СИСТЕМА ОБУСТРОЙСТВА РАЗВЕДОЧНОГО БУРЕНИЯ ГАЗОВЫХ И НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В УСЛОВИЯХ МЕЛКОВОДЬЯ, БОЛОТИСТОЙ МЕСТНОСТИ И ТУНДРЫ (ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ)

Система обустройства разведочного бурения газовых и нефтяных месторождений в условиях мелководья, болотистой местности и тундры (вечной мерзлоты).
Настоящая полезная модель относится к газовой и нефтяной промышленности и предназначена для проведения разведочных буровых работ на нефть и газ на мелководье морей или озер, в условиях болотистой местности или в условиях тундры (вечной мерзлоты), которая характерна для полуострова Ямал и северных районов западной Сибири. При этом обеспечивается максимальное сохранение природной среды как в процессе транспортировки бурового оборудования, так и в процессе проведения этих работ.
Известна буровая установка для болотистых и озерных территорий (см. Авторское Свидетельство СССР №331167, М. Кл. Е21Ь 7/02, опубл. 29.11.1972), содержащая две плоскодонные платформы, на которых равномерно по массе размещено необходимое оборудование, при этом две упомянутые платформы соединены друг с другом силовыми цилиндрами и снабжены выдвижными колоннами, задавливаемыми в грунт по ходу движения. Эти выдвижные колонны разрушают структуру болота на всю глубину, нанося ему неисправимый ущерб.
Известна самоходная буровая установка "Даша" (Патент РФ №2183246, Е21В 7/02, опубл. 2002.06.20), включающая две и больше грузовые платформы, соединенные силовыми цилиндрами двустороннего действия, причем опорная поверхность корпусов каждой из платформ имеет форму гребня, в пустоты между зубьями которого вставлены подвижные элементы, между которыми и корпусом установлена подушка из эластичного материала. В сущности, опорная поверхность корпуса каждой платформы имеет форму гребня, погружаемые в болото и выполняющие функции опорных колонн, описанных в аналоге. Но если в аналоге опорные колонны подвижные, то в буровой установке «Даша» гребни выполнены статичными.
Для бурения скважин на морском шельфе до глубин 90 м используются самоподъемные буровые установки (Морские инженерные сооружения. 4.1. Морские буровые установки, - СПб.: Судостроение, 2003), но их использование на мелководье из-за большой осадки при глубинах моря менее 4 м практически невозможно.
Эта установка выбирается в качестве прототипа, так как имеют наибольшее число существенных признаков, которые совпадают с существенными признаками заявляемого технического решения.
Вместе с тем, прототип обладает теми же существенными недостатками, которые присущи ранее описанным известным установкам. Он не обеспечивает сохранность болота в процессе передвижения.
Рассмотренные известные буровые установки представляют собой систему обустройства разведочного бурения газовых и нефтяных месторождений в условиях мелководья, болотистой местности и тундры (вечной мерзлоты).
Анализ этих известных технических решений показывает, что используя судоходный принцип передвижения буровых установок по болоту реализуются принципы перемещения буровых установок по суше, что, как было отмечено, не дает требуемого результата, а именно, оперативной доставки буровой установки на место бурения в болотистой местности, четкую фиксацию установки на месте бурения и оперативное ее снятие и перемещение на другое место. Кроме того, не обеспечивается экологическая безопасность болотистой местности, что крайне важно для северных районов Тюменской области и полуострова Ямал. Более того, перемещение таких установок по грунтам со слабой несущей способностью, например по болотам, связано со значительными трудностями или практически невозможно.
В то же время, территории Тюменской области и полуострова Ямал измеряются сотнями километров как с юга на север, так и с запада на восток. В летнее время они покрываются сотнями озер и речушек. Глубина оттаивания грунта составляет около 1,5 м.
Необходимо отметить также наличие в летнее время в таких районах гнуса, который значительно снижает производительность труда работающих на системе обустройства газовых и нефтяных месторождений в условиях болотистой местности и/или тундры.
Задача настоящей полезной модели является создание новой системы обустройства разведочного бурения газовых и нефтяных месторождений в условиях мелководья, болотистой местности и тундры (вечной мерзлоты), позволяющая достичь следующих технических результатов:
- в минимальные сроки транспортировать функциональные блоки буровых/добычных установок в случае большой удаленности точки бурения от базовых лагерей и одновременно решать комплексную задачу «транспортировка - монтаж - эксплуатация - демонтаж - транспортировка» этих установок;
- выполнять функцию временной строительной площадки для возведения буровой вышки;
- обеспечить надежную фиксацию буровой установки на месте бурения на точке бурения.
Поставленная задача решена следующим образом. В системе обустройства разведочного бурения газовых и нефтяных месторождений в условиях мелководья, болотистой местности и тундры (вечной мерзлоты), содержащей грузовую платформу в виде судна, оснащенную, по меньшей мере, тремя выдвижными опорными колоннами, и расположенную на нем буровую установку, СОГЛАСНО настоящей полезной модели, в качестве судна использовано судно на воздушной подушке (СВП), у которого сверху (на верхней палубе) есть возможность смонтировать буровую вышку с необходимым оборудованием, а в корпусе СВП расположить энергетическое оборудование, штатное оборудование СВП (за исключением движителей, обеспечивающих перемещение судна в горизонтальной плоскости, и расположенных на верхней палубе), циркуляционную и другие системы буровой установки, а опорные колонны проходят через корпус СВП и внутри их расположены гидравлически задавливаемые в грунт сваи для повышения устойчивости СВП на грунте, трубопроводы систем обеспечивающих размыв слабых грунтов под ступнями колонн, а в условиях вечной мерзлоты - «примораживание» подошвы ступней к слою вечной мерзлоты за счет нагнетания в полости ступней хладоагента или теплоносителя, либо воздуха требуемой температуры, причем при транспортировке буровая вышка уложена горизонтально, а рабочий стол в разобранном виде для уменьшения сил инерции и минимизации углов крена.
Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет достичь следующих технических результатов:
1) по прибытии на точку бурения в условиях мелководья или болотистой местности корпусу (платформе) СВП обеспечивается устойчивое положение за счет выдвижения опорных колонн и размыва под их ступнями слабых грунтов до коренной породы и, при необходимости, вдавливания в грунт гидравлических свай;
2) минимизировать вредное воздействие на окружающую среду, что достигается путем:
- использования судов на воздушной подушке для транспортировки буровой вышки и другого технологического оборудования между базовым лагерем и месторождением;
- замораживания в условиях тундры грунта непосредственно под ступнями выдвижных колонн на период эксплуатации;
- вывоза (при необходимости) бурового шлама судами на воздушной подушке в предусмотренные отвалы для последующей их переработки и утилизации;
3) формирование в рабочих зонах воздушного потока (ветра) вентиляторами, уменьшающего концентрацию гнуса.
Принципиально новым техническим решением является то, что носителем буровой установки является судно на воздушной подушке (СВП) оснащенное выдвижными опорными колоннами.
Заявителем был проведен патентно-информационный поиск, который показал, что по данной теме нет предлагаемой совокупности существенных признаков. Поэтому данную разработку можно считать новой.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами (Фиг.1, 2, 3) и ниже следующим описанием, подтверждающим практическую применимость данного технического решения. При ее реализации может быть использован как отечественный, так и зарубежный опыт проектирования и строительства этого типа амфибийных устройств с сопловым или камерным типом наддува.
Возможность использования соответствующего варианта СВП определяется в процессе проектирования, исходя из природно-климатических условий в предполагаемом районе месторождений.
Фиг.1 - предлагаемая установка в походном положении;
Фиг.2 - предлагаемая установка на месте бурения и в рабочем положении;
Фиг.3 - фрагменты положений опорных колон.
Как судно СВП - имеет корпус 1 (Фиг.1), в межпалубном пространстве которого размещается оборудование собственно СВП и технологическое оборудование для обеспечения функционирования буровой установки (на чертеже не показано). По периметру нижней части корпуса 1 размещается юбка 2, обеспечивающая при наддуве достаточно плотное прилегание к поверхности, над которой движется СВП. При этом буровая вышка 3 находится в горизонтальном положении.
Количество опорных колонн 4 - три или четыре определяется в процессе конкретного проектирования. Поскольку носовые колонны могут быть использованы при подъеме буровой вышки 3, то, в случае трех колонн 4, третью размещается на корме за штурманской рубкой 5. Колонны 4 при позиционировании выдвигаются вниз (Фиг.2). Верхняя часть ступней 6 опорных колонн 4 (Фиг 1) в походном положении входит в донную часть корпуса 1 СВП.
На палубе в процессе транспортировки в разобранном виде размещается рабочий стол, а также оборудование, размещаемое в подвышечном пространстве.
После того, как СВП прибудет на место бурения, опорные колонны 4 выдвигаются вниз (Фиг.2). При этом через эти колонны 4 нагнетается, например, воздух (или вода), который обеспечивает размыв слабых грунтов (Фиг.3б). Для большей устойчивости на грунте с рельефом, имеющим уклон, в донный грунт гидравлически вдавливаются сваи 11 (Фиг.3а), для чего внутри колонны 4 размещается гидроцилиндр 10.
В случае вечной мерзлоты температура нижней поверхности ступней охлаждается до отрицательных температур, что обеспечивает «примораживание» их к монолиту вечной мерзлоты (Фиг.3в).
После фиксации СВП на грунте и после подъема его на требуемую высоту (в случае мелководья) на палубе производится установка буровой вышки 3 в вертикальное положение и монтируется рабочий стол 7 (Фиг.2).
После разработки устьевой части скважины и монтажа в ней направляющей и проводника над скважиной монтируется противовыбросовое оборудования 8. Лебедка 9 для проведения подъемных и спусковых операций с буровым инструментом и трубами может быть смонтирована заранее.
Для условий вечной мерзлоты с целью примораживания нижней части колонн (ступней) к монолиту вечной мерзлоты СВП может быть оборудовано холодильной установкой и нагревателем (для отмораживания) (на чертеже не показано).
Специфичным для варианта разведочного бурения, учитывая, сравнительно, небольшой период работы, демонтаж воздуходувок и юбки может не производиться.
Из приведенных фигур на чертеже видно, что практически все буровое оборудование мобильной буровой установки, например, типа 2500/160 ДП-БМ ОАО «Уралмаш», позволяющей осуществлять бурение на глубину 2500 м с грузоподъемностью на крюке 160 тс и имеющую буровую вышку высотой 30 м (www.uralmash-vnibt.ru), может быть размещено на одном СВП с размерами 23×50 м.
Для обслуживания (доставки труб, топлива и т.д.) требуется дополнительное СВП, но со значительно меньшими параметрами, что также определяется проектом.
Конфигурация межпалубного пространства позволяет разместить в нем как энергетические установки СВП, так и оборудование буровой установки, а также жилые, служебные и бытовые помещения.
Размещение воздуховодов и сопел, создающих воздушную подушку под днищем, а также других конструктивных элементов на рисунке не показано.
Масса платформы, например, из стали без транспортируемого груза может составлять около 150 т. Использование алюминиевых сплавов позволит уменьшить массу самой платформы.
При избыточном давлении воздуха под днищем, равном 200 мм вод. столба, грузоподъемность платформы составит 250 т.
Транспортировка вышки в вертикальном положении из-за большого момента инерции в процессе движения может привести к нежелательному дифференту и аварии СВП. Поэтому ее транспортировка должна производиться в горизонтальном положении.
Таким образом, предлагаемая система обустройства газовых и нефтяных месторождений в условиях болотистой местности и/или тундры может оказаться практически единственным экономически оправданным вариантом освоения месторождений в условиях равнинной тундры или просторов болотистой местности при значительной удаленности их от базовых лагерей (селений, имеющих водные или наземные коммуникации с «большой землей»).
Это обусловлено тем, что суда на воздушной подушке (СВП) могут двигаться над водной или твердой равнинной поверхностью на небольшой высоте на, так называемой, - воздушной подушке, образованной нагнетаемым под днище воздухом, не нарушая верхний покров болота (тундры), а при позиционировании на месте бурения обеспечивать минимальное нарушение окружающей среды.