устройство ввода подводного бурового инструмента в опорную плиту

Формула изобретения

Устройство ввода подводного бурового инструмента в опорную плиту, включающее бурильную колонну и узел обнаружения опорной плиты, установленный с возможностью перемещения по длине бурильной колонны и связанный кабелем с регистрирующей аппаратурой, отличающееся тем, что узел обнаружения опорной плиты расположен на наружной поверхности бурильной колонны и имеет движительные средства, создающие силу, направленную поперек оси бурильной колонны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области подводного бурения, в частности к устройствам ввода подводного бурового инструмента в опорную плиту. Оно может быть использовано для повторного ввода инструмента в опорную плиту при бурении с плавучих буровых установок или буровых судов преимущественно при больших глубинах моря.

Известно устройство ввода подводного бурового инструмента в опорную плиту, содержащее бурильную колонну и направляющие канаты, по которым при помощи направляющей поперечной штанги буровой инструмент вводится в опорную плиту (С. Г. Скрыпник. Техника для бурения нефтяных и газовых скважин на море, М. Недра, 1989, с. 110).

Известное устройство обеспечивает надежный ввод подводного инструмента в опорную плиту, так как направляющие канаты закреплены по периметру опорной плиты и центрируют положение инструмента.

Однако описанное устройство обладает и существенным недостатком, так как оно может быть использовано лишь при небольших глубинах моря.

Как отмечается в указанной выше книге (с. 122) "освоение нефтяных и газовых месторождений на больших глубинах моря обусловило совершенствование и создание новых узлов конструкций подводного устьевого оборудования".

Известно устройство ввода подводного бурового инструмента в опорную плиту, являющееся ближайшим аналогом предлагаемого технического решения. Это устройство, описанное в цитируемой книге С.Г. Скрыпника (с. 123, 124), содержит бурильную колонну и опускаемый на ее нижний конец узел обнаружения опорной плиты. Узел обнаружения представляет собой зонд, включающий в себя сонар (гидролокатор) и телекамеру. Зонд соединен при помощи кабеля с регистрирующей аппаратурой, установленной в помещении управления на плавучей буровой установке или буровом судне, и опускается внутри бурильной колонны на ее нижний конец. Как отмечается в литературе, совместная информация от сонара и телекамеры обеспечивает окончательное совмещение в пределах 100 мм.

По сравнению с устройством-аналогом устройство ввода подводного бурового инструмента в опорную плиту, выполненное в соответствии с прототипом, позволяет производить ввод инструмента при больших глубинах моря, так как применение направляющих тросов в этом случае невозможно.

Вместе с тем устройство-прототип требует маневрирования бурового судна, оно только определяет взаимное расположение опорной плиты, лежащей на дне моря, и нижнего конца бурильной колонны, сближение же их производится перемещением судна. Если при больших расстояниях от опорной плиты до нижнего конца бурильной колонны перемещение судна для ввода бурового инструмента возможно и необходимо, то при малых расстояниях (до 10-30 м) таким способом не реально достичь необходимой точности совмещения нижнего конца бурильной колонны и опорной плиты.

Проведенные расчеты показали, что при длине бурильной колонны 3000 м смещение бурового судна на 10 м приводит к адекватному смещению нижнего конца бурильной колонны только через 30-40 мин. При такой оперативности, учитывая невозможность точного определения на море пути судна, операция ввода подводного бурового инструмента в опорную плиту представляется нереальной.

Кроме того, размещение аппаратуры: сонара, телекамеры, подводных световых приборов, эхолота, аппаратуры линии связи в конструкции диаметром 75-100 мм весьма затруднительно. Это приводит к созданию зонда большой протяженности (до 5 м), что негативно скажется при его эксплуатации.

Задача изобретения состоит в том, чтобы создать устройство ввода подводного бурового инструмента в опорную плиту, обеспечивая достаточно быстрый и надежный ввод.

Поставленная задача решается тем, что устройство ввода подводного бурового инструмента в опорную плиту содержит бурильную колонну и опускаемый на ее нижний конец узел обнаружения опорной плиты, указанный узел снабжен движительными установками и выполнен опускаемым по наружной поверхности бурильной колонны.

Такое выполнение устройства ввода подводного бурового инструмента в опорную плиту дает возможность создания на нижнем конце бурильной колонны силы, направленной поперек оси колонны, вызывающей ее изгиб и сближение с опорной плитой. Выполнение устройства опускаемым по наружной поверхности бурильной колонны позволяет разместить на ней все необходимые средства обнаружения опорной плиты, измерения расстояния, визуального наблюдения и т.д.

Другие технические решения, содержащие признаки, изложенные в формуле изобретения в качестве отличительных, не известны.

На фиг. 1 показан общий вид системы подводного бурения; на фиг. 2 - устройство ввода подводного бурового инструмента в опорную плиту, вид сбоку; на фиг. 3 то же, вид сверху.

Устройство ввода подводного бурового инструмента в опорную плиту используется с бурового судна 1 и содержит бурильную колонну 2 и опускаемый на ее нижний конец узел 3 обнаружения опорной плиты 4. Узел 3 представляет собой раму 5, на которой установлены четыре, размещенные под углом 45^o относительно друг друга, движительные установки 6, питающие их энергосиловые блоки 7, телекамера 8, гидролокатор 9, эхолот 10, подводные световые приборы 11. Узел 3 выполнен опускаемым по наружной поверхности бурильной колонны 2, на которой он закрепляется при помощи захвата 12. Опускание производится на грузонесущем кабеле 13, благодаря которому осуществляется передача сигналов на буровое судно 1 и команды на движительные установки 6 с бурового судна.

Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом.

С бурового судна 1 опускается бурильная колонна 2 до длины, меньшей на 50-100 м, чем глубина моря в районе работ. После этого захватом 12 на колонну 2 крепится узел 3 обнаружения опорной плиты 4, находящейся на дне моря, и опускается по наружной поверхности колонны при помощи грузонесущего кабеля 13 до нижнего конца колонны. С пульта управления и контроля, расположенного на борту бурового судна 1, включается гидролокатор 9 и эхолот 10, по показаниям которых определяются расположение опорной плиты 4 (дальность до нее и пеленг) и расстояние от нижнего конца бурильной колонны до дна моря.

Если на раме 5 установлен компас, то можно определить направление на опорную плиту 4, в котором буровому судну 1 следует переместиться для сокращения расстояния до опорной плиты. Если такого компаса нет, буровое судно 1 делает пробное смещение в том или ином направлении, после чего определяется изменение расстояния до опорной плиты и необходимое направление смещения судна для уменьшения расстояния до опорной плиты. По показаниям эхолота 10 определяется необходимость дальнейшего опускания бурильной колонны 2. После того как буровое судно 1, переместившись в новое положение, уменьшило расстояние по горизонтали между нижним концом бурильной колонны и опорной плитой 4 до 10-30 м, в пульте управления включают движительные установки 6, создавая силу, приложенную к нижнему концу бурильной колонны 2. Расположение движительных установок под углом 45^o друг к другу дает возможность создать горизонтальную силу в любом направлении. Величина этой силы в зависимости от направления может изменяться в диапазоне от 2T до 2,8T, где T - тяга одной движительной установки. Наличие горизонтальной силы, приложенной к нижнему концу бурильной колонны, приводит к изгибу ее и перемещению этого конца в направлении действия силы.

Проведенные расчеты показали, что при длине бурильной колонны более 500 м (наружный диаметр 100 мм, внутренний диаметр 76 мм, материал сталь) для определения перемещения ее конца изгибной жесткостью колонны можно пренебречь, то есть при этих условиях стальная труба ведет себя как гибкая тяжелая нить. Применительно к бурильной колонне, параметры которой приведены выше, расчеты показали, что усилие 200 кгс, приложенное к нижнему концу колонны, вызывает его отклонение от положения равновесия (как с учетом течения, так и без него) в положение, показанное на фиг.1 пунктиром, смещенное на 10 м при длине колонны 1000 м и примерно 30 м при длине колонны 5000 м. Время, необходимое на это перемещение, составляет 20-40 с. Таким образом, включив движительные установки, перемещают нижний конец бурильной колонны к опорной плите, а по показаниям эхолота определяют, на сколько необходимо увеличить длину буровой колонны для ввода ее в опорную плиту. Контроль за вводом бурового инструмента на заключительном этапе производится при помощи телекамеры 8 и подводных световых приборов 11.

Применение предлагаемого устройства позволяет произвести ввод подводного бурового инструмента в опорную плиту значительно быстрее и надежнее, чем при использовании устройства-прототипа. Если, как отмечалось выше, перемещение бурового судна на 10 м вызывает адекватное перемещение нижнего конца бурильной колонны лишь через 30-40 мин, то время попадания нижнего конца бурильной колонны в круг диаметром 4 м (обычный диаметр отверстия в опорной плите) может исчисляться по меньшей мере часами.

Выполнение предложенного устройства опускаемым по наружной поверхности бурильной колонны, а не по внутренней, имеющей весьма малый диаметр, как это имеет место при выполнении устройства в соответствии с прототипом, позволяет не ограничиваться габаритами применяемой аппаратуры, а использовать весь необходимый ее ассортимент.