САМОХОДНАЯ ПЛАВАЮЩАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ БУРЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МОРСКИХ СКВАЖИН В ВОДНЫХ ПРОСТРАНСТВАХ МОРЕЙ И ОКЕАНОВ И В АРКТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
FLOATING DRILLING AND PRODUCTION OFFSHORE PLATFORM

Самоходная плавающая платформа для бурения и эксплуатации морских скважин в арктических условиях относится к области газовой и нефтяной промышленности.
Известны ледоколы для разрушения льда и судна, которые содержат главный двигатель-генератор, электродвигатели для привода винтов, капитанскую рубку и механизмы управления судном (см. Фрид Е.Г. Устройство судна. - Л.: Судостроение, 1970. - 11 с.).
Известна ветровая электростанция, которая содержит турбину, редуктор, электрогенератор и механизм поворота указанной электростанции с электрическим приводом и с автоматической системой управления (см. Ветроэнергетика / под ред. Д Де Рензо. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 272 с.).
Известна плавающая платформа для бурения и эксплуатации морских скважин в водных пространствах морей и океанов и в арктических условиях, содержащая бурильную установку, насос, бурильные и обсадные трубы, породоразрущающее долото, лифтовые трубы и насосные штанги, нефтяной погружной насос или станок-качалку, нефтеналивные емкости, связанные с трубопроводом и плунжерным насосом, установленную между устьем скважины и связанную с плавучей платформой морскую обсадную водоотделяющую колонну с закрепленными на ее внешней поверхности по всей длине элементами плавучести, которая является наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого изобретения (см. US 4059148 А, кл. E21B 7/12, опубл. 22.11.1977, всего 13 с.).
Известны колонны бурильных и обсадных труб, труб и штанг для нефтяных погружных насосов с высаженными концами, на которых нарезана коническая, наружная и внутренняя резьба (см. Иогансен К.В. Спутник буровика. - М.: Недра, 1981, 199 с.; Грей Форест. Добыча нефти. - М.: ЗАО «Олимп Бизнес», 2001. - 230-240 с.; Муравьев В.М., Середа Н.Г. Спутник нефтяника. - М.: Недра, 1971. - 233 с.; см. Вадетский Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин. - M.: ACADEMA, 2004, с.63, табл.213; см. Абубакиров В.Ф. Буровое оборудование, справочник, т.2. - М.: Недра, 2008, с.20, 34).
Недостатками самоходной плавающей платформы для бурения и эксплуатации морских скважин в водных пространствах морей и океанов и в арктических условиях являются:
- большой и беспрерывный расход дизельного топлива при перемещении ее на большие расстояния в водных пространствах морей и океанов и преодолении ледяных полей дрейфующего льда в арктических и антарктических условиях, а также при бурении и эксплуатации морских нефтяных и газовых скважин, при транспортировке нефти и газа к пункту назначения, на освещение и бытовые условия рабочих, которые не отвечают современным требованиям, что приводит к увеличению стоимости нефти и газа и экономической нерентабельности освоения новых месторождений в морских пространствах;
- не обеспечена безопасная работа платформы в арктических и антарктических условиях, при обжатии льдами корпус указанной платформы разрушается;
- при спуске колонны бурильных и обсадных труб в процессе бурения газовых и нефтяных скважин, лифтовых труб и штанг погружных насосов на дно океана и в скважину на глубину 3100-18000 м собственный вес штанг и труб превышает предел прочности стали, а следовательно, происходит разрушение труб и резьб в соединительных узлах, а при установке колонн труб и штанг на дно скважины происходит потеря устойчивости и их разрушение; по этой же причине ограничена рабочая глубина установки плунжерных насосов, которая составляет 650-2900 м, ограничен диаметр плунжера и наружный диаметр насоса и его производительность;
- увеличивается нагрузка на крюк, трос, лебедку и двигатель внутреннего сгорания при подъеме и спуске бурильных и обсадных труб и на детали станка-качалки погружных насосов;
- бурение скважин с плавающих платформ в арктических условиях до настоящего времени не проводилось, поэтому не предусматривалась их защита от льда.
Техническим результатом самоходной плавающей платформы для бурения и эксплуатации морских скважин в водных пространствах морей и океанов в арктических условиях и защита ее от разрушения и смещения относительно устья скважины бесконечным полем дрейфующего льда является и обеспечение безопасной работы бурильной установки в процессе бурения и эксплуатации газовых и нефтяных скважин, погружных насосов или станков-качалок и плавающих нефтяных и газовых платформ во льдах и увеличение экономической рентабельности освоения новых месторождений нефти и газа в морских пространствах.
Для решения поставленной задачи самоходная плавающая платформа для бурения и эксплуатации морских скважин в водных пространствах морей и океанах и в арктических условиях, содержащая главный двигатель-генератор, электродвигатели для привода винтов, капитанскую рубку и механизмы управления судном, бурильную установку, насос, бурильные и обсадные трубы, породоразрущающее долото, лифтовые трубы и насосные штанги, нефтяной погружной насос или станок-качалку, нефтеналивные емкости, связанные с трубопроводом и плунжерным насосом, установленную между устьем скважины и связанную с плавучей платформой морскую обсадную водоотделяющую колонну с закрепленными на ее внешней поверхности по всей длине элементами плавучести, отличающаяся тем, что она снабжена ледоколом для защиты ее от разрушения и смещения относительно устья скважины бесконечным полем дрейфующего льда и компрессорной и насосной станциями, помимо ледокола с наружной стороны указанной платформы в нижней ее части по периметру установлен пояс безопасности клинообразной формы, угол наклона плоскостей клина равен 5-85°, для увеличения жесткости корпуса платформы и для саморазрушения льда при обжатии им по периметру указанной платформы или по периметру корпуса указанной платформы установленны стержни, на которых расположен слой 5-500 мм упругого материала и стальная полоса для снижения давления на корпус при его обжатии со всех сторон льдами, на палубе платформы установлены 1-4 ветровых экологически чистых электростанции, каждая из которых имеет трех- или четырех- или пяти- или семилопастную турбину, с дифференциальным устройством, вал, на котором закреплены указанная турбина и маховик, редуктор и электрогенератор, валы которых соединены муфтами, указанный электрогенератор соединен с трансформатором для понижения переменного тока и преобразования его тиристорными вентилями в постоянный ток, который через зарядное устройство заряжает аккумуляторы, каждый указанный электрогенератор ветровой электростанции с тиристорными вентилями через контактный переключатель соединен с тяговым электродвигателем постоянного тока, вал которого соединен муфтами с валами планетарного редуктора и с валом винта для его вращения и перемещения самоходной платформы к пункту назначения, каждый аккумулятор ветровой электростанции соединен с тяговым реверсивным электродвигателем, вал которого соединен с клиноременной передачей, с валом глобоидного червяка, червячным колесом реверсивного червячного редуктора, с валом червячного колеса и рамой ветровой электростанции для поворота турбины по встречному направлению ветра, определяемому по направлению стрелки флюгера, который установлен на верхней части рамы каждой ветровой электростанции, для дистанционной установки каждой турбины по направлению стрелки флюгера в капитанской рубке установлены контактные переключатели двухстороннего действия для каждой ветровой электростанции, при включении контактного переключателя вправо ветровая электростанция поворачивается по часовой стрелке, а при включении его влево ветровая электростанция поворачивается против часовой стрелки, для автоматического поворота турбины по направлению встречного ветра на верхней части вала каждого флюгера, установленного в корпусе на подшипниках качения, установлен датчик давления, например, мембранного типа, в котором мембрана соединена с толкателем, расположенным в полимерной втулке, соединенным изолированным проводом с указанным толкателем, а с нижней стороны вала с токосъемным кольцом, прижимной щеткой и клеммой аккумулятора, при встречном потоке ветра мембрана деформируется в полость датчика давления и перемещает толкатель до соприкосновения его с клеммой, расположенной в датчике давления, соединенной с изолированным проводом, с токосъемным кольцом, с прижимной щеткой и с контактным переключателем двухстороннего действия, от контактного переключателя электрический постоянный ток подается на электронную схему следящего электропривода ветровой электростанции, которая автоматически поворачивает турбину навстречу ветру, при давлении ветра, равном нулю, мембрана и толкатель возвращаются в исходное положение, указанный контактный переключатель обесточивается и отключает автоматически систему управления тягового электродвигателя ветровой электростанции и автоматически включает главный двигатель - генератор, который обеспечивает работу всех электродвигателей платформы, каждый электрогенератор ветровой электростанции с тиристорными вентилями через контактный переключатель соединен с тяговым электродвигателем постоянного тока, вал которого соединен муфтами с валами коробки скоростей и с валом конической шестерни, с коническим колесом со ступицей, в которой выполнена цилиндрическая полость, с верхней стороны ступицы выполнены шлицы, в которые установлена ступица со шлицами вращателя бурильной установки, с внутренней стороны которого выполнена цилиндрическая полость диаметром 2050 мм для установки временной колонны морских обсадных водоотделяющих труб с закрепленными на ее поверхности по всей длине балонами, наружный диаметр которых равен 2000 мм для указанных временных морских обсадных труб диаметром 1600 мм, помимо водоотделяющей колонны морских обсадных труб колонны временного пользования, в которой расположена колонна бурильных труб с баллонами, наружный диаметр которых равен 300-900 мм, для указанных бурильных труб диаметром 48,3-114,3 мм, и породоразрущающее долото на период бурения мягких пород и установки в ее полость колонны морских обсадных труб без баллонов для крепления мягкой кровли скважины и этой же колонны водоотделяющих морских обсадных труб с баллонами над устьем указанной скважины по всей высоте столба воды океана до плавающей платформы для длительного ее пользования, или колонна бурильных труб с баллонами и породоразрушающим долотом, которая расположена с опорой напрямую на разрушаемую породу на период бурения мягких пород и установки колонны морских обсадных труб без баллонов для крепления мягкой кровли скважины и этой же колонны водоотделяющих морских обсадных труб с баллонами, наружный диаметр которых 1550 мм для водоотделяющих морских обсадных труб диаметром 900 мм, над устьем указанной скважины по всей высоте столба воды океана до плавающей платформы для длительного ее пользования, или во вращателе бурильной установки выполнена цилиндрическая полость диаметром 1650 мм для указанной колонный бурильных труб с баллонами и породоразрушающим долотом, расположенным с опорой напрямую на разрушаемую породу на период бурения мягких пород и установки колонны морских обсадных труб без баллонов, для крепления мягкой кровли скважины с установкой на указанной колонне робота с видеокамерой для точного определения устья скважины на дне океана и обследования ее в процессе эксплуатации, и этой же колонной водоотделяющих обсадных труб с баллонами над устьем указанной скважины по всей высоте столба воды океана до плавающей платформы для длительного ее пользования, для спуска колонны морских обсадных труб скважины меньшего диаметра в сложных геологических условиях земли с верхней ее стороны установлен переходник с серьгой и наклонной плоскостью для выхода крюка из серьги после установки труб в скважину, которая соединена с крюком тросом с баллонами, наружный диаметр которых равен 300-850 мм, с матчевой вышкой с блоками, с буровой лебедкой, для отвинчивания переходника, на колонне труб с левой резьбой с баллонами, наружный диаметр которых равен 300-850 мм, с нижней ее стороны установлен торцовый ключ с защелкой и пружиной, при вращении ротора бурильной установки против часовой стрелки переходник выходит из резьбы и его вынимают на палубу платформы, для цементации межтрубного пространства приготавливают раствор цемента с морской водой и с замедлителем схватывания и насосом его подают по трубам с баллонами, наружный диаметр которых равен 300-850 мм, через шаровой клапан с пружиной в распределитель, в котором выполнены окна, цементируется нижняя часть морской обсадной трубы, а затем верхняя ее часть, бурильные трубы и водоотделяющие временные и постоянные морские обсадные трубы выполнены в виде заполненных под давлением газообразным азотом или инертным газом, цельнолитых или сварных съемных баллонов в виде литой оболочки и трубы с одним сварным швом с каждой стороны, или в виде труб с заглушками с двумя сварными швами с каждой стороны или баллоны на бурильной или водоотделяющей морской обсадной трубе установлены неподвижно в виде литой оболочки с одним сварным швом с каждой стороны или с указанными трубами и наружной трубой баллона с заглушками с двумя сварными швами с каждой стороны, для глубинной насосной установки насосная штанга выполнена из титановой трубы в виде баллона, наружный диаметр которого равен 60,3 мм, 73 мм, 88,9 мм, на высаженных концах которой нарезана круглая резьба, которая соединена с муфтой с круглым профилем резьбы или указанная штанга выполнена в виде баллона из титановой трубы, к которой с каждой стороны приварен переходник, на концах которых нарезана круглая резьба, а лифтовая труба выполнена в виде заполненного под давлением газообразным азотом или инертным газом цельнолитого или сварных съемных баллонов, наружный диаметр которых равен 300-850 мм, для наружного диаметра указанной трубы 112,5 мм - 137,5 мм, или установлены неподвижно в виде литой оболочки с одним сварным швом с каждой стороны или указанной лифтовой трубой и наружной трубой баллона с заглушками с двумя сварными швами с каждой стороны, а плавающая платформа закреплена к дну океана якорями и тросами, на которых закреплены баллоны заполненные, газообразным азотом или инертным газом, на морской обсадной водоотделяющей временной или постоянной колонне установлены датчики для предупреждения плавающих средств о ее месте расположения и в ее нижней части выполнены окна для сообщения с затрубным пространством, а на внешней поверхности морской обсадной водоотделяющей колонны установлена труба с уплотнительными устройствами с грузом с опорой на кольцевой пояс указанной морской водотделяющей трубы, подвешенная на канатах с баллонами к плавающей платформе, с возможностью перекрытия упомянутых окон в процессе бурения и периодического их открывания, или для глубинной насосной установки, которая установлена в полости колонны указанных водоотделяющих морских обсадных труб с баллонами постоянного пользования и в скважину, которая выполнена вы виде колонны труб с баллонами для подъема нефти из нефтяного слоя и колонны труб с баллонами для подачи морской воды по трубопроводу из океана насосом под давлением 24,5 МПа в скважину или морская вода самотеком из океана по трубе, вентилю и указанной колонне труб течет в нижнюю ее часть через распределитель воды с окнами, соединенный с окнами трубы для подъема нефти из скважины в нижней ее части, а для отвода нефти из нефтяного слоя окна указанной трубы расположены выше скапливаемой воды в нефтяном слое, удельный вес жидкой и маловязкой нефти меньше удельного веса воды, нефть которая вытеснена водой из нефтяного слоя, поднимается по колонне труб в нефтеналивные емкости.
На фиг.1 и 2 показана самоходная плавающая платформа для бурения нефтяных и газовых скважин. На фиг.3 показаны бурильные трубы с баллонами. На фиг.4 показана морская водоотделяющая обсадная труба с баллоном. На фиг.5 показано устройство для развинчивания переходника колонны обсадных труб. На фиг.6 показано устройство для цементации межтрубного пространства скважины. На фиг.7 и 8 показана самоходная плавающая платформа для эксплуатация морских скважин. На фиг.9 и 10 показана насосная штанга.
Самоходная плавучая платформа снабжена ледоколом для защиты ее от разрушения и смещения относительно устья скважины бесконечным полем дрейфующего льда и компрессорной и насосной станциями (на фиг.1 ледокол, компрессорная и насосная станции не показаны), помимо ледокола с наружной стороны указанной платформы в нижней ее части по периметру установлен пояс безопасности клинообразной формы 2, угол наклона плоскостей клина равен 5-85°, для увеличения жесткости корпуса платформы и для саморазрушения льда при обжатии им по периметру корпуса указанной платформы или по периметру указанной платформы установлены стержни 3, на которых расположен слой 5-500 мм упругого материала 4 и стальная полоса 5 для снижения давления на корпус при его обжатии со всех сторон льдами, на палубе платформы установлены 1-4 ветровых экологически чистых электростанции, каждая из которых имеет трех-, или четырех-, или пяти-, или семилопастную турбину 6 с дифференциальным устройством 7, вал 8, на котором закреплены указанная турбина и маховик 9, редуктор 10 и электрогенератор 11, валы которых соединены муфтами, указанный электрогенератор соединен с трансформатором 12 для понижения переменного тока и преобразования его тиристорными вентилями 13 в постоянный ток, который через зарядное устройство 14 заряжает аккумуляторы 15, каждый указанный электрогенератор ветровой электростанции с тиристорными вентилями через контактный переключатель (на фиг.1 контактный переключатель не показан) соединен с тяговым электродвигателем 16 постоянного тока, вал которого соединен муфтами с валами планетарного редуктора 17 и с валом 18 винта 19 для его вращения и перемещения самоходной платформы 1 к пункту назначения, каждый аккумулятор ветровой электростанции соединен с тяговым реверсивным электродвигателем, вал которого соединен с клиноременной передачей, с валом глобоидного червяка 20, червячным колесом 21 реверсивного червячного редуктора 22, с валом червячного колеса 23 и рамой 24 ветровой электростанции для поворота турбины 6 по встречному направлению ветра, определяемому по направлению стрелки флюгера 25, который установлен на верхней части рамы 24 каждой ветровой электростанции для дистанционной установки каждой турбины 6 по направлению стрелки флюгера 25 в капитанской рубке 26 установлены контактные переключатели двухстороннего действия для каждой ветровой электростанции, при включении контактного переключателя вправо ветровая электростанция поворачивается по часовой стрелке, а при включении его влево ветровая электростанция поворачивается против часовой стрелки, для автоматического поворота турбины по направлению встречного ветра на верхней части вала 27 каждого флюгера 25, установленного в корпусе 28 на подшипниках качения 29, установлен датчик давления 30, например, мембранного типа, в котором мембрана 31 соединена с толкателем 32, расположенным в полимерной втулке, соединенным изолированным проводом с указанным толкателем, а с нижней стороны вала 27 - с токосъемным кольцом 33, прижимной щеткой 34 и клеммой аккумулятора 15; при встречном потоке ветра 30 мембрана 31 деформируется в полость датчика 30 давления и перемещает толкатель 32 до соприкосновения его с клеммой 35, расположенной в датчике давления 30, соединенной с изолированным проводом, с токосъемным кольцом 36, с прижимной щеткой 37 и с контактным переключателем 38 двухстороннего действия; от контактного переключателя электрический постоянный ток подается на электронную схему следящего электропривода 39 ветровой электростанции, которая автоматически поворачивает турбину 6 навстречу ветру, при давлении ветра, равном нулю, мембрана 31 и толкатель 32 возвращаются в исходное положение, указанный контактный переключатель 38 обесточивается и отключает автоматически систему управления тягового электродвигателя ветровой электростанции и автоматически включает главный двигатель 40 генератор 41, который обеспечивает работу всех электродвигателей платформы; каждый электрогенератор 11 ветровой электростанции с тиристорными вентилями 13 через контактный переключатель соединен с тяговым электродвигателем 42 постоянного тока, вал которого соединен муфтами с валами коробки скоростей 43 и с валом конической шестерни 44, с коническим колесом 45 со ступицей, в которой выполнена цилиндрическая полость 46; с верхней стороны ступицы выполнены шлицы, в которые установлена ступица со шлицами вращателя 47 бурильной установки, с внутренней стороны которого выполнена цилиндрическая полость 48 диаметром 2050 мм для установки временной колонны морских обсадных водоотделяющих труб 49 с закрепленными на ее поверхности по всей длине баллонами 50, наружный диаметр которых равен 2000 мм для указанных временных морских обсадных труб диаметром 1600 мм; помимо водоотделяющей колонны морских обсадный труб 49 временного пользования, в которой расположена колонна бурильных труб 51 с баллонами 52, наружный диаметр которых равен 450-900 мм для указанных бурильных труб диаметром 48,3-114,3 мм, и породоразрушающее долото (на фиг.1 долото не показано) на период бурения мягких пород и установки в ее полость колонны морских обсадных труб 53 без баллонов для крепления мягкой кровли скважины и этой же колонны водоотделяющих морских обсадных труб с баллонами 54 над устьем указанной скважины по всей высоте столба воды океана до плавающей платформы для длительного ее использования, или колонна бурильных труб с баллонами и породоразрушающим долотом, которая расположена с опорой на прямую на разрушаемую породу на период бурения мягких пород и установки колонны морских обсадных труб без баллонов для крепления мягкой кровли скважины и этой же колонны водоотделяющих морских обсадных труб с баллонами, наружный диаметр которых 1550 мм для водоотделяющих морских обсадных труб диаметром 900 мм, указанных над устьем указанной скважины по всей высоте столба воды океана до плавающей платформы 1 для длительного ее пользования, или во вращателе 47 бурильной установки выполнена цилиндрическая полость диаметром 1650 мм для указанной колонны бурильных труб с баллонами и породоразрушающим долотом, расположенным с опорой напрямую на разрушаемую породу на период бурения мягких пород и установки колонны морских обсадных труб 53 без баллонов для крепления мягкой кровли скважины с установкой на указанной колонне робота с видеокамерой (на фиг.2 робот не показан) для точного определения устья скважины на дне океана и обследования ее в процессе эксплуатации, и этой же колонной водоотделяющих обсадных труб с баллонами 54 над устьем указанной скважины по всей высоте столба воды океана до плавающей платформы 1 для длительного ее пользования; для спуска колонны морских обсадных труб 55 скважины меньшего диаметра в сложных геологических условиях земли с верхней ее стороны установлен переходник 56, с серьгой 57 и наклонной плоскостью 58 для выхода крюка 59 из серьги после установки труб в скважину, которая соединена с крюком, тросом 60 с баллонами 61, наружный диаметр которых равен 450-850 мм, с матчевой вышкой 62 с блоками 63, с буровой лебедкой 64, для отвинчивания переходника 56 на колонне труб 65 с левой резьбой с баллонами 66, наружный диаметр которых равен 450-850 мм, с нижней ее стороны установлен торцовый ключ 67 с защелкой 68 и пружиной 69; при вращении ротора 47 бурильной установки против часовой стрелки переходник 56 выходит из резьбы и его вынимают на палубу платформы; для цементации межтрубного пространства приготавливают раствор цемента с морской водой и с замедлителем схватывания и насосом (на фиг.4 насос не показан) его подают по трубам 70 с баллонами, диаметр которых равен 450-850 мм, через шаровой клапан 71 с пружиной 72 в распределитель 73, в котором выполнены окна 74; цементируется нижняя часть морской обсадной трубы 55 (смотри фиг.4), а затем верхняя ее часть; бурильные трубы 51 (см. фиг.2, 3, 5) и водоотделяющие временные 49 и постоянные 53 морские обсадные трубы выполнены в виде заполненных под давлением газообразным азотом или инертным газом, цельнолитых или сварных съемных баллонов в виде литой оболочки и трубы с одним сварным швом с каждой стороны, или в виде труб с заглушками с двумя сварными швами с каждой стороны или баллоны на бурильной или водоотделяющей морской обсадной трубе установлены неподвижно в виде литой оболочки с одним сварным швом с каждой стороны или с указанными трубами и наружной трубой баллона с заглушками с двумя сварными швами с каждой стороны; для глубинной насосной установки 75 насосная штанга (см. фиг.7, 9 и 10) выполнена из титановой трубы 76 в виде баллона, наружный диаметр которого равен 60,3 мм, 73 мм, 88,9 мм, на выраженных концах которой нарезана круглая резьба, которая соединена с муфтой 77 с круглым профилем резьбы или указанная штанга выполнена в виде баллона из титановой трубы, к которой с каждой стороны приварен переходник 78, 79, на концах которого нарезана круглая резьба, а лифтовая труба 80 выполнена в виде заполненного под давлением газообразным азотом или инертным газом цельнолитого или сварных съемных баллонов, наружный диаметр которых равен 300-850 мм, для наружного диаметра указанной трубы 112,5 мм 137.5 мм, или баллоны 81 на лифтовой трубе 80 установлены неподвижно в виде литой оболочки с одним сварным швом с каждой стороны или указанной лифтовой трубой и наружной трубой баллона с заглушками с двумя сварными швами с каждой стороны, а плавающая платформа закреплена к дну океана якорями 82 и с тросами 83, на которых закреплены баллоны 84, заполненные газообразным азотом или инертным газом; на морской обсадной водоотделяющей временной или постоянной колонне установлены датчики 85 для предупреждения плавающих средств о ее месте расположения и в ее нижней части выполнены окна 86 для сообщения с затрубным пространством, а на внешней поверхности морской обсадной водоотделяющей колонны установлена труба 87 с уплотнительными устройствами 88 с грузом 89 с опорой на кольцевой пояс 90 указанной морской водотделяющей трубой, подвешенная на канатах с баллонами к плавающей платформе, с возможностью перекрытия упомянутых окон в процессе бурения и периодического их открывания, или для глубинной насосной установки, которая установлена в полости колонны указанных водоотделяющих морских обсадных труб 53 с баллонами 54 постоянного пользования и в скважину, которая выполнена в виде колонны труб 91 с баллонами 92 для подъема нефти из нефтяного слоя и колонны труб 93 с баллонами 94 для подачи морской воды по трубопроводу 95 из океана насосом 96 под давлением 24.5 МПа в скважину или морская вода самотеком из океана по трубе 97, вентилю 98 и указанной колонне труб течет в нижнюю ее часть через распределитель 99 воды с окнами 100, соединенный с окнами 101 трубы для подъема нефти из скважины в нижней ее части, а для отвода нефти из нефтяного слоя окна 102 указанной трубы расположены выше скапливаемой воды в нефтяном слое, удельный вес жидкой и маловязкой нефти меньше удельного веса воды, нефть которая вытеснена водой из нефтяного слоя поднимается по колонне труб в нефтеналивные емкости.
Самоходная плавающая платформа для бурения и эксплуатации морских скважин в водных пространствах морей и океанов и в арктических условиях работает следующим образом.
Перед началом бурения собирается колонна водоотделяющих морских обсадных труб 49 с баллонами 50 (см. фиг.1), заполненными под давлением газообразным азотом или инертным газом временного пользования на период бурения мягких пород, и лебедкой 64 опускается на дно океана. Верхняя часть указанной колонны закреплена к плавающей платформе 1.
Затем собирается колонна бурильных труб 51 с баллонами 52 (см. фиг.3), заполненными газом под давлением, и породоразрушающее долото и опускается на дно океана. За счет использования баллонов 52 со сжатым газом колонна бурильных труб 51 и колонна водоотделяющих морских обсадных труб 49 временного пользования находится в вытянутом состоянии в направлении поверхности воды.
Электродвигателем 42 бурильной установки, установленной на палубе самоходной плавающей платформы 1, приводятся во вращение механизмы коробки скоростей 43, вал с конической шестерней 44, коническое колесо 45, вращатель 47, квадратная штанга с вертлюгом, колонна бурильных труб 51 (на фиг.1 и 2 квадратная штанга с вертлюгом, колонна бурильных труб и породоразрушающее долото не показаны) и породоразрушающее долото диаметром 490 мм и одновременно через рукава, вертлюг, каналы колонны указанных труб и бурового долота насосом под давлением 24,5 МПа на забой подается глинистый раствор. С этого момента начинается процесс бурения скважины в мягких породах. Разрушенный буровой шлам и глинистый раствор выносятся из скважины на поверхность в специальную емкость для отстоя разрушенной породы.
После завершения бурения мягких пород через полость колонны временной водоотделяющей обсадной трубы 49 установлена на длительный срок работы колонна обсадных труб 53 в скважину без баллонов, а над устьем скважины, слой воды 100-15000 метров до платформы 1, эта же колона водоотделяющих обсадных труб выполнена с баллонами 54 и с окнами 86 для выпуска через них промывочного раствора и разбавления его с морской водой при кратковременном открывании указанных окон трубой 87 (см. фиг.2) с помощью тросов с баллонами и специального подъемного устройства (на фиг.1 и 2 тросы и подъемное устройство не показаны).
Временная колонна обсадных труб 49 поднимается на платформу 1 и используется для бурения новой скважины.
В данном случае нет необходимости использования робота с видеокамерой для нахождения устья скважины на дне океана, но при этом возникает необходимость полость 48 ротора 47 бурильной установки увеличивать до 2050 мм для свободного опускания временной колонной водоотделяющих морских обсадных труб диаметром 1600 мм, с баллонами, наружный диаметр которых равен 2000 мм.
А при бурении скважины колонной бурильных труб 3 с породообразующим долотом в мягких породах напрямую нет необходимости использования временной колоны водоотделяющих труб 49 с баллонами 50, но вызывает трудности точно установить колону морских обсадных труб без баллонов в полость скважины. В этом случае диаметр полости 48 ротора 47 составляет 1650 мм для свободного опускания колонны водоотделяющих морских обсадных труб 53 постоянного пользования диаметром 900 мм с баллонами 54, наружный диаметр которых равен 1550 мм.
Второй вариант не требует больших затрат на разработку и изготовление робота с видеокамерой.
В сложных геологических условиях Земли необходимо не только установить колонну морских обсадных труб 55 меньшего диаметра (см. фиг.2), но и зацементировать межтрубное пространство с нижней стороны указанной колонны труб, а затем с ее верхней стороны для герметизации от поступления воды из океана в скважину и укрепить ее стенки (см. фиг.6).
Бурение в твердых породах продолжается меньшим диаметром породоразрушающего инструмента с бурильными трубами с баллонами до газоносного и нефтяного слоя породы.
Затем глубинный плунжерный нефтяной насос 75 (см. фиг.7) в собранном виде соединяют с колоннами насосных штанг 76 с баллонами и лифтовых труб 80 с баллонами 81 и их одновременно опускают в полость колонны водоотделяющих морских обсадных труб 53 с баллонами 54, а затем на дно скважины в нефтяной слой на глубину 3100-18000 м и более. Колонна морских обсадных труб 53 постоянного пользования соединена с самоходной плавающей платформой 1.
Колонны лифтовых труб и наносных штанг с баллонами погружного плунжерного насоса и колонна водоотделяющих морских обсадных труб постоянно находятся в вытянутом состоянии в направлении поверхности воды, поэтому растягивающая и сжимающая нагрузка в поперечном сечении труб и штанг насоса и обсадных труб и в резьбовых соединительных узлах от собственного веса уменьшается, а следовательно, гарантирована их длительная и безопасная работа в процессе эксплуатации нефтяных скважин.
3
3
3
На основе закона Архимеда выталкивающая сила зависит от объема газов в баллоне и плотности морской воды или нефти. На один метр кубический при плотности обычной воды 1 т/м выталкивающая сила баллона равна 1000 кг. Выталкивающая сила, которая зависит от объема газа в баллоне, должна быть больше масс бурильной трубы и его баллона, масс морской водоотделяющей трубы и его баллона, масс лифтовой трубы и его баллона и массы насосной штанги. Для насосных штанг имеются ограничения, определяемые стандартными размерами лифтовых труб, наружный диаметр которых равен 112,5 мм и 173,5 мм, максимальным диаметром плунжера насоса, равным 93 мм и 120 мм, соответствующим внутреннему диаметру указанных труб. Исходя из этих ограничений насосные штанги выполнены из легких титановых труб, удельный вес титана равен 4.5 т/м, а стальных 7.8 т/м, в виде баллона, заполненного газом, на высаженных концах которых нарезана резьба круглого профиля, используемая при высоких динамических и статических растягивающих нагрузках (см. фиг.9 и 10).
Кроме этого, в процессе работы станка-качалки снижается нагрузка на его детали и обеспечивается плавное перемещение плунжера насоса и штанг.
Можно использовать станки-качалки с меньшей мощностью электродвигателя и плунжерные насосы с большим диаметром плунжера, а следовательно, повысить их производительность.
Использование морской воды из океана, подаваемой по трубе 95 насосом 96 в колонну труб 93 или самотеком по трубам 97, к вентилю 98 и в указанную колонну труб и в слой нефти, допускается в исключительных случаях (см. фиг.8). В случае, если плунжерный насос невозможно опустить на предельные глубины, связанные с прочностью метала насосных штанг и лифтовых труб с баллонами, при низком давлении земли на нефтяной слой нефть не поднимается в ствол скважины и при наличии в нефтяном слое жидкой и легкой нефти. Вязкую и тяжелую нефть невозможно вытолкнуть водой из слоя нефти на поверхность платформы в нефтеналивные емкости.
Для защиты платформы от давления льда на корпус и предотвращения ее перемещения относительно устья скважины платформа снабжена ледоколом для разрушения и очистки льда по периметру платформы.
Кроме этого, с наружной стороны указанной платформы в нижней ее части установлен пояс безопасности клинообразной формы, который не только увеличивает жесткость корпуса платформы, но и при образовании льда и увеличения его давления на корпус платформы клин разрушает лед и снимает давление со стороны льда, обеспечивая при этом безопасную работу платформы в арктических условиях (см. фиг.1).
Для уменьшения давления льда на корпус самоходной плавающей платформы можно использовать упругий материал, закрытый стальной полосой, толщина слоя упругого материала должна компенсировать величину деформации льда, т.е. деформация упругого материала должна быть больше коэффициента линейного расширения льда при его замерзании.
Без ледокола бурить нефтегазовые скважины и их эксплуатировать невозможно, поскольку бесконечные поля дрейфующего льда, толщиной 1,5-2,5 м, непрерывно перемещаются, разрушая при этом все, что встретилось на их пути.
Использование экологически чистых ветровых электростанций позволяет сократить расход жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания, уменьшить расход кислорода, необходимый для людей (при сгорании 1 кг дизельного топлива или газа сгорает 1,5 кг кислорода), обеспечить экономическую рентабельность при освоении новых месторождений в морских пространствах и снизить стоимость нефти и газа, улучшить бытовые условия рабочих.