система защиты скважины от воздействия ледяных массивов

Формула изобретения

1. Система защиты скважины от воздействия ледяных массивов, в том числе торосов, в условиях освоения подводных месторождений углеводородов, содержащая возводимый над устьем защитный контейнер, отличающаяся тем, что контейнер выполнен в форме прочной оболочки, выдерживающей нагрузку, сравнимую с возникающей при ударе ледяного массива критической нагрузкой, оболочка оснащена рядом датчиков, характеризующихся возможностью срабатывания при нагрузке, превышающей критическую, и электрически связанных с системой автоматического включения по сигналу с датчиков средства герметизации устья скважины.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве датчика выбран тензодатчик или датчик перемещений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области освоения подводных месторождений жидких и газообразных ископаемых, в частности углеводородов, а именно к подводным технологическим сооружениям, обеспечивающим проведение эксплуатационных работ на шельфе открытого моря (в арктическом регионе) при наличии подвижных ледовых массивов, в том числе торосов и айсбергов.

Известна конструкция основания морской платформы (патент РФ №2030503, опубл. 10.03.95), содержащая бетонный монолитный кессон, состоящий из верхней плиты, донной плиты, из двух соосных защитных стенок - внутренней и внешней, спроектированных для выдерживания ударов айсберга. Эти стенки расположены вертикально между плитами и жестко соединены с ними. Внешняя стенка кессона состоит из защитных элементов сложной формы, способных взломать поверхность айсберга, ударяющегося в кессон.

Недостаток этой стационарной конструкции состоит в том, что она является технологически сложной, громоздкой, и возведение подобной конструкции не всегда оправдано с точки зрения экономии и технологии при разработке месторождений в ледовых районах Арктики.

Известна конструкция технологического комплекса для освоения подводных месторождений полезных ископаемых на шельфе, позволяющего обеспечить защиту технологического (устьевого) оборудования от столкновения с айсбергами (патент РФ №2215847, опубл. 10.11.03), содержащего морскую платформу, подводные сателлиты и береговую технологическую базу, связанные между собой коммуникациями. Морская платформа включает основание, жестко связанное с грунтом с помощью свай. На основании установлена горизонтальная платформа с технологическим оборудованием, а подводные сателлиты включают эксплуатационные скважины с устьевым оборудованием. Основание морской платформы состоит, по крайней мере, из двух частей: нижней, жестко связанной с грунтом, и верхней, на которой расположена горизонтальная платформа с технологическим оборудованием. Основание снабжено фиксирующими элементами для последовательной фиксации относительного положения нижней части основания, верхней части основания и горизонтальной платформы между собой, а также элементами быстроразъемных соединений технологических коммуникаций, обеспечивающих возможность относительного перемещения частей основания. Предложенная конструкция позволяет повысить эксплуатационную безопасность за счет обеспечения возможности исключения взаимодействия морской платформы с ледовым массивом, в частности, айсбергами посредством управления частями (изменения положения) основания в аварийной ситуации.

Недостатком конструкции является ее сложность, громоздкость и стационарность. Нецелесообразным является ее возведение при разработке мелких подводных месторождений полезных ископаемых.

Известна конструкция морской ледостойкой платформы с системой защиты от воздействия подвижных ледяных массивов (патент РФ №2130526, опубл. 20.05.99), содержащая ледостойкий кессон, выполненный с донной и верхней опорными плитами, жестко связывающими между собой внутреннюю и наружную профилированную с защитными от воздействия льда элементами стенки, установленными с зазором относительно друг друга, и верхнее строение, установленное на верхней опорной плите и выполненное из технологических функциональных блоков. Кессон выполняет функцию защитного контейнера, не заполняемого водой. Платформа дополнительно снабжена вспомогательным ледоломным козырьком. Защитные элементы выполнены в виде сегментов цилиндров вращения с коническим профилем в верхней части. При этом с учетом глубины моря в месте установки морской ледостойкой платформы наружную профилированную стенку с защитными элементами выполняют с конической частью в зоне воздействия льда.

Данная стационарная конструкция обеспечивает защиту устьевого оборудования, однако при освоении мелких и средних месторождений возведение подобной платформы является неоправданным в силу технологической сложности ее установки, громоздкости и нерентабельности.

Мировая практика морского промысла показывает, что освоение крупных и мелких месторождений требует различного подхода. Главное отличие состоит в том, что для освоения мелких и средних месторождений необходимы сравнительно дешевые, мобильные и защищенные, в случае освоения месторождений в полярных условиях, конструкции. Задача состоит в разработке подобной конструкции.

Технический результат состоит в обеспечении мобильности, повышении технологичности, рентабельности и надежности конструкции, обеспечивающей защиту устьевого оборудования в условиях риска столкновения с подвижными ледяными массивами, в частности айсбергами и торосами.

Заявляемый результат достигается за счет того, что в отличие от известной системы защиты скважины (устьевого оборудования) от воздействия ледяных массивов, в том числе торосов, в условиях освоения подводных месторождений углеводородов, содержащей возводимый над устьем защитный контейнер, в предлагаемой системе контейнер выполнен в форме прочной оболочки, выдерживающей нагрузку, сравнимую с возникающей при ударе ледяного массива критической нагрузкой, оболочка оснащена рядом датчиков, характеризующихся возможностью их срабатывания при нагрузке, превышающей критическую, и электрически связанных с системой автоматического включения по сигналу с датчиков средства герметизации устья скважины.

Кроме того, в системе, в частности, в качестве датчика может быть выбран тензодатчик или датчик перемещений.

Выполнение контейнера в форме прочной, исходя из заявляемого условия оболочки, позволяет существенно облегчить технологию установки конструкции на донном основании в силу ее мобильности и исключить необходимость по сравнению с прототипом проведения сложных и громоздких экономически и технологически затратных манипуляций по установке стационарной платформы. Оснащение оболочки рядом датчиков с возможностью их срабатывания при нагрузке, превышающей критическую, позволяет контролировать окружающую обстановку, что при наличии электрической связи датчиков с системой автоматического включения по сигналу с датчиков средства герметизации устьевого оборудования обеспечит надежную защиту технологического оборудования.

Предлагаемые к конкретному выбору датчики - тензодатчик или датчик перемещений являются наиболее доступными с точки зрения их возможностей по реагированию на критическую нагрузку.

То есть заявляемая конструкция в предложенной совокупности существенных признаков позволяет надежно, технологически просто, мобильно и рентабельно обеспечить защиту устьевого оборудования от разрушения ледяным массивом в аварийной ситуации.

На чертеже схематично изображена предлагаемая система защиты, где позициями обозначены:

1 - оболочка, 2 - встроенный датчик, 3 - блок автоматики, обеспечивающий передачу сигнала с датчиков, 4 - средство герметизации устья.

Система защиты, изображенная на чертеже, представляет собой устанавливаемую в подводном положении на глубинах возможного прохождения торосов над устьевым оборудованием предварительно рассчитанную на прочность цилиндрическую оболочку (1), выдерживающую нагрузку, сравнимую с возникающей при ударе ледяного массива критической нагрузкой, например, стальную. В оболочку встраивают систему тензодатчиков (2). Датчики подключены к системе автоматического включения в аварийной ситуации (приближение тороса) средства перекрытия (герметизации) устья (4), в частности, клапана.

Система защиты работает следующим образом. При приближении тороса тензодатчик (2), подает сигнал на систему аварийного автоматического включения (3). Сигнал датчика является управляющим для средства перекрытия (клапана) устья скважины (4).

Таким образом, выбор формы контейнера и свойств материала, из которого он выполнен, в сочетании с встроенной в контейнер системой аварийного реагирования и автоматической герметизации устья скважины способствуют мобильности, повышению технологичности, рентабельности и надежности конструкции, обеспечивающей защиту устьевого оборудования скважины в условиях риска столкновения с подвижными ледяными массивами, в частности айсбергами и торосами.