подключенных к средству 24 преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала. Воздушные винты 22 и 23 вращаются в разные стороны.The aerodynamic drive 18 (FIGS. 3 and 4) consists of coaxially mounted front screw 22 and rear 23 propellers mounted on the inner 20 and outer 21 shafts, respectively, and connected to the means 24 for converting the rotational motion of the two shafts into the rotational motion of one shaft. Propellers 22 and 23 rotate in different directions.

Наиболее предпочтительное исполнение этого средства 24 преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала в виде эпициклического зубчатого механизма 25, например дифференциального мультипликатора, который, в свою очередь, содержит (фиг.3) центральное колесо 26, солнечное колесо 27, сателлиты 28, установленные на водиле 29. Центральное колесо 26 установлено на валу генератора 30, на котором закреплены постоянные магниты 31. Обмотка возбуждения 32 и опоры 33 установлены внутри корпуса 34.The most preferred embodiment of this means 24 converts the rotational motion of two shafts into the rotational motion of one shaft in the form of an epicyclic gear mechanism 25, for example a differential multiplier, which, in turn, contains (Fig. 3) a central wheel 26, a sun wheel 27, satellites 28, mounted on the carrier 29. The central wheel 26 is mounted on the shaft of the generator 30, on which the permanent magnets 31 are fixed. The field winding 32 and the supports 33 are installed inside the housing 34.

К корпусу 34 каждого дополнительного генератора 9 в районе центра масс (ЦМ) прикреплен шарнир 35, другой конец которого закреплен на стойке 36. Шарнир 35 допускает вращение дополнительного генератора 9 в горизонтальной плоскости и поворот на угол α - в вертикальной. Шарнир 35 имеет ограничитель вертикального поворота 37. Применение ограничителя вертикального поворота 37 предотвращает повреждение воздушных винтов 22 и 23 об опоры 36. К корпусу 34 (фиг.4) прикреплены стабилизаторы горизонтального и вертикального положения соответственно 38 и 39. Стабилизаторы горизонтального и вертикального положения 38 и 39 позволяют дополнительным генераторам 9 ориентироваться строго против направления воздушного потока или морского течения, что повышает их КПД. На стабилизаторе 38 или 39 установлен балансировочный груз 40. Дополнительные генераторы 9 оборудованы тормозом 41 для торможения внутрененнего и внешнего валов 20 и 21.A hinge 35 is attached to the housing 34 of each additional generator 9 in the vicinity of the center of mass (CM), the other end of which is mounted on a rack 36. The hinge 35 allows rotation of the additional generator 9 in the horizontal plane and rotation through the angle α in the vertical. The hinge 35 has a vertical rotation limiter 37. The use of a vertical rotation limiter 37 prevents damage to the propellers 22 and 23 of the support 36. The horizontal and vertical stabilizers 38 and 39 are attached to the housing 34 (Fig. 4). The horizontal and vertical stabilizers 38 and 39 allow additional generators 9 to be oriented strictly against the direction of the air flow or sea current, which increases their efficiency. A balancing weight 40 is installed on the stabilizer 38 or 39. The additional generators 9 are equipped with a brake 41 for braking the internal and external shafts 20 and 21.

Гидродинамический привод 19 (фиг.5 и 6) выполнен практически аналогично аэродинамическому из двух соосно расположенных валов 20 и 21, соединенных с дополнительным генератором 9 через средство 24 преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала. Применение такой схемы позволит уменьшить диаметральные габариты винтов 42 и 43, увеличить их КПД.The hydrodynamic drive 19 (FIGS. 5 and 6) is made almost similar to the aerodynamic drive of two coaxially arranged shafts 20 and 21 connected to an additional generator 9 through means 24 for converting the rotational motion of two shafts into rotational motion of one shaft. The use of such a scheme will reduce the diametrical dimensions of the screws 42 and 43, increase their efficiency.

Винты 22, 23, 42 и 43 могут быть выполнены с регулируемым шагом, это позволит дополнительно увеличить КПД дополнительных генераторов при их работе на нерасчетных режимах по скорости потока воздуха и воды.Screws 22, 23, 42 and 43 can be made with adjustable pitch, this will further increase the efficiency of additional generators when they operate in off-design modes in terms of air and water flow rates.

Дополнительный генератор 9, устанавливаемый под водой, содержит компенсатор давления 44, содержащий цилиндр 45 и подпружиненный поршень 46. Компенсатор предназначен для компенсации действия высокого давления и расхода смазывающей жидкости при эксплуатации дополнительного генератора под водой. Полость «А» дополнительного генератора 9 заполнена смазывающей жидкостью и сообщается каналами «Б» с полостью компенсатора. Отверстие «В» сообщает внутреннюю полость «Г» с окружающей средой. В результате давление в полости «А» всегда больше, чем давление окружающей среды. Дополнительный генератор 9, устанавливаемый под водой, может быть оборудован обтекателем 47, установленным концентрично винтам 42 и 43 (фиг.5 и 6). Дополнительный генератор 9 с гидродинамическим приводом 19 (фиг.5 и 6) под водой может быть установлен с использованием кронштейна 48, прикрепленного, в свою очередь, к опоре 1.The additional generator 9, installed under water, contains a pressure compensator 44, containing a cylinder 45 and a spring-loaded piston 46. The compensator is designed to compensate for the high pressure and flow of lubricating fluid during operation of the additional generator under water. The cavity "A" of the additional generator 9 is filled with a lubricating fluid and communicates with the channels "B" with the cavity of the compensator. Hole "B" communicates the internal cavity "G" with the environment. As a result, the pressure in the cavity "A" is always greater than the pressure of the environment. An additional generator 9, installed under water, can be equipped with a fairing 47 mounted concentrically to the screws 42 and 43 (Figs. 5 and 6). An additional generator 9 with a hydrodynamic drive 19 (FIGS. 5 and 6) under water can be installed using a bracket 48, attached, in turn, to the support 1.

При эксплуатации морской платформы практически всегда дует ветер и имеется морское течение. Ветер приводит в действие аэродинамический привод 18 (фиг.3 и 4), а вода гидродинамический привод 19 (фиг.5 и 6). Аэродинамические винты 22 и 23 и гидравлические винты 42 и 43 через средства 24 преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала приводят в действие дополнительные генераторы 9. Вырабатываемая электрическая энергия поступает по электрическим связям 6 через блок управления 8 одновременно к потребителям энергии 7 и к накопителю энергии 11. При изменении направления ветра или течения стабилизаторы 38 и 39 корректируют установку оси дополнительного генератора 9 в нужном направлении. При отсутствии ветра и течения при помощи стартера 13 запускают дизель-генератор 3, генератор 5 вырабатывает электроэнергию, которая расходуется потребителями энергии 7. При аварии в системе энергоснабжения питание потребителей энергии 7 осуществляется от накопителя энергии 11. Перекоммутацию источников энергоснабжения (генератора 5, дополнительных генераторов 9 и накопителя энергии 11) осуществляет автоматически блок управления 8 путем постоянного измерения напряжения на выходе всех источников электроэнергии и их сравнения между собой и с заданным номинальным значением.During the operation of the offshore platform, the wind almost always blows and there is a sea current. The wind drives the aerodynamic drive 18 (FIGS. 3 and 4), and the water hydrodynamic drive 19 (FIGS. 5 and 6). Aerodynamic propellers 22 and 23 and hydraulic propellers 42 and 43, through means 24 for converting the rotational motion of two shafts into rotational motion of one shaft, drive additional generators 9. The generated electric energy is supplied via electrical connections 6 through control unit 8 to energy consumers 7 and energy storage 11. When changing the direction of the wind or current, the stabilizers 38 and 39 correct the installation of the axis of the additional generator 9 in the desired direction. In the absence of wind and current, with the help of a starter 13, a diesel generator 3 is started, generator 5 generates electricity that is consumed by energy consumers 7. In an accident in the power supply system, energy consumers 7 are supplied from energy storage 11. Re-switching of power sources (generator 5, additional generators 9 and energy storage 11) automatically carries out the control unit 8 by continuously measuring the voltage at the output of all sources of electricity and comparing them with each other and with the set nominal value.

Применение изобретения позволит обеспечить морскую буровую платформу дешевой электроэнергией в течение длительного (несколько лет) времени. При этом обеспечивается высокий КПД дополнительных генераторов, их минимальные габариты и минимальный уровень шума воздушных винтов.The application of the invention will provide the offshore drilling platform with cheap electricity for a long (several years) time. This ensures high efficiency of additional generators, their minimum dimensions and minimum noise level of propellers.

Claims

1. Offshore drilling platform, including supports for attaching to the ground, the base of the platform on which the diesel generator is installed, which provides drilling equipment and living quarters with electricity, characterized in that a control unit is installed between the consumers of electricity and the generator, to which at least one additional generator with a drive using natural energy sources.

2. The offshore drilling platform according to claim 1, characterized in that at least one additional generator is made with an aerodynamic drive from wind energy and is installed on the upper part of the support.

3. The offshore drilling platform according to claim 1, characterized in that at least one additional generator is made with a hydrodynamic drive from wave energy and is mounted on a support under water.

4. The offshore drilling platform according to claim 2 or 3, characterized in that the additional generators are mounted on supports using racks.

5. The offshore drilling platform according to claim 3, characterized in that the additional generator is mounted on a support through a bracket.

6. The offshore drilling platform according to claim 1, or 2, or 3, characterized in that electric power storage devices are installed on it, for example, batteries connected via a control unit to a diesel generator, additional generators and electricity consumers.

7. The offshore drilling platform according to claim 2, characterized in that the aerodynamic drive is made in the form of two coaxially located propellers connected to an additional generator through means for converting the rotational motion of two shafts into rotational motion of one shaft, for example, a differential planetary multiplier.

8. The offshore drilling platform according to claim 4, characterized in that the hydrodynamic drive is made in the form of two coaxially arranged screws connected to an additional generator through means for converting the rotational motion of two shafts into the rotational motion of one shaft, for example, a differential planetary multiplier.

9. The offshore drilling platform according to claim 7 or 8, characterized in that the additional generator and means for converting the rotational motion of the two shafts into the rotational motion of one shaft, for example a differential planetary multiplier, are placed in a housing having a hinge in the center of mass, which makes it possible to rotate the additional generator in horizontal and vertical planes.

10. The offshore drilling platform according to claim 9, characterized in that the hinge is made with a vertical rotation limiter that protects the screws from damage to the rack.

11. The offshore drilling platform according to claim 9, characterized in that horizontal and vertical stabilizers are installed on the side of the additional generator from the side opposite the screws.

12. The offshore drilling platform according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the diesel generator comprises a fuel system with a fuel flow regulator that is connected to a control unit.

13. The offshore drilling platform of claim 12, wherein the fuel system comprises a shut-off valve connected to a control unit.

14. The offshore drilling platform according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a starter is connected to the diesel generator, which is connected to the energy storage device through the control unit.