НАПРАВЛЯЮЩИЙ РАСТРУБ БУРОВОГО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО СУДНА ДЛЯ БУРЕНИЯ БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЙЗЕРА
GUIDE BELL OF DRILLING RESEARCH SHIP FOR FRILLING WITHOUT RISER

Изобретение относится к судостроению, а точнее к буровым научно-исследовательским судам (БНИС) для бурения без использования райзера.
При бурении без использования райзера бурильная колонна (БК) является единственной механической связью, соединяющей судно со скважиной, и испытывает огромные напряжения: растягивающие от собственного веса, изгибные от действия течения воды, скручивающие от вращательного момента.
Наиболее нагруженной является верхняя часть БК от ротора до нескольких метров под днищем судна, испытывающая знакопеременные (циклические) изгибные напряжения, вызванные качкой судна. С целью уменьшения этих циклических напряжений на БНИС используются направляющие раструбы, идущие от верхней (главной) палубы до днища судна.
Направляющие раструбы конструктивно выполняются с внутренней поверхностью большого радиуса (R). Раструбы ограничивают поперечные перемещения БК при ее изгибах, вызванных качкой судна, и, соответственно, уменьшает циклические изгибные напряжения.
Наличие в конструкции БНИС направляющего раструба значительно увеличивает циклическую прочность БК, а срок службы БК увеличивается с 3 до 4 лет, причем предельное количество циклов линейно зависит от кривизны внутренней поверхности раструба (1/R) (Шостак В.П. «Эффективность техники освоения океана. Направления проектных исследований», Киев: Наукова Думка, 2002).
На отечественном БНИС проекта 16281 «Наука» раструб вварен в корпус, что не позволяет организовать на судне буровую шахту для спуска крупногабаритного оборудования к устью скважины - воронки повторного ввода.
Известно американское БНИС «Joides Resolution» (http://www-odp.tamu.edu/publications/tnotes/tn31/jr/fig_02.htm), имеющее буровую шахту с двумя сдвижными закрытиями и направляющим раструбом (http://joidesresolution.org/node). Направляющий раструб выполнен сборным из двух блоков: верхнего съемного, устанавливаемого на нижний блок на главной палубе, и нижнего, состоящего из двух половинок, закрепленных на крышках сдвижных люков для закрытия буровой шахты и размещенных в ней.
Для обеспечения спуска крупногабаритного оборудования, в первую очередь воронок повторного ввода, верхний блок раструба снимается с нижнего, люки закрытия буровой шахты с закрепленными на них половинами нижнего блока раструба раздвигаются в стороны, и буровая шахта открывается для выполнения спускоподъемных операций.
К недостаткам конструкции раструба, примененного на судне «Joides Resolution», можно отнести следующие:
- сдвижные половины нижнего блока раструба установлены на торцы крышек закрытия буровой шахты; при раскрытии крышек половины раструба сдвигаются к стенкам буровой шахты, остаются в рабочей зоне и уменьшают ее полезный объем;
- на нижний блок раструба на главной палубе предусматривается установка верхнего съемного блока, что требует полного подъема бурильной колонны и освобождения места на главной палубе для монтажа;
- установка верхнего блока на нижний - это отдельная технологическая операция, для выполнения которой требуется дополнительное время.
Геометрия раструба выбирается из следующих условий:
- касательная к образующей поверхности раструба в верхней части - вертикальная (для безызгибного входа БК в раструб при ее спуске через ротор);
- у днища угол между касательной к образующей и вертикалью (α) составляет около 8 градусов (складывается из расчетного угла крена судна 5 градусов и угла около 3 градусов между осью БК и вертикалью при максимально возможном расчетном смещении судна над точкой бурения 5% от глубины моря);
- радиус внутренней поверхности направляющего раструба (R) определяется по формуле (следует из определения синуса угла):
где Н - расстояние от ротора до нижней кромки раструба.
Из формулы следует, что раструб, выходящий за днище судна, должен иметь большую высоту, соответственно больший радиус внутренней поверхности и более эффективно снижать напряжения в БК по сравнению с раструбом, установленным внутри судна.
Целью настоящего изобретения является создание конструкции направляющего раструба с увеличенным радиусом внутренней поверхности за счет увеличения расстояния от ротора до нижней кромки раструба, но не вызывающей увеличение сопротивления движению судна.
Цель изобретения достигается за счет выполнения раструба сборной конструкции, состоящего из двух симметричных половин, закрепленных на сдвижных крышках люков буровой шахты. Каждая половина выполнена выдвижной из днища судна, а их выдвижение и подъем производятся по вертикальным направляющим, установленным на крышках люков, при помощи гидроцилиндров.
Буровая шахта оборудована фиксаторами в его выдвинутом и поднятом положении.
На фиг.1 приведена схема размещения направляющего раструба на БНИС.
БНИС имеет буровую шахту 1 с днищевым вырезом 2 и вырезом 3 на главной палубе 4, имеющим крышки люков 5 и 6, раздвигающиеся в разные стороны по продольным направляющим 7 при помощи специальных приводов. Крышки люков 5 и 6 имеют вырезы для прохода симметричных половин 8 и 9 раструба, оборудованных вертикальными направляющими 10 для спуска-подъема половин 8 и 9 по направляющим роликам 11, устанавливаемых на крышках люков 5 и 6, при помощи гидроцилиндров 12. Поворотные фиксаторы 13 производят раскрепление направляющего раструба в буровой шахте 1.
На главной палубе 4 размещается крупногабаритное оборудование, например воронка повторного ввода 14, которая при помощи средств малой механизации, например тельферов 15, может быть перемещена в центр над буровой шахтой для последующего спуска к устью скважины. Бурильная колонна 16 опускается в скважину через ротор 17, установленный на буровой палубе 18. Проходя через направляющий раструб, БК изгибается и ложится на внутреннюю поверхность 19 раструба радиуса R.
На фиг.2 показан направляющий раструб в опущенном положении.
Увеличение расстояния Н от ротора 17 до нижней кромки раструба за счет выдвижения раструба позволяет увеличить радиус R внутренней поверхности раструба и тем самым уменьшить напряжения в бурильной колонне 16.
На фиг.3 показано раскрытие буровой шахты для спуска крупногабаритного оборудования.
Направляющий раструб предлагаемой конструкции может быть применен на буровых судах и на полупогружных платформах для увеличения ресурса бурильных труб при бурении глубоководных скважин.