САМОПОДЪЕМНОЕ БУРОВОЕ МОРСКОЕ ОСНОВАНИЕ ЛЕДОВОГО КЛАССА С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ НАГРУЖЕНИЕМ СИСТЕМОЙ НАТЯЖЕНИЯ
ICE WORTHY JACK-UP DRILLING UNIT WITH PRE-LOADING TENSION SYSTEM

Настоящее изобретение относится к мобильным морским буровым основаниям, часто называемым "самоподъемными" буровыми основаниями или буровыми установками, которые используются на мелководье, обычно на глубинах меньше 400 футов (122 м), для бурения нефтяных и газовых скважин.
В нескончаемом поиске углеводородного сырья много нефтяных и газовых коллекторов открыто за последние более ста пятидесяти лет. Разработано много технологий поиска новых коллекторов и запасов, и во многих областях в мире проведены поисковые работы, дающие новые открытия. Маловероятно открытие новых неразведанных запасов вблизи населенных областей и в доступных местах. Вместо этого новые большие запасы открываются в проблемных и труднодостижимых областях.
Одной многообещающей областью является прибрежная морская зона Арктики. Вместе с тем Арктика является удаленной и холодной, где лед на воде создает значительные трудности для разведки и добычи углеводородов. В течение многих лет, в общем, считается, что шесть нерентабельных скважин должны быть пробурены на каждую рентабельную скважину. Если данное фактически верно, необходимо делать строительство нерентабельных скважин недорогим. Вместе с тем в Арктике практически ничего недорогого нет.
В настоящее время на мелководье в местах с холодными погодными условиями, такими как Арктика, самоподъемные или мобильные морские буровые основания можно использовать около 45-90 дней в короткий период открытой воды в летний сезон. Прогнозирование начала и конца сезона бурения зависит от случайных факторов, и много усилий тратится для определения момента безопасной буксировки самоподъемного основания на буровую площадку и начала бурения. После начала строительства критичным является выполнение в срок заканчивания скважины для предотвращения вынужденного отсоединения и отступления в случае прихода льда до заканчивания скважины. Даже во время нескольких недель открытой воды плавающие льдины представляют значительную опасность для самоподъемных буровых установок, когда буровая установка находится на площадке и опоры самоподъемной буровой установки открыты воздействию и весьма уязвимы для повреждения.
Самоподъемные буровые установки являются мобильными, автономно поднимающимися морскими платформами бурения и капремонта и оборудованы опорами, выполненными с возможностью спускаться на морское дно и затем поднимать корпус над водой. Самоподъемные буровые установки обычно включают в себя буровое оборудование и/или оборудование капремонта, систему подъема опор, жилые отсеки, погрузочно-разгрузочные сооружения, зоны хранения насыпных и жидких материалов, вертолетную площадку и другие необходимые сооружения и оборудование.
Самоподъемная буровая установка конструктивно исполнена с возможностью буксировки на буровую площадку и подъема на опорах над водой так, что морские волны воздействуют только на опоры, которые имеют весьма небольшое сечение, таким образом, обеспечивается проход волн без сообщения значительного перемещения самоподъемной буровой установке. Вместе с тем, опоры самоподъемной установки слабо защищены от столкновения с плавающими льдинами, и плавающая льдина любого существенного размера способна вызвать структурное повреждение одной или нескольких опор и/или столкнуть буровую установку с площадки. Если такое событие произойдет до окончания бурения и заканчивания с установкой надлежащей защиты, возможно возникновение утечки углеводородов. Даже незначительный риск такой утечки является совершенно неприемлемым в нефтегазовой промышленности для органов надзора и населения.
Таким образом, после определения, что потенциально рентабельная скважина пробурена во время данного короткого сезона, весьма крупногабаритная, удерживаемая собственным весом система или аналогичная конструкция может доставляться и устанавливаться на морское дно для долгосрочного процесса бурения и добычи углеводородов. Данные удерживаемые собственным весом конструкции являются весьма крупными и очень дорогими, но способными выдерживать силы воздействия льда круглый год.
Изобретение относится к самоподъемной буровой установке ледового класса для бурения на нефть и газ в потенциально ледовых условиях на прибрежных морских площадях, включающей в себя плавучий корпус, имеющий относительно гладкую палубу в своей верхней части. Плавучий корпус дополнительно включает в себя форму для выгибания льда в своей нижней части, проходящую вокруг периметра корпуса, при этом форма для выгибания льда проходит от области корпуса вблизи уровня палубы и проходит вниз к днищу корпуса вместе с участком ледового дефлектора, проходящим вокруг периметра днища корпуса, для направления льда вокруг корпуса, а не под корпус. Буровая установка включает в себя по меньшей мере три опоры, установленные в периметре днища корпуса, при этом опоры выполнены с возможностью подъема с морского дна для обеспечения буксировки буровой установки через мелководье, а также выдвижения к морскому дну и дополнительного выдвижения для подъема корпуса частично или полностью из воды. Устройство самоподъема связано с каждой опорой и служит как для подъема опоры с морского дна, дающего самоподъемной буровой установке ледового класса возможность плавать благодаря плавучести корпуса, так и выталкивания опор вниз к морскому дну и выталкивания корпуса вверх с частичным выходом из воды, когда плавающие льдины угрожают буровой установке, и с выходом полностью из воды, когда лед отсутствует. Буровая установка дополнительно включает в себя систему натяжения, включающую в себя по меньшей мере один анкер для создания дополнительной, направленной вниз силы, прижимающей опоры к морскому дну, и сопротивления перемещению, которое может вызывать лед.
Изобретение дополнительно относится к способу бурения скважин в водах, подверженных появлению льда. Способ включает в себя создание плавучего корпуса с относительно гладкой палубой в своей верхней части и с формой для выгибания льда в своей нижней части, причем форма для выгибания льда проходит от области корпуса вблизи уровня палубы, и проходит вниз к днищу корпуса, и с участком ледового дефлектора, проходящим вокруг периметра днища корпуса для направления льда вокруг корпуса, а не под корпус. По меньшей мере три опоры установлены в периметре днища корпуса. Каждая опора выдвигается вниз так, что башмаки снизу опор входят в контакт с морским дном, и поднимает корпус вверх и полностью из воды, когда лед не угрожает буровой установке, когда буровая установка бурит скважину на буровой площадке. Корпус дополнительно спускается в воду в конфигурацию защиты ото льда так, что форма для выгибания льда проходит над и под морской поверхностью для выгибания льда, идущего на буровую установку, для обеспечения погружения льда под воду и приложения выгибающих сил, разламывающих лед, при этом лед обходит буровую установку. Создают по меньшей мере один анкер для соединения с морским дном, и натяжение прикладывают к анкеру для создания дополнительной, направленной вниз силы, прижимающей опоры к морскому дну, и сопротивления перемещению, которое может вызывать лед.
Более полное понимание настоящего изобретения и его преимуществ дает приведенное ниже описание с прилагаемыми чертежами, на которых показано следующее:
На фиг.1 показан вид сбоку первого варианта осуществления настоящего изобретения, где буровая установка находится на плаву и в готовности к буксировке на буровую площадку.
На фиг.2 показан вид сбоку настоящего изобретения, где буровая установка поднята над водой для бурения в открытой воде.
На фиг.3 показан вид сбоку настоящего изобретения, где буровая установка частично опущена в воду, но продолжает поддерживаться опорами в защитной конфигурации для бурения в потенциально ледовых условиях.
На фиг.4 показан вид сбоку с увеличением фрагмента конфигурации одного конца первого варианта осуществления настоящего изобретения фиг.3 со льдом, перемещающимся на буровую установку.
На фиг.5 показан вид сбоку буровой установки с системой натяжения, спущенной вниз через опоры на морское дно.
На фиг.6 показан вид сбоку буровой установки с системой натяжения, спущенной внутри периметра днища корпуса на морское дно.
Рассматривая подробное описание предпочтительного устройства или устройств настоящего изобретения, следует понимать, что признаки изобретения и концепции могут проявляться в других устройствах и что объем изобретения не ограничивается описанными или показанными вариантами осуществления. Объем изобретения ограничивается только объемом формулы изобретения, приведенной ниже.
На фиг.1 показана самоподъемная буровая установка ледового класса, в целом, указана стрелкой 10. На фиг.1 самоподъемная буровая установка 10 показана с корпусом 20, находящимся на плаву в море, и опорами 25 в поднятом положении, где большая часть длины опор 25 возвышается над палубой 21 корпуса 20. На палубе 21 располагается вышка 30, используемая для бурения скважин. В конфигурации, показанной на фиг.1, самоподъемная буровая установка 10 может буксироваться с одного разведываемого месторождения на другое и в базу или из базы на берегу для техобслуживания и других береговых работ.
Когда самоподъемная буровая установка 10 отбуксирована на буровую площадку, в общем, на мелководье, опоры 25 спускаются через отверстия 27 в корпусе 20 до входа в контакт башмаков 26 на нижних концах опор 25 с морским дном 15, как показано на фиг.2. В предпочтительном варианте осуществления башмаки 26 соединяются с опорными кессонами 28 для закрепления буровой установки 10 на морском дне. После соединения башмаков 26 с морским дном 15 подъемные устройства в отверстиях 27 поднимают корпус 20 из воды на опорах 25. Когда корпус 20 полностью поднят из воды, любое воздействие волн и бурного моря обходит опоры 25, создавая уменьшенную нагрузку, в сравнении с воздействием волн на крупный плавучий объект, такой как корпус 20. Операции бурения скважины могут проходить обычным порядком при отсутствии льда на площади. Самоподъемная буровая установка 10 ледового класса разработана с возможностью противостоять плавающим льдинам благодаря защите ото льда, создаваемой корпусом в водоизмещающем положении, как показано на фиг.3. На фиг.3 показано, что лед обычно демпфирует волны и волнение моря, так что морская поверхность 12 кажется менее угрожающей, вместе с тем опасности морской среды только меняются и не уменьшаются.
Когда самоподъемная буровая установка 10 ледового класса принимает создающую защиту ото льда конфигурацию с корпусом в водоизмещающем положении, корпус 20 спускается в контакт с водой, но не настолько, чтобы корпус 20 плавал. Значительная часть веса буровой установки 10 предпочтительно продолжает действовать на опоры 25 для закрепления буровой установки 10 на буровой площадке в положении сопротивления любому давлению, которое может оказывать ледяной поток. Буровая установка 10 спускается так, что имеющая уклон внутрь выгибающая лед поверхность 41 перекрывает морскую поверхность 12 или поверхность раздела льда и воды для контакта с любым плавающим льдом, который может наталкиваться на буровую установку 10.
Наклонная, выгибающая лед поверхность 41 проходит от уступа 42, находящегося на кромке палубы 26, до линии 44 горловины. Ледовый дефлектор 45 проходит вниз от линии 44 горловины. Таким образом, когда плавающая льдина, такая, как показанная позицией 51, подходит к буровой установке 10, выгибающая лед поверхность 41 обеспечивает погружение передней кромки плавающей льдины 51 под морскую поверхность 12 и прикладывает значительную выгибающую силу, разламывающую крупные плавающие льдины на более мелкие, менее разрушительные и менее опасные куски льда. Например, можно предположить, что плавающая льдина в сотни футов и, возможно, на мили в поперечнике может подойти к буровой установке 10. Если плавающая льдина ломается на куски меньше двадцати футов (6 м) длиной, такие куски могут обходить буровую установку 10, вызывая значительно меньше опасений.
Показанная на фиг.5 и 6 самоподъемная буровая установка 10 дополнительно включает в себя систему 35 натяжения, включающую в себя катушку 36 с механическим приводом, трос 37 и анкер 38. На фиг.5 трос 37 проходит вниз внутри опоры 25 ферменного типа. Анкеры 38 лучше видны на фиг.6, где тросы 37 проходят через корпус 20 внутри периметра корпуса в пределах ледяного дефлектора 45. Хотя существует огромное множество вариантов анкеров, предпочтительным устройством является создание открытой снизу трубы с системой грунтоотсоса вблизи верхней части или сверху трубы. При спуске на морское дно 15 внутри или снаружи опоры 25 через анкер 38 в виде открытой снизу трубы отсасывают ил на морском дне и анкер погружается в морское дно 15. Погруженные в ил анкеры 38 способны обеспечивать сопротивление перемещению, которое при их отсутствии может вызывать плавающий лед. Катушка 36 с механическим приводом создает заданное натяжение в тросе 37 и натяжение можно регулировать по обстоятельствам.
Лед имеет высокую прочность на сжатие, находящуюся в диапазоне 4-12 МПа, но является гораздо менее прочным на изгиб, обычно имея прочность на изгиб в диапазоне 0,3-0,5 МПа. Как показано, усилие от плавающей льдины 51, перемещающейся по морской поверхности 12, обуславливает сползание передней кромки под морскую поверхность 12 и отрыв участка 52. Когда плавающая льдина 51 разламывается на более мелкие льдины, такие как часть 52 и кусок 53, более мелкие части стремятся всплывать вокруг буровой установки 10 без нанесения ударов или приложения усилий, характерных для крупной льдины. Предпочтительно лед не задавливается под плоскость днища корпуса 20, и ледовый дефлектор 45 поворачивает лед для прохода вдоль корпуса 20. Если лед толстый, ледовый дефлектор 45 выполняют проходящим вниз под более крутым углом, чем выгибающая лед поверхность 41, и дефлектор должен увеличивать изгибающие силы на плавающей льдине. Ледовый дефлектор 45 установлен проходящим вниз от плоскости днища корпуса 20. В применяемом, если необходимо, устройстве скула является плоской внизу на нижнем конце ледового дефлектора 45.
Для дополнительного сопротивления силам, которые плавающая льдина может передавать на буровую установку 10, башмаки 26 опор могут быть выполнены соединяющимися с кессонами 28, установленными в морском дне так, что когда плавающая льдина упирается в выгибающую лед поверхность 41, опоры 25 фактически удерживают корпус 20 на месте и создают силу выгиба плавающей льдины, и противодействуют подъемной силе от плавающей льдины, которая, в экстремальном случае, может поднимать ближнюю сторону буровой установки 10 и переворачивать буровую установку на бок с использованием башмаков 26 на противоположной стороне буровой установки 10 в качестве центра момента или поворотного шарнира. Кессоны в морском дне известны в других вариантах применения, и башмаки 26 должны включать в себя адекватные соединения как для прикрепления к кессонам, так и высвобождения от них при необходимости.
Возможно, следует отметить, что переход от обычной конфигурации бурения в открытой воде, показанной на фиг.2, к конфигурации с водоизмещающим положением корпуса для защиты ото льда, показанной на фиг.3, может требовать значительного планирования и согласования в зависимости от этапа бурения, проходящего в это время. Хотя некоторое оборудование может приспосабливаться к смене высоты палубы 21, другое оборудование может требовать отсоединения или переналадки для приспособления к новой высоте над морским дном 15. Катушку 36 с механическим приводом можно также регулировать в переходном процессе для поддержания существенного веса на башмаках 26.
Самоподъемная буровая установка 10 ледового класса выполнена с возможностью работы как обычная самоподъемная буровая установка в открытой воде, но также выполнена с возможностью установки в положение защиты ото льда и затем возвращения в обычное положение или конфигурацию, когда действие волн вызывает озабоченность. Форма корпуса 20 (а также его прочность) обеспечивает выгиб льда и его разламывание.
Корпус 20 предпочтительно имеет многогранную или многостороннюю форму, что дает преимущества круглой или овальной формы и может уменьшать стоимость изготовления. Плиты, из которых собирают корпус, в таком случае могут быть плоскими, так что вся конструкция может содержать части из плоского материала, например листовой стали, и становится менее сложной. Ломающая лед поверхность предпочтительно проходит по меньшей мере около пяти метров над уровнем воды или морской поверхности с учетом того, что уровень моря поднимается и опускается под действием приливов и штормов и, возможно, других факторов. Высота над морской поверхностью принимается с расчетом значительной толщины ледяного поля и торосов в нем, поднимающихся над морской поверхностью 12 при достаточной высоте выступа 42 над морской поверхностью 12, льдины большой толщины задавливаются вниз при контакте с буровой установкой 10. Одновременно палуба 21 сверху корпуса 20 должна находиться достаточно высоко над ватерлинией, чтобы волны не перекатывались по палубе 21. При этом палуба 21 предпочтительно располагается по меньшей мере в 7-8 метрах над морской поверхностью 12 и, возможно, выше. Наоборот, линия горловины 42 предпочтительно располагается по меньшей мере на 4-8 метров ниже морской поверхности 12 для адекватного выгиба льдин для разламывания их на безвредные части. Таким образом, корпус 20 предпочтительно имеет высоту в диапазоне 5-16 метров от плоскости днища до палубы 21, более предпочтительно 8-16 метров или 11-16 метров.
Следует также отметить, что опоры 25 и отверстия 27, через которые они соединяются с корпусом 20, располагаются в периметре ледового дефлектора 45, при этом плавающие льдины имеют меньше возможности для входа в контакт с опорами 25, когда буровая установка 10 находится в своей конфигурации, защищающей ото льда, показанной на фиг.3 и в некоторых случаях называемой конфигурацией с корпусом в водоизмещающем положении. Кроме того, буровая установка 10 не должна отрабатывать каждую угрозу от плавающего льда, значительно увеличивающую стоимости для нефтяных и газовых компаний. Если буровая установка 10 может продлить сезон бурения только на месяц, это должно давать пятидесятипроцентное улучшение в некоторых, подверженных появлению льда областях и при этом обеспечивать реальную экономию средств в промышленности.
В заключение следует заметить, что рассмотрение любой ссылки не является допущением, что она относится к известной технике для настоящего изобретения, в особенности любой ссылки, которая может иметь дату публикации после даты приоритета данной заявки. В то же время все без исключения пункты формулы, приведенной ниже, включаются в данное описание как дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения.
Хотя системы и способы подробно описаны в данном документе, следует понимать, что различные изменения, замещения и замены могут выполняться без отхода от сущности и объема изобретения, определенного приведенной ниже формулой. Специалист в данной области техники может изучить предпочтительные варианты осуществления и идентифицировать другие пути реализации изобретения, не описанные в данном документе. Изобретатели считают, что вариации и эквиваленты изобретения задаются объемом формулы изобретения, при этом описание, сущность и чертежи не должны ограничивать объем изобретения. Объем изобретения конкретно ограничивается пунктами формулы, приведенной ниже, и их эквивалентами.