RU2477351C1

RU2477351C1 - Ice-resistant monopod self-rising floating drilling rig

Info

Publication number: RU2477351C1
Application number: RU2011130365/03A
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Алисейчик; Борис Рудольфович Лившиц
Original assignee: Публичное акционерное общество "Центральное конструкторское бюро "Коралл"
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2013-03-10
Also published as: RU2011130365A

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: ice-resistant monopod self-rising floating drilling rig has a support base and an upper body with a sliding console and a drilling tower, mounted as capable of vertical displacement by means of climbing the support pillar, firmly attached with the support base. The support pillar of the rig is arranged as transparent. The diameter of the specified support pillar makes at least 0.25 and not more than 0.3 of the support base diameter. To protect the drilled well against ice impact, the rig is equipped with a protective pillar, mounted in the space under the drilling tower with the possibility of deepening into soil and attached with the upper end to the upper body of the rig. For the possibility to evacuate the well upon completion of drilling, in the stern part of the support base there is an opening. The protective pillar is fixed with the upper end to the upper body of the rig by means of the bracket mounted on the latter.

EFFECT: invention makes it possible to increase reliability of a structure under conditions of freezing water areas, in soils with low bearing capacity.

2 cl, 5 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к гидротехническим сооружениям, а более конкретно к конструкциям ледостойких самоподъемных плавучих буровых установок для освоения мелководного континентального шельфа.The claimed invention relates to hydraulic structures, and more particularly to structures of ice-resistant self-elevating floating drilling rigs for the development of a shallow continental shelf.

Известна ледостойкая самоподъемная плавучая буровая установка (см. патент США №4451174, МПК⁸ Е02В 17/02 от 1983 г.), имеющая опорное основание, которое устанавливается на грунт, и верхний корпус с оборудованием, который имеет возможность перемещаться вверх-вниз по центральной колонне, прочно соединенной с опорным основанием. Перемещение верхнего корпуса относительно центральной колонны обеспечивается посредством специальных подъемных устройств, состоящих из дополнительных колонн, опирающихся на опорное основание, и подъемных механизмов. После подъема верхнего корпуса на заданную высоту он фиксируется на центральной колонне, а дополнительные опорные колонны поднимаются вверх. Таким образом, волновые и ледовые нагрузки действуют только на центральную колонну.Known ice-resistant self-elevating floating drilling rig (see US patent No. 4451174, IPC ⁸ EV 17/02 from 1983), having a support base that is installed on the ground, and the upper case with equipment that has the ability to move up and down the central a column firmly connected to the support base. The movement of the upper housing relative to the central column is provided by means of special lifting devices, consisting of additional columns resting on a support base, and lifting mechanisms. After lifting the upper case to a predetermined height, it is fixed on the central column, and additional supporting columns rise up. Thus, wave and ice loads act only on the central column.

Для защиты бурящейся скважины от ледовых воздействий бурение производится через центральную колонну, а при транспортировке плавучей буровой установки буровая вышка с подвышечным основанием снимается с центральной колонны и устанавливается на палубу верхнего корпуса.To protect the drilled well from ice impacts, drilling is carried out through the central column, and when transporting a floating drilling rig, the derrick with a sub-base is removed from the central column and installed on the deck of the upper hull.

К недостаткам этой конструкции можно отнести следующее:The disadvantages of this design include the following:

Кроме центральной колонны, которая рассчитана на удержание верхнего корпуса с оборудованием и технологическими запасами, а также на восприятие волновых, ветровых и ледовых нагрузок, имеются дополнительные колонны для подъема верхнего корпуса. Это требует дополнительных затрат на строительство, а также увеличивает ветровую нагрузку на всю буровую установку, когда верхний корпус и дополнительные колонны подняты.In addition to the central column, which is designed to hold the upper hull with equipment and technological reserves, as well as to absorb wave, wind and ice loads, there are additional columns for lifting the upper hull. This requires additional construction costs, and also increases the wind load on the entire drilling rig when the upper body and additional columns are raised.

При такой конструкции установки она может бурить только скважины с формированием устья ниже уровня дна моря, так как при надводном расположении устья скважины установка не имеет возможности сойти со скважины после окончания бурения. Формирование устья скважины ниже уровня дна моря требует специальных технологий, включая значительные объемы гидротехнических работ, создает проблемы при обслуживании устья и требует повышенных капитальных и эксплуатационных затрат.With this design of the installation, it can only drill wells with the formation of a well below the bottom of the sea, since with a surface location of the well head the installation is not able to get off the well after drilling. The formation of the wellhead below sea level requires special technologies, including significant amounts of hydraulic work, creates problems in servicing the wellhead and requires increased capital and operating costs.

Необходимость снятия буровой вышки с подвышечным основанием с центральной колонны и установки ее на палубу верхнего корпуса для обеспечения безопасной транспортировки буровой установки значительно усложняет конструкцию многочисленных трубопроводов и кабельных сетей, идущих на подвышечное основание, и увеличивает время, необходимое для подготовки установки к перегону. Кроме того, для снятия буровой вышки с подвышечным основанием требуется аренда плавучего крана большой грузоподъемности, что значительно увеличит эксплуатационные расходы.The need to remove the derrick with a sub-base from the central column and install it on the deck of the upper hull to ensure the safe transportation of the rig greatly complicates the design of numerous pipelines and cable networks going to the sub-base and increases the time required to prepare the unit for distillation. In addition, the removal of a derrick with a sub-base requires the rental of a large-capacity floating crane, which will significantly increase operating costs.

Известна также моноподная самоподъемная плавучая буровая установка (см. патент США №4265568, МПК⁸ Е02В 17/02 от 1979 г. - прототип), имеющая устанавливаемое на грунт опорное основание, и верхний корпус с выдвижной консолью и буровой вышкой, который смонтирован с возможностью вертикального перемещения по опорной колонне ферменной конструкции, прочно соединенной с опорным основанием и выполненной в виде монопода. Перемещение верхнего корпуса относительно колонны обеспечивается механизмом подъема, смонтированным на упомянутой опорной колонне.Also known monopodic self-elevating floating drilling rig (see US patent No. 4265568, IPC ⁸ EV 02/17 of 1979 - prototype), having a support base installed on the ground, and an upper body with a retractable console and a drilling tower, which is mounted with the possibility vertical movement along the supporting column of the truss, firmly connected to the supporting base and made in the form of a monopod. The movement of the upper housing relative to the column is provided by a lifting mechanism mounted on said support column.

Недостатком прототипа является то, что опорная колонна ферменной конструкции позволяет воспринимать ветровые и волновые нагрузки, но не может обеспечить восприятие ледовых, действующих на установку одновременно с эксплуатационными нагрузками и нагрузками от собственного веса. Прочность хорды и раскосов не позволяет воспринимать усилия от ледовых образований в месте контакта из-за небольшого момента сопротивления сечения, а опорная колонна в целом не обеспечивает восприятие суммарного изгибающего момента в сечении у опорного основания из-за дефицита момента инерции опорной колонны и дефицита площади сечения хорд.The disadvantage of the prototype is that the supporting column truss allows you to perceive wind and wave loads, but can not provide the perception of ice acting on the installation at the same time as operational loads and loads from its own weight. The strength of the chords and braces does not allow perceiving forces from ice formations in the contact place due to the small moment of resistance of the cross section, and the support column as a whole does not provide the perception of the total bending moment in the section at the support base due to the lack of moment of inertia of the support column and deficiency of the cross-sectional area chord.

Также при совместном действии ледовых и ветровых нагрузок конструкция опорного основания не обеспечивает удержание против сдвига и опрокидывания из-за дефицита момента инерции и небольшой площади контакта опорного основания с грунтом.Also, under the combined action of ice and wind loads, the design of the support base does not provide retention against shear and tipping due to a lack of moment of inertia and a small contact area of the support base with the ground.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности конструкции путем обеспечения восприятия действующих на установку нагрузок при бурении в замерзающих акваториях на грунтах со слабой несущей способностью.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability of the design by ensuring the perception of the loads acting on the installation when drilling in freezing waters on soils with weak bearing capacity.

Указанный технический результат достигается в ледостойкой моноподной самоподъемной плавучей буровой установке, имеющей опорное основание и верхний корпус с выдвижной консолью и буровой вышкой, смонтированный с возможностью вертикального перемещения посредством опорно-подъемного устройства по опорной колонне, прочно соединенной с опорным основанием, тем, что для бурения в замерзающих акваториях на грунтах со слабой несущей способностью, минимизации препятствий для движущегося льда и обеспечения восприятия всех внешних нагрузок, действующих на установку, опорная колонна установки выполнена непрозрачной, причем диаметр упомянутой опорной колонны составляет не менее 0,25 и не более 0,3 диаметра опорного основания, при этом для защиты бурящейся скважины от воздействия льда установка снабжена защитной колонной, смонтированной в пространстве под буровой вышкой с возможностью заглубления в грунт и закрепленной верхним концом к верхнему корпусу установки, а для возможности покидания скважины после окончания бурения в кормовой части опорного основания выполнен проем.The specified technical result is achieved in an ice-resistant monopod self-elevating floating drilling rig having a support base and an upper body with a retractable console and a drilling rig mounted with the possibility of vertical movement by means of a support and lifting device along a support column firmly connected to the support base, so that for drilling in freezing waters on soils with weak bearing capacity, minimizing obstacles to moving ice and ensuring the perception of all external loads, de the support column of the installation is made opaque, and the diameter of the said support column is not less than 0.25 and not more than 0.3 of the diameter of the support base, while to protect the drilling well from ice, the installation is equipped with a protective column mounted in the space under the drilling a tower with the possibility of deepening into the ground and fixed with its upper end to the upper body of the installation, and for the possibility of leaving the well after drilling in the aft part of the support base, an aperture is made.

Указанный технический результат также достигается тем, что упомянутая защитная колонна закреплена верхним концом к верхнему корпусу установки посредством смонтированного на последнем кронштейна.The specified technical result is also achieved by the fact that the said protective column is fixed with its upper end to the upper housing of the installation by means of a bracket mounted on the latter.

На фигуре 1 изображена заявляемая ледостойкая моноподная самоподъемная плавучая буровая установка, вид сбоку;The figure 1 shows the inventive ice-resistant monopod self-elevating floating drilling rig, side view;

на фиг.2 - опорное основание установки, вид сверху;figure 2 - supporting base of the installation, top view;

на фиг.3 - узел А фиг.1;figure 3 - node a of figure 1;

на фиг.4 - заявляемая ледостойкая моноподная самоподъемная плавучая буровая установка в режиме подъема опорного основания;figure 4 - the inventive ice-resistant monopod self-elevating floating drilling rig in the lifting mode of the support base;

на фиг.5 - то же в режиме транспортировки.figure 5 is the same in transport mode.

Заявляемая ледостойкая моноподная самоподъемная плавучая буровая установка (СПБУ) состоит из опорного основания 1, к которому прочно закреплена опорная колонна 2. Верхний корпус 3 смонтирован с возможностью вертикального перемещения по колонне 2 с помощью опорно-подъемного устройства, рейки 4 которого закреплены непосредственно на колонне 2, а механизмы подъема 5 установлены в верхнем корпусе 3.The inventive ice-resistant monopod self-elevating floating drilling rig (SPBU) consists of a support base 1 to which the support column 2 is firmly fixed. The upper housing 3 is mounted with the possibility of vertical movement along the column 2 using a support-lifting device, the rails 4 of which are mounted directly on the column 2 , and the lifting mechanisms 5 are installed in the upper case 3.

Опорная колонна 2 обеспечивает восприятие волновых, ветровых и ледовых нагрузок, действующих на СПБУ, а также является основным элементом опорно-подъемного устройства. Опорная колонна 2 является непрозрачной, непроницаемой моноопорой, способной воспринимать высокие локальные нагрузки в месте контакта, и обеспечивает надежность в месте соединения с основанием 1 от действия изгибающего момента, вызванного равнодействующей горизонтальных сил за счет рационально выбранного соотношения диаметров опоры 2 и основания 1 и применения высокопрочной стали, что позволяет обеспечить высокий уровень надежности при приемлемых размерах и металлоемкости.The support column 2 provides the perception of wave, wind and ice loads acting on the SPBU, and is also the main element of the support and lifting device. The support column 2 is an opaque, impermeable mono-support capable of absorbing high local loads at the contact point, and provides reliability at the junction with the base 1 from the action of bending moment caused by the resultant horizontal forces due to the rationally selected ratio of the diameters of the support 2 and the base 1 and the use of high strength steel, which allows for a high level of reliability with acceptable dimensions and metal consumption.

Колонна 2 в совокупности с рейками 4 и механизмами подъема 5 представляет собой законченное опорно-подъемное устройство, и для подъема верхнего корпуса 3 не требуется больше никаких дополнительных устройств.Column 2, together with rails 4 and lifting mechanisms 5, is a complete supporting and lifting device, and no additional devices are required to lift the upper housing 3.

На верхнем корпусе 3 располагаются жилой модуль 6 с вертолетной площадкой, выдвижная консоль 7, на которой установлено подвышечное основание 8 с буровой вышкой 9, а также энергетическое и технологическое оборудование и технологические запасы (не показаны).On the upper case 3 there is a residential module 6 with a helipad, a retractable console 7, on which a sub-base 8 with a derrick 9 is installed, as well as energy and technological equipment and technological supplies (not shown).

Для обеспечения устойчивости СПБУ на грунтах со слабой несущей способностью опорное основание 1 имеет большую площадь опорной поверхности и в нижней части «юбку» 10, которая заглубляется в грунт и предотвращает размыв грунта под опорной поверхностью.To ensure the stability of SPBU on soils with weak bearing capacity, the supporting base 1 has a large area of the supporting surface and in the lower part of the "skirt" 10, which is buried in the ground and prevents erosion of the soil under the supporting surface.

Диаметр опорной колонны 2 составляет не менее 0,25 и не более 0,3 диаметра опорного основания 1. Такое соотношение диаметров обеспечивает равномерное распределение давления под подошвой СПБУ при стоянке на слабых грунтах, обеспечивает надежное удержание против сдвига, предотвращает чрезмерный крен и опрокидывание СПБУ при воздействии горизонтальных ледовых нагрузок.The diameter of the support column 2 is not less than 0.25 and not more than 0.3 of the diameter of the support base 1. This ratio of diameters ensures a uniform distribution of pressure under the sole of the SPBU when parking on soft soils, provides reliable retention against shear, prevents excessive roll and capsizing of the SPBU when horizontal ice loads.

В случае если диаметр опорной колонны 2 будет более 0,3 диаметра опорного основания 1, это повышает вероятность перекоса опорного основания 1 или опрокидывания установки при действии горизонтальных усилий.If the diameter of the support column 2 is more than 0.3 the diameter of the support base 1, this increases the likelihood of skewing of the support base 1 or tipping of the installation under the action of horizontal forces.

В случае если диаметр опорной колонны 2 будет менее 0,25 диаметра опорного основания 1, это приведет к избыточной металлоемкости опорного основания 1, увеличению мощности и габаритов опорно-подъемного устройства и усложнению процедуры транспортировки.If the diameter of the support column 2 is less than 0.25 of the diameter of the support base 1, this will lead to excessive metal consumption of the support base 1, an increase in the power and dimensions of the support-lifting device and the complexity of the transportation procedure.

Для возможности покидания скважины после окончания бурения в кормовой части опорного основания 1 выполнен проем. 11, который может иметь любую форму, не препятствующую уходу установки со скважины, а для защиты бурящейся скважины от воздействия льда, установка снабжена защитной колонной 12, смонтированной в пространстве под буровой вышкой 9 с возможностью заглубления в грунт и закрепленной верхним концом к смонтированному на боковой стороне верхнего корпуса 3 кронштейну 13.For the possibility of leaving the well after drilling in the aft of the support base 1, an opening is made. 11, which can be of any shape that does not prevent the installation from leaving the well, and to protect the drilling well from ice, the installation is equipped with a protective column 12 mounted in the space under the oil rig 9 with the possibility of penetration into the ground and fixed with its upper end mounted to the side the side of the upper housing 3 to the bracket 13.

В режиме бурения опорное основание 1 опирается на грунт, в него принимается балласт для обеспечения устойчивости. Верхний корпус 3 по колонне 2 с помощью механизмов подъема 5 поднимается на нужную высоту над уровнем воды. Выдвижная консоль 7 передвигается в корму таким образом, чтобы ось буровой вышки 9 располагалась над проемом 11 в опорном основании 1. Для защиты бурящейся скважины от ледовых воздействий в проем 11 опорного основания 1 с помощью плавсредства (не показано) устанавливается и заглубляется в грунт защитная колонна 12, верхнюю часть которой крепят к кронштейну 13 корпуса 3 СПБУ посредством сварки.In drilling mode, the support base 1 is supported by soil, ballast is received therein to ensure stability. The upper body 3 along the column 2 with the help of lifting mechanisms 5 rises to the desired height above the water level. The sliding console 7 moves to the stern so that the axis of the derrick 9 is located above the opening 11 in the supporting base 1. To protect the drilling well from ice impacts, the protective column is installed and buried in the ground in the opening 11 of the supporting base 1 (not shown) and buried in the ground 12, the upper part of which is attached to the bracket 13 of the housing 3 SPBU by welding.

Таким образом, защитная колонна 12, закрепленная в верхней части и в грунте, может надежно противостоять воздействию движущегося льда.Thus, the protective column 12, mounted in the upper part and in the ground, can reliably withstand the effects of moving ice.

После окончания бурения скважины СПБУ переводится в режим подъема опорного основания 1. Выдвижная консоль 7 с буровой вышкой 9 сдвигается в нос, верхний корпус 3 по колонне 2 опускается на воду, чтобы погруженная часть корпуса 3 обеспечивала достаточную плавучесть для восприятия полной массы СПБУ после отрыва опорного основания 1 от грунта. Системой грунторазмыва (не показана) под опорное основание 1 нагнетается вода для ликвидации явления «присоса» к грунту. Из опорного основания 1 откачивается только часть балласта, чтобы опорное основание 1 имело небольшую отрицательную плавучесть. Механизмами подъема 5 опорное основание 1 подтягивается под днище верхнего корпуса 3 СПБУ.After the well is finished, the SPBU is switched to the support base 1 lifting mode. The retractable console 7 with the derrick 9 is slid into the nose, the upper body 3 is lowered into the column 2 by water so that the submerged part of the body 3 provides sufficient buoyancy to absorb the full mass of the SPBU after the support is torn off base 1 from the ground. The soil drainage system (not shown) under the support base 1 is pumped with water to eliminate the phenomenon of "suction" to the soil. Only part of the ballast is pumped out of the support base 1 so that the support base 1 has a small negative buoyancy. By lifting mechanisms 5, the support base 1 is pulled under the bottom of the upper housing 3 SPBU.

Защитная колонна 12 скважины либо демонтируется (если скважина «сухая»), либо крепится на специально устанавливаемом на грунте ледостойком блок-кондукторе (не показан) для последующей эксплуатации скважины. Конструкция блок-кондуктора не является предметом настоящей заявки.The protective column 12 of the well is either dismantled (if the well is “dry”) or mounted on an ice-resistant block conductor specially installed on the ground (not shown) for subsequent operation of the well. The design of the block conductor is not the subject of this application.

Для подготовки к транспортировке СПБУ из опорного основания 1 откачивается оставшаяся часть балласта, масса сооружения уменьшается и СПБУ всплывает. При этом ватерлиния будет располагаться не на верхнем корпусе 3, а на опорном основании 1, что обеспечит достижение минимальной осадки при перегоне.To prepare for transportation of SPBU from the support base 1, the remaining part of the ballast is pumped out, the mass of the structure is reduced and SPBU pops up. In this case, the waterline will be located not on the upper building 3, but on the supporting base 1, which will ensure the achievement of minimal draft during the stretch.

Технико-экономическими преимуществами заявляемого изобретения является обеспечение возможности как разведочного бурения без использования блок-кондуктора, так и эксплуатационного с применением блок-кондуктора в условиях ледовой обстановки замерзающих морей. Ледостойкая моноподная самоподъемная плавучая буровая установка представленной конструкции, предназначенная для эксплуатации в ледовых условиях, на сегодняшний день является весьма актуальной и будет использована для освоения континентального шельфа замерзающих морей Российской Федерации.The technical and economic advantages of the claimed invention is the possibility of both exploratory drilling without the use of a block conductor, and production with the use of a block conductor in ice conditions of freezing seas. The ice-resistant monopod self-elevating floating drilling rig of the presented design, designed for operation in ice conditions, is very relevant today and will be used to develop the continental shelf of the freezing seas of the Russian Federation.

Claims

1. An ice-resistant monopod self-elevating floating drilling rig having a support base and an upper body with a retractable console and a drill tower, mounted with the possibility of vertical movement by means of a lifting mechanism along the support column, firmly connected to the support base, characterized in that for drilling in freezing waters on soils with weak bearing capacity, minimizing obstacles to moving ice, and ensuring the perception of all external loads acting on the installation, support column The assemblies are made opaque, and the diameter of the said support column is not less than 0.25 and not more than 0.3 of the diameter of the support base, and to protect the drilling well from ice, the installation is equipped with a protective column mounted in the space under the oil rig with the possibility of penetration into the ground and fixed with the upper end to the upper casing of the installation, and for the possibility of leaving the well after drilling in the aft of the support base, an opening is made.

2. An ice-resistant monopod self-elevating floating drilling rig according to claim 1, characterized in that said protective column is fixed with its upper end to the upper housing of the installation by means of a bracket mounted on the latter.