ПОДВОДНЫЙ БУРОВОЙ МОДУЛЬ ДЛЯ БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
UNDERWATER DRILLING MODULE FOR DRILLING OIL AND GAS WELLS

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к буровым модулям, предназначенным для бурения нефтяных и газовых скважин на шельфах морей.
Известно техническое решение «Буровая установка, установленная на морском дне и предназначенная для бурения нефтяных и газовых скважин», где буровая установка, предназначенная для бурения нефтяных и газовых скважин, снабжена буровым модулем, и установлена на дне моря и имеет водонепроницаемую цилиндрическую конструкцию и бункера для хранения бурильных труб, в которых расположены заменяемые кассеты с бурильными трубами, при этом верхние части цилиндрической конструкции и бункеров снабжены соответствующими уплотняющими люками для установки и извлечения оборудования. Буровой модуль спроектирован как отдельный модуль и содержит главную конструкцию с вертикальными направляющими для бурильной машины, подъемный механизм для перемещения бурильной машины, бурильную машину для вращения бурильной колонны, робот для перемещения труб, оснащенный подъемным и захватным устройством (см. патент RU №2365730 С2 МПК Е21В 7/124, Е21В 15/02).
Недостатком данного технического решения является то, что для обеспечения работы бурового модуля требуется дополнительная водонепроницаемая цилиндрическая конструкция с соответствующими уплотняющими люками для установки и извлечения оборудования, а также дополнительные уплотняющие устройства в нижней части водонепроницаемой цилиндрической конструкции, обеспечивающие проход бурильной колонны при строительстве скважины, что увеличивает стоимость подводного бурения.
Известно техническое решение «Подводный буровой модуль для использования при бурении нефтяных и газовых скважин» (заявка WO 2004018826 МПК Е21В 15/02), взятое за прототип. Согласно изобретению подводный буровой модуль установлен на дне моря, имеет открытую рамную конструкцию, буровую вышку с вертикальными направляющими для бурильной машины, подъемный механизм для перемещения бурильной машины, бурильную машину для вращения бурильной колонны, средства для соединения/отсоединения бурильных труб в процессе добавления или удаления бурильных труб в/из бурильной колонны при спускоподъемных операциях, заменяемую кассету с бурильными трубами, устройство подачи и установки бурильных труб с захватными рычагами, систему циркуляции бурового раствора.
Бурильная колонна составлена из бурильных труб, соединяемых с помощью резьбовых соединений. Бурильные трубы размещены в заменяемой кассете для бурильных труб, при этом она установлена таким образом, что обеспечивает подачу и установку каждой бурильной трубы в бурильную колонну при ее монтаже или демонтаже. Передача бурильных труб между заменяемой кассетой с бурильными трубами и положением в буровой вышке обеспечена с помощью устройства подачи и установки бурильных труб с захватными рычагами.
Недостатком данного технического решения является то, что в процессе бурения подводной скважины при добавлении или удалении бурильных труб в/из бурильной колонны при спускоподъемных операциях нарушаются технологические и экологические требования о недопустимости попадания бурового раствора в окружающую водную среду, а также смешивания бурового раствора с окружающей водной средой в процессе бурения подводной скважины.
Задачей изобретения является создание подводного бурового модуля, обеспечивающего выполнение технологических и экологических требований о предотвращении попадания бурового раствора в окружающую водную среду, а также смешивания бурового раствора с окружающей водной средой в процессе бурения подводной скважины при добавлении или удалении бурильных труб в/из бурильной колонны при спускоподъемных операциях.
Технический результат, обеспечиваемый при осуществлении настоящего изобретения согласно формуле, заключается в повышении безопасности работы и повышении экологической безопасности работы устройства.
Поставленная задача достигается тем, что подводный буровой модуль согласно настоящему изобретению имеет открытую рамную конструкцию и включает буровую вышку с вертикальными направляющими для бурильной машины, подъемный механизм для перемещения бурильной машины, бурильную машину для вращения бурильной колонны, средства для соединения/отсоединения бурильных труб в процессе соответственно добавления или удаления бурильных труб в/из бурильной колонны при спускоподъемных операциях, заменяемую кассету с бурильными трубами, устройство подачи и установки бурильных труб с захватными рычагами, элементы системы циркуляции бурового раствора, при этом дополнительно включает устройство вытеснения окружающей водной среды в систему буровых сточных вод и бурового раствора в систему циркуляции бурового раствора, а также снабжен элементами системы буровых сточных вод, которые закреплены на буровой вышке.
Вытеснение окружающей водной среды из полости бурильных труб, присоединяемых к бурильной колонне, непосредственно перед их соединением с бурильной колонной позволяет предотвратить попадание окружающей водной среды в бурильную колонну и, как следствие, в систему циркуляции бурового раствора, в которой циркулирует буровой раствор в процессе бурения. В свою очередь, это повышает безопасность эксплуатации устройства.
Вытеснение бурового раствора из полости бурильных труб, отсоединяемых от бурильной колонны, непосредственно после их отсоединения от бурильной колонны, позволяет предотвратить попадание бурового раствора, вытекающего из внутренней полости бурильных труб, отделяемых от бурильной колонны в процессе подъема бурильной колонны, в окружающую водную среду. В свою очередь, это повышает экологическую безопасность эксплуатации устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 схематически изображен изометрический вид подводного бурового модуля для бурения нефтяных и газовых скважин.
На фиг. 2 изображен разрез устройства вытеснения.
На фиг. 3 изображено устройство вытеснения с положением бурильных труб и перекрывающего устройства до вытеснения воды.
На фиг. 4 изображено устройство вытеснения с положением бурильных труб и перекрывающего устройства после вытеснения воды непосредственно перед соединением труб.
Подводный буровой модуль состоит из открытой рамной конструкции 1, буровой вышки 2 с вертикальными направляющими 3 для бурильной машины 5, подъемного механизма 4 для перемещения бурильной машины 5, бурильной машины 5, устройства подачи и установки бурильных труб с захватными рычагами 6, устройства вытеснения 7, клинового захвата 8.
На буровой вышке 2 размещены элементы системы циркуляции бурового раствора 9 и элементы системы буровых сточных вод 10, системы циркуляции бурового раствора и буровых сточных вод в полном объеме на чертежах не показаны, под буровой вышкой 2 на открытой рамной конструкции 1 установлены заменяемые кассеты с бурильными трубами 11 и оборудование устья скважины, например блок противовыбросового оборудования 12.
Оборудование устья скважины является обязательным при строительстве скважин и не входит в состав предлагаемого изобретения.
Бурильная машина 5 и клиновой захват 8, в том числе служат средствами соединения/отсоединения бурильных труб в процессе добавления или удаления бурильных труб в/из бурильной колонны при спускоподъемных операциях.
Бурильная колонна составлена из бурильных труб, соединяемых с помощью резьбовых соединений.
Устройство вытеснения 7 состоит из центратора 13, корпуса верхней полости 14, в котором установлен уплотнительный элемент 15 и поршень 16, фланца 17 для подачи воды или бурового раствора для вытеснения, перекрывающего устройства 18, корпуса нижней полости 19, в котором установлен уплотнительный элемент 20 и поршень 21.
Подводный буровой модуль работает следующим образом.
На дне устанавливается открытая рамная конструкция 1, например, с помощью вакуумных якорей, на которой монтируется буровая вышка 2 с необходимым оборудованием. Под буровой вышкой 2 устанавливаются заменяемые кассеты с бурильными трубами 11 и оборудование устья скважины, например блок противовыбросового оборудования 12.
Бурильная труба из заменяемой кассеты с бурильными трубами 11 с помощью устройства подачи и установки бурильных труб с захватными рычагами 6 перемещается на ось скважины и закрепляется в бурильной машине 5. При опускании бурильной машины 5 с помощью подъемного механизма 4 для перемещения бурильной машины 5 нижний открытый конец бурильной трубы попадает через центратор 13 в верхнюю полость устройства вытеснения 7. Поршень 16 перемещается вверх, тем самым сдавливая уплотнительный элемент 15, который плотно обхватывает бурильную трубу. При этом перекрывающее устройство 18 находится в закрытом состоянии. Затем через фланец 17 подается буровой раствор, который заполняет корпус верхней полости 14 устройства вытеснения 7 и через открытый конец бурильной трубы вытесняет окружающую воду в бурильную машину 5, откуда она попадает в систему буровых сточных вод 10.
После выдавливания всего объема воды, находящегося в бурильной трубе, открывается перекрывающее устройство 18 и поданная бурильная труба за счет перемещения бурильной машины 5 опускается вниз и захватывается клиновым захватом 8 или с помощью бурильной машины 5 свинчивается с бурильной колонной, удерживаемой клиновым захватом 8 (выполняется соединение бурильных труб в процессе добавления бурильных труб в бурильную колонну).
Далее, производится бурение скважины. При необходимости наращивания бурильной колонны повторяются операции, описанные выше.
Отсоединение бурильных труб от бурильной колонны в процессе удаления бурильных труб из бурильной колонны и промывка бурильных труб забортной водой происходит в обратном порядке. При этом вместо бурового раствора через фланец 17 подается морская вода, а выдавливание бурового раствора из бурильной трубы производится в систему циркуляции бурового раствора 9.
Таким образом, применение подводного бурового модуля в сочетании с устройством вытеснения позволяет обеспечить выполнение технологических и экологических требований о недопустимости попадания бурового раствора в окружающую водную среду, а также смешивания бурового раствора с окружающей водной средой в процессе бурения подводной скважины при добавлении или удалении бурильных труб в/из бурильной колонны при спускоподъемных операциях.