БУРОВАЯ ШАХТА И БУРОВОЕ СУДНО С БУРОВОЙ ШАХТОЙ
MOONPOOL AND DRILL SHIP INCORPORATED THEREWITH

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к буровой шахте и буровому судну с буровой шахтой, в частности к буровой шахте и буровому судну с буровой шахтой модифицированной конструкции, обеспечивающей уменьшение вибрации и сопротивления, вызываемого течением морской воды внутрь буровой шахты в процессе движения бурового судна.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В связи со стремительным развитием промышленности и технологий в глобальном масштабе увеличивается потребление таких ископаемых видов топлива, как нефть, международные цены на которую постоянно растут. Соответственно, проблема стабильной добычи и поставок сырой нефти приобретает все бóльшее значение.
Поэтому небольшие глубоководные нефтяные месторождения, которые до недавнего времени игнорировались из-за технических сложностей бурения и отсутствия экономической целесообразности, становятся объектами пристального внимания. Одновременно с развитием технологий разработки природных ресурсов проектируются суда с буровым оборудованием для разработки нефтяных месторождений.
Как правило, традиционное буровое оборудование для разработки морских месторождений представляет собой суда с буровой установкой или стационарную платформу, которую тянет буксирное судно. Для осуществления буровых работ платформа фиксируется в определенном месте в море при помощи якорного оборудования.
Одной из последних разработок для глубоководного бурения является буровое судно, похожее на обычное судно, оснащенное современным буровым оборудованием и перемещающееся за счет собственной движущей силы. При проектировании подобного бурового судна необходимо найти оптимальное сочетание параметров движения судна и параметров бурения, поскольку судно должно часто менять дислокацию для разработки небольших нефтяных месторождений.
В буровом судне выполняется большой проем (далее именуемый буровой шахтой) для опускания бурильной трубы. Хотя данная конструкция обязательна для использования бурового судна, она оказывает весьма неблагоприятное воздействие на скорость свободного хода.
Другими словами, вследствие периодических колебаний поверхности воды внутри буровой шахты, вызванных относительным движением морской воды, поступающей и вытекающей из буровой шахты, и морской воды за корпусом судна, а также и результирующим движением корпуса, во время движения судна сопротивление возрастает, в результате чего понижается скорость и повышается расход топлива. Согласно наблюдениям сопротивление возрастает до 50%.
На сегодняшний день с целью сокращения такого увеличения сопротивления разработаны и введены в эксплуатацию приспособление, устанавливаемое внутри буровой шахты, приспособление на днище судна вокруг буровой шахты, переносные механизмы открывания/закрывания внутри буровой шахты и т.д. Однако конструкция приспособления, устанавливаемого внутрь буровой шахты, слишком сложна в сравнении с его эффективностью, а переносной механизм открывания и закрывания не нашел широкого применения в связи с высокими затратами на его установку и обслуживание.
РАСКРЫТИЕ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА
Настоящее изобретение предлагается с целью решения вышеописанных проблем и рассматривает буровую шахту и буровое судно с буровой шахтой, способные уменьшить реакцию и сопротивление, вызываемые вертикальным движением морской воды внутри буровой шахты в процессе движения бурового судна.
Настоящее изобретение также рассматривает буровую шахту и буровое судно с буровой шахтой, способные уменьшить амплитуду колебаний поверхности, а также сопротивление, вызванное колебаниями поверхности морской воды внутри буровой шахты в процессе движения бурового судна.
ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ
Объектом изобретения, предлагаемого для решения вышеописанных проблем, является буровая шахта, установленная на буровом судне, включающая: первую зону, которая проходит от нижней поверхности через верхнюю палубу бурового судна для осуществления буровых работ; и вторую зону, образованную сбоку первой зоны в продольном направлении бурового судна. Нижняя поверхность второй зоны выходит на нижнюю поверхность бурового судна.
Максимальная длина и максимальная ширина поперечного сечения второй зоны может быть меньше, чем максимальная длина и максимальная ширина поперечного сечения первой зоны.
Буровая шахта может включать в себя перегородку между первой и второй зонами. Верхняя граница перегородки устанавливается на определенной высоте относительно нижней поверхности бурового судна таким образом, чтобы морская вода, поступившая в первую зону, могла протекать во вторую зону.
Верхняя граница перегородки может быть установлена в диапазоне от 2 метров ниже ватерлинии бурового судна до 2 метров выше ватерлинии бурового судна.
В перегородке могут быть сделаны отверстия.
Вторая зона может располагаться, по меньшей мере, с одной из кормовой и носовой стороны первой зоны в продольном направлении бурового судна.
Верхняя поверхность второй зоны выходит на верхнюю поверхность бурового судна.
Поперечное сечение первой зоны и второй зоны соответственно может иметь форму четырехугольника, расположенного в продольном направлении бурового судна.
Поперечная ширина второй зоны, перпендикулярная продольному направлению бурового судна, меньше поперечной ширины первой зоны.
Длина второй зоны в продольном направлении бурового судна меньше длины первой зоны.
Длина второй зоны может составлять от 10 до 50% от длины первой зоны.
Отверстие, выходящее на нижнюю поверхность первой зоны, имеет постоянную поперечную ширину и к тому же сужается в направлении кормовой части бурового судна.
Основание, размещенное на той же плоскости, что и нижняя поверхность бурового судна, можно устанавливать по обоим углам торца отверстия, выходящего к нижней поверхности первой зоны; при этом оба угла торца отверстия расположены в направлении кормовой части бурового судна, а основание имеет форму треугольника.
Поперечное сечение второй зоны может иметь форму полукруга или многоугольника.
Другим объектом настоящего изобретения является буровое судно с описанной выше буровой шахтой.
ПРЕИМУЩЕСТВА
Согласно настоящему изобретению вторая зона создается сбоку от первой зоны в продольном направлении бурового судна, увеличивая таким образом общую длину буровой шахты. Поэтому можно изменять вертикальные перемещения поверхности воды внутри буровой шахты, тем самым уменьшая амплитуду перемещения поверхности воды внутри буровой шахты и сопротивление бурового судна.
Кроме того, возможно уменьшение амплитуды плескания поверхности воды внутри буровой шахты и уменьшение сопротивления, вызванного плесканием, за счет установки между первой и второй зонами перегородки определенной высоты.
К тому же посредством образования направленного в сторону нижней части первой зоны отверстия с постоянной поперечной шириной и сужением в сторону кормовой части бурового судна можно соразмерно уменьшить количество морской воды, протекающей в первую зону, и сопротивление бурового судна.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет горизонтальную проекцию буровой шахты по первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 представляет собой поперечное сечение Фиг.1 по линии II-II.
Фиг.3 - фиг.5 показывают варианты модификации второй зоны, входящей в буровую шахту, по первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6 представляет горизонтальную проекцию буровой шахты по второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.7 представляет поперечное сечение Фиг.6 по линии VII-VII.
Фиг.8 представляет поперечное сечение Фиг.6 по линии VIII-VIII.
Фиг.9 представляет горизонтальную проекцию буровой шахты по третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.10 представляет поперечное сечение Фиг.9 по линии Х-Х.
Фиг.11 показывает результат эксперимента по буксировке моделей судов, на которых созданы буровые шахты по различным вариантам осуществления настоящего изобретения.
ОПИСАНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
1, 61, 71: буровое судно
2: верхняя палуба
3: нижняя поверхность
5, 65, 75: буровая шахта
10: первая зона
20: вторая зона
30: перегородка
40: основание
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже описываются некоторые варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на соответствующие чертежи.
Фиг.1 представляет горизонтальную проекцию буровой шахты по первому варианту осуществления настоящего изобретения, а фиг.2 представляет поперечное сечение фиг.1 по линии II-II.
Обращаясь к фиг.1 и 2, по первому варианту осуществления настоящего изобретения буровая шахта 5 образована между носом и кормой бурового судна 1 и включает в себя первую зону 10 для проведения буровых работ и вторую зону 20, создаваемую рядом с первой зоной 10.
Первая зона 10 создается путем прохождения через верхнюю палубу 2 с нижней поверхности 3 бурового судна 1. В данном случае первая зона 10 может быть образована в вертикальном направлении от нижней поверхности 3 бурового судна 1. Первая зона 10 может быть ограничена внутренними стенками 51, 52, 53, 54, 55, расположенными вертикально в корпусе 50 бурового судна 1.
Обращаясь к фиг.1, поперечное сечение первой зоны 10 имеет форму четырехугольника, например прямоугольника, расположенного в продольном направлении бурового судна. В данном случае поперечное сечение первой зоны 10 симметрично относительно средней линии от носа до кормы бурового судна 1. Первая зона 10, образованная согласно приведенному выше описанию, может использоваться в качестве канала для опускания бурильной установки (не показана), бурильной трубы (не показана) и т.д. на дно моря.
Отверстие 13, выходящее к нижней поверхности первой зоны 10 по первому варианту осуществления настоящего изобретения, имеет форму четырехугольника, например прямоугольника, расположенного в продольном направлении бурового судна.
Однако необходимо принять во внимание, что форма первой зоны 10 по первому варианту осуществления настоящего изобретения является только одним из примеров. Если первая зона 10 используется в качестве канала для осуществления буровых работ, то для нее можно использовать самые различные формы.
Вторая зона 20 образована сбоку первой зоны 10 в продольном направлении бурового судна. В данном случае, обращаясь к фиг.2, нижняя поверхность второй зоны 20 выходит к нижней поверхности бурового судна 1. Вторая зона 20 может быть ограничена внутренними стенками 56, 57, 58, расположенными вертикально в корпусе 50 бурового судна 1.
Через отверстие второй зоны 20, образованной согласно вышеприведенному описанию, морская вода может поступать и вытекать из второй зоны 20. В этом случае верхняя поверхность второй зоны 20 может выходить на верхнюю поверхность бурового судна.
Обращаясь к фиг.1, поперечное сечение второй зоны 20 имеет форму четырехугольника, расположенного в продольном направлении бурового судна. В данном случае поперечное сечение второй зоны 20 симметрично относительно средней линии от носа до кормы бурового судна 1.
Кроме того, вторая зона 20 соприкасается с задней частью первой зоны 10 (т.е. кормовой частью первой зоны 10 на буровом судне 1). Существует возможность образования второй зоны 20, соприкасающейся с передней частью первой зоны (т.е. носовой частью первой зоны 10 на буровом судне 1). Также можно образовать вторую зону 20 с обеих сторон первой зоны 10 в продольном направлении бурового судна, т.е. с носовой и с кормовой сторон первой зоны 10.
Соответственно, в сравнении с буровой шахтой, имеющей только первую зону 10 (далее именуемой «традиционной буровой шахтой»), длина буровой шахты 5 (длина в направлении нос-корма бурового судна на фиг.1) по первому варианту осуществления настоящего изобретения увеличивается.
Данное увеличение длины меняет характер перемещения морской воды, происходящего в традиционной буровой шахте. В частности, по первому варианту осуществления настоящего изобретения в буровой шахте 5 относительно большей длины уменьшаются вертикальные перемещения морской воды, характерные для традиционной буровой шахты. Вместо этого преобладает плескание воды.
Поскольку вертикальные перемещения поверхности воды внутри буровой шахты вызывают большее сопротивление бурового судна, нежели плескания, буровая шахта 5 по первому варианту осуществления настоящего изобретения создает меньшее сопротивление бурового судна 1, чем традиционная буровая шахта.
По первому варианту осуществления изобретения длина L2 второй зоны 20 меньше длины L1 первой зоны 10. В этом случае желательно, чтобы длина L2 второй зоны 20 составляла от 10 до 50% длины L1 первой зоны 10.
Если длина L2 второй зоны 20 становится слишком большой, площадь отверстия буровой шахты 5 также чрезмерно увеличивается, вызывая неблагоприятное увеличение сопротивления при движении бурового судна 1. Поэтому предпочтительно, чтобы длина второй зоны 20 была невелика в сравнении с длиной первой зоны 10.
Предпочтительно, чтобы ширина W2 второй зоны 20 была меньше ширины W1 первой зоны 10. Если ширина W2 второй зоны 20 больше или равна ширине W1 первой зоны 10, площадь отверстия также чрезмерно увеличивается, вызывая неблагоприятное увеличение сопротивления из-за морской воды, затекающей в буровую шахту бурового судна.
Вторая зона 20 по первому варианту осуществления настоящего изобретения имеет четырехугольную форму поперечного сечения, а ее длина и ширина меньше соответствующих параметров первой зоны 10. Однако это только пример. Вторая зона 20 может принимать самые различные формы при условии, что максимальная длина поперечного сечения и максимальная ширина поперечного сечения второй зоны 20 будут меньше длины поперечного сечения и ширины поперечного сечения первой зоны 10.
В этой связи на фиг.3-5 показаны примеры модификаций второй зоны, входящей в буровую шахту по первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Обращаясь к фиг.3, поперечное сечение второй зоны 20а может иметь форму полукруга. Здесь форма полукруга может также охватывать форму полуэллипса. В данном случае максимальная длина L2a и максимальная ширина W2a поперечного сечения второй зоны 20а меньше максимальной длины L1 и максимальной ширины W1 поперечного сечения первой зоны 10.
Поперечное сечение второй зоны может иметь форму многоугольника. Например, как видно на фиг.4, поперечное сечение второй зоны 20b может иметь форму треугольника. В этом случае максимальная длина L2b и максимальная ширина W2b поперечного сечения второй зоны 20b меньше максимальной длины L1 и максимальной ширины W1 поперечного сечения первой зоны 10.
Или же, как видно на фиг.5, поперечное сечение второй зоны 2с может иметь форму трапеции. В данном случае максимальная длина L2c и максимальная ширина W2c поперечного сечения второй зоны 20с меньше максимальной длины L1 и максимальной ширины W1 поперечного сечения первой зоны 10.
Фиг.6 представляет горизонтальную проекцию буровой шахты по второму варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг.7 представляет поперечное сечение фиг.6 по линии VII-VII, а фиг.8 - поперечное сечение фиг.6 по линии VIII-VIII. Обращаясь к фиг.6-8, буровая шахта 65 по второму варианту осуществления настоящего изобретения создается между носом и кормой бурового судна 61 и включает первую зону 10 для осуществления буровых работ, вторую зону 20, образованную рядом с первой зоной 10, и перегородку 30 между первой зоной 10 и второй зоной 20.
Здесь не описываются элементы, аналогичные элементам, описанным в первом варианте осуществления изобретения, и - если не описано особо - данные элементы считаются идентичными элементам первого варианта осуществления изобретения, а их описание заменяется описанием, представленным в первом варианте осуществления изобретения. Ниже описываются преимущественно элементы, характерные для второго варианта осуществления настоящего изобретения.
По второму варианту осуществления настоящего изобретения перегородка 30 устанавливается между второй зоной 20 и первой зоной 10. Перегородка устанавливается для разделения длины буровой шахты 65 на отдельные участки.
Соответственно, плескания большой амплитуды, происходящие в относительно длинной зоне (т.е. L1+L2), можно заменить на плескания небольшой амплитуды в относительно короткой зоне (т.е. L1 и L2 соответственно) за счет перегородки.
В данном случае перегородка 30 выполняется таким образом, чтобы морская вода, находящаяся в первой зоне 10, могла протекать во вторую зону 20. Для этого по второму варианту осуществления изобретения перегородка устанавливается так, что ее верхняя граница располагается на определенной высоте относительно нижней поверхности 3 бурового судна 61.
Что касается высоты установки перегородки, указанной на фиг.7 и 8, перегородка 30 монтируется таким образом, чтобы ее верхняя граница находилась на уровне ватерлинии бурового судна 61. В этом случае верхняя граница перегородки 30 может находиться на уровне 2 метров ниже ватерлинии или 2 метров выше ватерлинии.
Следует иметь ввиду, однако, что форма перегородки 30 по второму варианту осуществления настоящего изобретения является только одним из примеров. Возможны самые различные модификации перегородки при условии, что это способствует уменьшению сопротивления в первой зоне 10, возникающего между буровым судном и морской водой, перетекающей через верхнюю границу перегородки 30 во вторую зону 20.
Кроме того, в перегородке 30 могут быть сделаны отверстия, через которые морская вода, находящаяся в первой зоне 10 и во второй зоне 20, может соответственно поступать во вторую зону 20 и вытекать из первой зоны 10.
Фиг.9 представляет горизонтальную проекцию буровой шахты по третьему варианту осуществления настоящего изобретения, а Фиг.10 представляет поперечное сечение фиг.9 по линии Х-Х. Ниже описываются преимущественно элементы, характерные для третьего варианта осуществления настоящего изобретения. Далее не описываются элементы, аналогичные элементам, описанным в отношении первого и второго вариантов осуществления изобретения, и - если не описано особо - данные элементы считаются идентичными элементам, предусмотренным первым и вторым вариантами осуществления изобретения, а их описание заменяется описанием, предложенным в отношении первого и второго вариантов осуществления изобретения.
Обращаясь к фиг.9 и 10, поперечное сечение первой зоны 10 по третьему варианту осуществления настоящего изобретения имеет форму четырехугольника, например прямоугольника, расположенного в продольном направлении бурового судна 71.
В данном случае создается выходящее к нижней поверхности первой зоны 10 отверстие 73 с постоянной поперечной шириной, сужающееся ближе к корме бурового судна 71. Для этого в третьем варианте осуществления настоящего изобретения основание 40, размещенное в той же плоскости, что и нижняя поверхность 3 бурового судна 71, устанавливается с обоих углов задней стороны торца (т.е. концевой части, расположенной в направлении кормы бурового судна 71) отверстия 73, выходящего к нижней поверхности первой зоны 10. Здесь основание 40 может иметь форму треугольника.
По существу, при помощи выходящего к нижней поверхности первой зоны 10 отверстия 73, постепенно сужающегося вдоль направления движения морской воды, перемещающейся от носа к корме бурового судна 71 по мере продвижения бурового судна вперед, количество попадающей в первую зону морской воды относительно уменьшается, тем самым уменьшая сопротивление, действующее на буровое судно 71.
Размер и форма отверстия 73, выходящего к нижней поверхности первой зоны 10, определяются таким образом, чтобы не мешать опусканию на морское дно бурильной трубы и т.д. Размер основания 40 определяется по такому же критерию.
На фиг.11 показан результат эксперимента в буксировочном бассейне с моделями судов, на которых установлены буровые шахты по различным вариантам осуществления настоящего изобретения. На фиг.11 показано соотношение между скоростью и эффективной мощностью в л.с., полученное в результате проведения эксперимента в буксировочном бассейне с моделью судна (далее именуемой «первой моделью судна»), на которой установлена традиционная буровая шахта (только с одной первой зоной), с моделью судна (далее именуемой «второй моделью судна»), на которой установлена буровая шахта (только с первой и второй зонами) по первому варианту осуществления настоящего изобретения, с моделью судна (далее именуемой «третьей моделью судна»), на которой установлена буровая шахта (с перегородкой между первой и второй зонами и отверстием четырехугольной формы, направленным в сторону нижней части первой зоны) по второму варианту настоящего изобретения, и с моделью судна (далее именуемой «четвертой моделью судна»), на которой установлена буровая шахта (с перегородкой между первой и второй зонами, отверстием постоянной ширины, выходящим к нижней поверхности первой зоны и сужающимся в направлении кормы) по третьему варианту осуществления настоящего изобретения. Здесь значения, указанные на оси эффективной мощности в л.с., относятся к относительным значениям при допущении, что эффективная мощность, необходимая для буксировки первой моделью судна со скоростью 13 узлов, составляет 100 л.с.
Описывая результаты эксперимента, обращаясь к фиг.11, можно заметить, что при сравнении первой модели судна (с традиционной буровой шахтой) и второй модели судна (с первым вариантом осуществления изобретения) на скорости 13 узлов сопротивление второй модели судна примерно на 4% меньше, чем сопротивление первой модели судна. Это означает, что при одинаковой скорости свободного хода второй модели судна требуется меньшая мощность двигателя, чем первой.
Данная тенденция становится еще более явной при увеличении скорости свободного хода моделей судов. Например, при скорости 15 узлов сопротивление уменьшается приблизительно на 16%. Это означает, что при одинаковой скорости свободного хода второй модели судна требуется гораздо меньшая мощность двигателя, чем первой модели.
По существу, вторая модель судна может перемещаться на определенной скорости при меньшей мощности двигателя, чем первая модель судна, благодаря уменьшению сопротивления, возникающего в процессе движения.
При сравнении первой модели судна (с традиционной буровой шахтой) с третьей моделью судна (второй вариант осуществления изобретения), обращаясь к фиг.11, можно заметить, что на скорости 13 узлов сопротивление третьей модели судна примерно на 10% меньше, чем сопротивление первой модели судна. Это означает, что при одинаковой скорости свободного хода третьей модели судна требуется меньшая мощность двигателя, чем первой.
Данная тенденция становится еще более явной при увеличении скорости свободного хода моделей судов. К примеру, на скорости 15 узлов сопротивление уменьшается примерно на 30%. Это означает, что при скорости свободного хода 15 узлов третьей модели судна требуется гораздо меньшая мощность двигателя, чем первой модели.
По существу, третья модель судна может перемещаться на определенной скорости при меньшей мощности двигателя, чем первая модель судна, благодаря уменьшению сопротивления, возникающего в процессе движения.
При сравнении третьей модели судна (второй вариант осуществления изобретения) с четвертой моделью судна (третий вариант осуществления изобретения), обращаясь к фиг.11, можно видеть, что на всех скоростях свободного хода сопротивление четвертой модели судна примерно на 3% меньше, чем сопротивление третьей модели судна. Это означает, что на любой заданной скорости свободного хода четвертой модели судна требуется относительно меньше топлива, чем третьей.
Несмотря на то, что некоторые варианты осуществления настоящего изобретения описаны выше, технические идеи настоящего изобретения не ограничиваются представленными выше вариантами осуществления. Следует иметь ввиду, что специалисты в данной области техники могут предложить множество других вариантов, добавляя, изменяя или удаляя элементы в рамках тех же технических идей, но данные варианты считаются входящими в объем технических идей настоящего изобретения.