МОРСКОЕ БУРОВОЕ ОСНОВАНИЕ

МОРСКОЕ БУРОВОЕ ОСНОВАНИЕ
Полезная модель относиться к конструктивному выполнению средств бурения скважин на акваториях, а именно к стационарным опорным основаниям, выполненным из одной или нескольких трубчатых опор и используемым для размещения на них платформы с буровыми механизмами и оборудованием.
Максимально допустимая высота (МДВ) опорного бурового основания зависит, в основном, от сил тяжести платформы с буровыми механизмами и оборудованием, сил давления морских волн и течений , сил тяжести несущих опор основания, а также сил дополнительного нагружения их в процессе выполнения буровых технологических операций. При определенных сочетаниях физических характеристик опор основания и величин воздействующих на них нагрузок основание может потерять устойчивое состояние и разрущаться, наиболее
МПК:Е21В7/12, E02B 17/02
нагруженные и опасные по прочности сечения опор основания обычно находятся у дна моря.
Известны устройства 2,3 устойчивых и прочных опорных оснований, реализующие уменьшение величин напряжений в опасных сечениях их опор за счет увеличения площади их поперечных сечений по мере приближения к дну моря. Так, площади сечения опор в известном устройстве 2 увеличиваются путем увеличения диаметров ступенчато в направлении дна моря. Устройство 2 может увеличить прочность основания, однако пропорционально увеличению диаметров опор возрастают силы давления на них волн и течений, а также возрастают материальные и трудовые затраты на изготовление таких опор.
Известное морское буровое основание (МБО) 1, принятое за прототип, содержит опирающиеся на башмаки трубчатые опоры, которые выполнены в виде соединенных герметичных секций труб, и смонтированную на опорах платформу. Каждая из секций труб для герметизации снабжена верхней и нижней заглушками, и образует герметичную полость секций (ГПС). При этом ГПС опор заполнены материалом, обеспечивающим давление, которое увеличивается с увеличением глубины ГПС: верхняя секция заполнена воздухом, средняя - водой, нижняя - породным материалом.
Основным недостатком известного МБО являются сравнительно большие диаметры секций колонны, необходимые для реализации требуемых значений МДВ, устойчивости и прочности опоры, а также большие материальные и трудовые затраты на изготовление, монтаж и демонтаж МБО.
опасных сечениях опор МБО путем их растяжения (путем адекватного уравнивания сил сжатия и растяжения во всех секциях опорных колонн МБО) позволила бы реализовать устойчивое, прочное и надежное МБО при его упрощении и экономичности.
Основной технический результат предлагаемого МБО повышение устойчивости и прочности МБО и увеличение МДВ колонны за счет надежного адекватного регулируемого уравнивания сил сжатия и растяжения во всех секциях опор МБО. Кроме того, предлагаемая технология обеспечивает снижение диаметров труб опор, упрощение их конструкции за счет снижения изгибающих нагрузок, а также снижения материальных и трудовых затрат при монтаже и эксплуатации МБО.
Технический результат достигается тем, что растяжение трубчатых опор МБО осуществляется силой избыточного давления воздуха или газа, закачанного в ГПС опор.
Технический результат достигается следующим образом.
МБО содержит несколько вертикальных трубчатых опор, опирающихся на башмаки и выполненных в виде соединенных герметичных секций труб, и смонтированную на опорах платформу, причем каждая из секций труб снабжена верхней и нижней заглушками и образует ГПС, которые заполнены материалом, обеспечивающим давление, которое увеличивается с увеличением глубины ГПС.
Отличительной особенностью МБО является то, что для заполнения ГПС опор используется воздух или другой газ, закачанный под давлением в ГПС трубчатой опоры, причем давление „ воздуха (газа) в ГПС в п - и секции поддерживается в соответствии с выражением (1):
- +
-1-%--7
dr,fn
где РП - давление воздуха или газа в полость п -и секции от
верхнего конца опоры, Па; п 1,2,3,... - номер секции в опоре от ее верхнего конца до
расчетной секции;
F - среднее значение суммы сил нагружения одной опоры основания технологически, буровыми механизмами и оборудованием, Н; q - средняя сила тяжести одной секции опоры в интервале от
верхнего конца опоры до расчетной ГПС, Н; an- предел текучести материала п - и секции опоры. Па; dn - наибольшее расстояние между противоположными
точками в горизонтальном сечении п -и секции опоры, м; fn- площадь сечения полости п- и секции трубчатой опоры, м ; 6п- толщина п - и секции трубчатой опоры, м. В частных случаях секций опоры выполнены одинаковых поперечных сечений или разных поперечных сечений, увеличивающихся с увеличением глубины секции, т.е. с увеличением п.
В конкретных условиях соединение секций в опоре выполнено или болтовым, или резьбовым, или сварным, или фланцевым, или в виде комбинации этих соединений.
Обоснуем получение технического результата путем реализации новых конструктивных признаков МБО.
Давление воздуха (газа) в ГПС создает усилие, растягивающее опору (секцию). Папряжение сжатия в основном сечении опоры равно
нулю, если растягивающая сила равна по абсолютной величине сумме приходящихся на опору сил, что обеспечивается при условии:
+ q,(2)
гдер - давление воздуха (газа) в полости опоры, Па;
f - площадь поперечного сечения ГПС, q - сила тяжести непосредственно опоры, Н; F - среднее значение суммы сил технологических, тяжести буровых механизмов и оборудования, приходящихся на данную конкретную опору, Н.
Максимально допустимое давление воздуха (газа) по условиям разрыва в опоре ограничиваться прочностью по вертикальному сечению:
гдер - давление воздуха (газа) в полости опоры. Па;
о- предел текучести материала опоры. Па; 5- толщина стенки трубчатой опоры, м; d - наибольшее расстояние между противоположными в
горизонтальном сечении полости опоры, м.
Из (2) и (3) получаем выражение для эффективной реализации на практике предложенного МБО с повышенной устойчивостью:
М.,  ,(4)
которое для п секций преобразуется в (1).
Сущность предложенного МБО иллюстрируется чертежами: на фиг. 1 показана общая схема основания из трубчатых секции одинакового диаметра, фиг. 2 иллюстрирует конструкцию опоры из
2crJ/04
(3)
трубчатых секций с разными поперечными сечениями и соединением секций в виде резьбового замка.
МБО включает несколько опор 1, смонтированную на них платформу 2, трубы 3 секций, заглушки 4 и 5 соответственно нижнего и верхнего концов трубчатой секции, герметичные полости 6 секций (ГПС) и башмаки 7.
Растяжение вертикальных трубчатых опор 1 осуществляется силой избыточного давления воздуха (газа), закачанного в ГПС 6.
Секции опоры 1 могут быть выполнены из труб 3 одинаковых (фигЛ) или разных (фиг. 2) поперечных сечений. При этом рациональное значение давления воздуха (газа), закачанного в полости 6 конкретных секций, определяется выражением (1). Для нагнетания воздуха (газа) в полость 6 и последующего контроля за величиной давления в верхней или нижней заглушках 4 и 5 каждой секции может быть смонтировано ниппельное устройство известных конструкций (на фиг. не показано).
Работа МБО иллюстрируется примером определения МДВ по условиям прочности без применения и с применением предложенной технологии. Расчеты показывают, что в традиционных МБО 1,2 при F  ЗМН на одну опору в трехопорном МБО из труб диаметром 0,325/0,305м, сг 500Мпа и при высоте волны 3м, значение МДВ составляет 34м, в то время, как при реализации предложенного МБО в тех же условиях это значение увеличивается до 79м, т.е. более, чем в 2 раза.
Таким образом, за счет адекватного уравнивания сил сжатия и растяжения во всех секциях опор МБО повышается его устойчивость, увеличивается значение МДВ при снижении диаметров труб.
Предложенный МБО более экономично, чем 1, при этом повышается надежность МБО при упрощении его конструкции.
)
источники по УРОВНЮ ТЕХНИКИ
1.Воздвиженсий Б.И., Конычев М.И., Борисович В.Т. Морское бурение геологоразведочных скважин. - М.: ВИНИТИ. (Итоги науки и техники. «Техника геологоразведочных работ), 1969г,, стр. 85 (прототип: стр.38, рис. 30).
2.Бессвайная установка платформы на морское дно. М.:ВНИИОЭНТ (ЭЙ «Бурение), 1974, №4, с. 12 - 14 (аналог).
3.Современное состояние и перспективного развития технических средств для освоения минеральных ресурсов океана. - Л.: Судостроение, 1972.-стр. 162 (аналог: стр.34, рис. 266).