Подвижная буровая установка - RU2579162C2

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится в целом к усовершенствованной мобильной буровой установке, предназначенной для эффективной работы по добыче углеводородов в арктических условиях.

В частности, данное изобретение относится к проведению буровых операций в арктических условиях путем применения простого, экономичного и технически эффективного оборудования, которое является перемещаемым и одновременно выдерживает неблагоприятные арктические условия.

Более конкретно, данное изобретение относится к мобильной буровой установке в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения и к способу ее применения в соответствии с ограничительной частью пп.11 и 12 формулы изобретения.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Известно, что в арктических условиях скопление льда экстремально в период с ноября по июнь, что приводит к широкому распространению ледяного покрова. В период с июня по август в Арктике, как известно, имеются ледяные поля. В настоящее время является установленным фактом, что на территориях в граничных областях Арктического Океана имеются существенные запасы углеводородов, таких как нефть и природный газ, часто под относительно мелкой водой.

Разведка нефти и природного газа и выполнение бурения в арктических водах вызывали существенные проблемы в прошлом, главным образом, вследствие того, что обычные платформы/оборудование/установки для прибрежного бурения и добычи не приспособлены выдерживать значительный дрейф, вызванный ледяным покровом и ледяными полями. Нагрузка, действующая на такие структуры вследствие дрейфа льда, подвергает их катастрофическому риску поперечного перемещения из их положения во время бурения. Поэтому такие структуры спроектированы с обеспечением их действия в качестве очень жестких и тяжелых структур, таких как, например, искусственные острова, для осуществления бурения и добычи углеводородов в арктических условиях. Однако данные структуры должны быть закреплены тяжелыми анкерными устройствами на морском дне для обеспечения сопротивления поперечному дрейфу льда и не могут быть перемещены в другие места. Таким образом, данные структуры превращаются в промышленное оборудование, которое предусматривает выполнение весьма дорогостоящих модификаций в удаленных местах с жесткими условиями.

Недостатки, описанные в предыдущем абзаце, обусловили потребность в подвижных буровых устройствах для выполнения буровых операций в арктических условиях. Конечно, известные подвижные буровые суда не могут использоваться из-за их неспособности выдерживать воздействие сильного поперечного дрейфа льда. Это вызвало активное проектирование подвижных структур, таких как структуры гравитационного типа, для выполнения буровых работ и работ по добыче ископаемых в арктических водах круглый год, для добычи углеводородов.

В международном патентном документе №84/02151 предпринята попытка описать одну такую структуру гравитационного типа, как указано в предыдущем абзаце, специально предназначенную для арктических условий. Однако такая структура, содержащая модульные балластные блоки, имеет сложную и громоздкую конструкцию. Кроме того, она требует селективной сборки для обеспечения соответствия конкретным условиям и местам расположения.

В международном патентном документе №02/092425 описана подвижная структура гравитационного типа, характеризуемая сопряжением охватываемого и охватывающего соединительных элементов, однако помимо того, что такая структура является громоздкой, она не приспособлена к противостоянию существенному поперечному дрейфу под действием льда в арктических условиях.

В международном патентном документе №2006/086240 описана установка для стабилизации прибрежной структуры гравитационного типа, которая является подвижной, но в ней требуется наличие различных подструктур, прикрепленных к морскому дну, для эффективного функционирования указанной структуры гравитационного типа. Помимо этого, данная структура не может сопротивляться сильному дрейфу льда. Кроме того, верхняя сторона структуры не может перемещаться без помощи судов с мощными кранами.

В международном патентном документе №2007/126477 описана мобильная круглогодичная арктическая буровая установка, содержащая стойки, выдвигаемые через корпус для ее опускания и подъема, так что буровая установка может быть опущена на морское дно, а также поднята из воды по окончании бурения и впоследствии перемещена на другое место. Однако при этом имеется недостаток, заключающийся в том, что вся буровая установка или ее существенная часть должна быть перемещена на новую площадку с оставлением по меньшей мере одного фундаментного блока для защиты устья скважины. Таким образом, перемещение такой структуры целиком затруднено, занимает много времени и требует существенных расходов. Кроме того, операция, обычно требующая принудительного внедрения в морское дно по меньшей мере одного блока основания, является сложной, и, помимо этого, работа установки сильно зависит от конструкции поднимаемых стоек, а ее конструкция является сложной и дорогостоящей.

В патенте США №4126011 описана платформа с плавучим верхним элементом, которая выполнена с возможностью прикрепления к структуре гравитационного типа, имеющей выступ в виде башни, проходящий над поверхностью воды. Верхний элемент содержит поднимаемые стойки, которые могут быть прикреплены к указанной башне.

Недостаток этой установки заключается в том, что поднимаемые стойки постоянно находятся в соединении. Это означает, что стойки подвержены влиянию льда. Указанные стойки не смогут сопротивляться значительным усилиям, действующим со стороны льда, и платформа скоро оказывается подвергнута опасности.

Так называемые мобильные буровые установки, упомянутые в предыдущих абзацах, перемещаются с трудом и, за одним, возможно, двумя исключениями, требуют помощи судов с мощными кранами. Они все имеют те или иные проблемы с точки зрения возможности их использования при буровых работах в арктических водах для добычи углеводородов.

Соответственно, существует необходимость в мобильной буровой установке для арктических условий, которая имеет простую конструкцию, является экономичной, технически эффективной для противостояния сильному поперечному дрейфу льда с обеспечением, таким образом, возможности круглогодичного бурения в арктических водах, и может быть легко перемещена из одного места в другое без помощи других судов, таких как суда с мощными кранами. Также существует необходимость в обеспечении защиты для скважинного оборудования, расположенного над морским дном, от плавучих льдов.

Данное изобретение удовлетворяет вышеуказанную назревшую потребность и другие соответствующие потребности.

ЦЕЛИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Главная цель данного изобретения заключается в создании мобильной буровой установки для арктических условий, которая имеет простую конструкцию, является экономичной и технически эффективной для противостояния сильному поперечному дрейфу льда.

Другая цель данного изобретения заключается в создании мобильной буровой установки для арктических условий, которая способна выполнять буровые работы в арктических условиях круглый год.

Еще одна цель данного изобретения заключается в создании мобильной буровой установки для арктических условий, которая не требует перемещения всего бурильного блока или его существенной части на новую буровую площадку после завершения бурения.

Еще одна цель данного изобретения заключается в создании мобильной буровой установки для арктических условий, которая выполнена с возможностью переустановки ее верхнего блока на другую буровую площадку для соединения с другим фундаментным блоком для выполнения буровых работ.

Еще одна цель изобретения заключается в создании мобильной буровой установки для арктических условий, содержащей нижний блок, который может быть повторно использован для производственного оборудования.

Еще одна цель изобретения заключается в создании мобильной буровой установки для арктических условий, которая в силу ее особой конфигурации подвергается минимальной нагрузке со стороны льда.

Еще одна цель изобретения заключается в создании мобильной буровой установки для арктических условий, в которой используется очень простая, установленная в устье скважины одиночная башня для добычи, которая защищает скважины от ледовых нагрузок.

Еще одна цель данного изобретения заключается в создании способа монтажа мобильной буровой установки в арктических условиях, который прост, экономичен и технически эффективен для обеспечения противостояния сильному поперечному дрейфу льда, обеспечивает возможность выполнения буровых работ в арктических условиях круглый год и не требует перемещения всего бурильного блока на новую буровую площадку после завершения бурения.

На протяжении всего описания, в том числе в формуле изобретения, выражения «верхний элемент», «корпус», «фундаментный элемент», «каркас», «башенный элемент», «поднимаемые стойки», «балластные баки», «структура гравитационного типа», «мобильная буровая установка» должны толковаться в самом широком смысле соответствующих терминов и охватывают все аналогичные объекты, обозначаемые в данной области другими терминами, как может быть понятно специалистам. Любое используемое в описание ограничение, в случае его наличия, применяется только в качестве примера для понимания данного изобретения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно первому аспекту данного изобретения предложена мобильная буровая установка, содержащая верхний элемент, на котором расположена буровая вышка.

Верхний элемент разъемно соединен с по меньшей мере одним фундаментным элементом. Согласно изобретению верхний элемент выполнен с возможностью разъемного соединения с башенным элементом, расположенным на базовом элементе указанного фундаментного элемента. Кроме того, верхний элемент выполнен с возможностью его подъема из воды и опускания в воду и индивидуальной транспортировки на различные буровые площадки для соединения с другим фундаментным элементом.

Согласно предпочтительному варианту первого аспекта данного изобретения базовый элемент фундаментного элемента имеет значительную площадь поверхности.

Предпочтительно, фундаментный элемент выполнен из бетона для прочности и имеет значительную толщину стенки для придания ему надлежащего запаса на износ под действием дрейфа льда.

Более предпочтительно, фундаментный элемент выполнен с возможностью расположения так, что часть башенного элемента расположена над уровнем льда, и с возможностью балластировки или дебалластировки.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения первого аспекта данного изобретения верхний элемент зафиксирован сверху на башенном элементе.

Более предпочтительно, верхний элемент зафиксирован на каркасе, расположенном между верхним элементом и башенным элементом, и опирается на него.

Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения первого аспекта данного изобретения верхний элемент выполнен в виде корпусного блока, а фундаментный элемент выполнен в виде структуры гравитационного типа (СГТ).

Согласно второму аспекту данного изобретения предложен способ монтажа арктической буровой установки. Изобретение согласно данному второму аспекту включает транспортировку на плаву фундаментного элемента, содержащего базовый элемент со значительной площадью поверхности, и башенного элемента, расположенного на указанном базовом элементе, к буровой площадке. После этого выполняют погружение фундаментного элемента на требуемую глубину на буровой площадке. Далее, способ включает транспортировку на плаву верхнего элемента или его перемещение вследствие собственной движущей силы к фундаментному элементу. Последующие этапы включают расположение верхнего элемента над башенным элементом и опускание верхнего элемента сверху на башенный элемент. Наконец, верхний элемент фиксируют на башенном элементе с добавлением, таким образом, дополнительного веса на указанный фундаментный элемент для обеспечения его подготовки к началу бурения и к расположению буровой вышки надлежащим образом сверху на башенном элементе.

Согласно предпочтительному варианту выполнения второго аспекта данного изобретения верхний элемент опускают на воду после завершения бурения и индивидуально транспортируют на другую буровую площадку для соединения с другим фундаментным элементом.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

После вышеописанных основных особенностей изобретения ниже приведено более подробное и не ограничивающее описание иллюстративного варианта выполнения со ссылкой на чертежи, на которых:

фиг.1 изображает вид в аксонометрии предпочтительного варианта мобильной буровой установки в соответствии с данным изобретением,

фиг.2-7 иллюстрируют различные стадии процесса монтажа и буровых операций предпочтительного варианта выполнения мобильной буровой установки в соответствии с данным изобретением, показанной на фиг.1.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже приведено описание предпочтительного варианта выполнения изобретения, который служит примером для лучшего понимания данного изобретения и не ограничивает объем изобретения.

Фиг.1 изображает вид в аксонометрии предпочтительного варианта выполнения мобильной буровой установки в соответствии с данным изобретением. Указанная установка содержит верхний элемент 1, который может быть выполнен в виде самодвижущегося корпусного блока или может быть выполнен с возможностью буксировки одним или более вспомогательными судами. Указанный элемент содержит три или более выдвигаемые стойки 5 и имеет выемку 7 в корпусе. Буровую вышку предпочтительно соответствующим образом располагают на верхнем элементе 1 во время его монтажа.

На фиг.1 также изображен фундаментный элемент 2, выполненный в виде структуры гравитационного типа. Он содержит базовый элемент 3, имеющий значительную площадь поверхности, или, другими словами, он имеет значительный диаметр для обеспечения хорошего контакта с морским дном и, таким образом, сопротивления перенесению нагрузок со стороны льда, волн или других усилий, действующих на морское дно.

Структура гравитационного типа (далее для краткости иногда называемая СГТ) также содержит одиночную башню 4, расположенную на базовом элементе 3 по существу под прямым углом к указанному элементу 3. Указанная одиночная башня выполнена в виде валообразной конструкции (далее иногда называемой валом). Вместо одиночной башни может использоваться несколько башен. В пределах каждой башни может производиться бурение одной или более скважин.

СГТ предпочтительно выполнена из бетона, который является относительно дешевым материалом, подходящим для изготовления больших и тяжелых конструкций. Башенная часть 4 СГТ выполнена с достаточно большой толщиной стенки для обеспечения достаточного запаса на износ при расположении на высотах, подвергнутых воздействию дрейфа льда. Она также содержит балластные баки (не показаны), расположенные на ее базовом элементе 3, и, таким образом, выполнена с возможностью балластировки и дебалластировки, как объяснено ниже.

Из конструкции СГТ 2, как показано на фиг.1, должно быть понятно, что она также выполнена с обеспечением придания ей очень большого момента инерции для оказания сопротивления нагрузке со стороны льда в данном местоположении. Кроме того, значительный диаметр повышает сопротивление изгибающей нагрузке для сопротивления силе льда. Большой запас на износ при прохождении через ледовый пояс также повышает пригодность СГТ для применения в условиях Арктики.

На фиг.1 также показан уровень 9 воды и морское дно 10 на буровой площадке.

Ниже приведено подробное объяснение работы буровой установки согласно данному изобретению со ссылкой на фиг.1-7, на которых те же номера позиций обозначают те же элементы, что и на фиг.1.

По меньшей мере одну СГТ 2 транспортируют к буровой площадке, предпочтительно путем заполнения балластных баков в ее базовом элементе 3 воздухом. Затем балластные баки (не показаны) заполняют водой с обеспечением их погружения ниже уровня 9 воды до требуемой глубины на дне 10 моря, так что часть 4 башенного элемента 4 остается расположенной выше ожидаемого уровня льда. Этот процесс может быть также усилен/вызван путем приложения всасывающего усилия под СГТ и/или с помощью любого другого процесса для добавления веса сверху СГТ, как должно быть понятно специалистам.

Затем верхний элемент 1 перемещают вдоль стороны СГТ 2 на буровой площадке путем транспортировки на плаву или вследствие его собственной движущей силы. Как вариант, это может быть выполнено путем перевозки на барже в соответствии с обычной технологией. Буровая вышка 6 предпочтительно уже установлена на верхнем элементе 1. Затем верхний элемент 1 располагают так, что он частично окружает башенный элемент 4 в выемке 7. Это показано на фиг.2.

Затем верхний элемент 1 поднимают наверх башенного элемента 4 путем опускания стоек 5 на верхнюю поверхность базового элемента 3 или, как вариант, на дно моря, как показано на фиг.3. Специалистам должно быть понятно, что верхний элемент 1 также может быть поднят другими средствами, например при помощи лебедок и тросов (не показаны), прикрепленных к верхней части вала 4, или при помощи реечной передачи (не показана). Возможность подъема верхнего элемента 1 над поверхностью воды 9 существенна для данного изобретения, однако способ его подъема не является существенным для данного изобретения. Данное изобретение охватывает все такие способы подъема.

На фиг.4 показано положение, в котором верхний элемент 1 поднят на соответствующую высоту над уровнем 9 воды и над верхней частью башни 4. На данном этапе к буровой площадке предпочтительно доставляют каркасный элемент 8, который устанавливают на верхнюю часть башенного элемента 4' между верхним блоком 1 и башенным элементом 4', как показано на фиг.5. Это выполняют в соответствии с обычными технологиями, например как по существу объяснено в международном патентном документе №2010/134881. После установки каркаса 8 и его прикрепления к башне 4, верхний элемент 1 опускают путем перемещения стоек 5 в направлении вверх или же, как объяснено в предыдущем абзаце, так, что он опирается сверху на каркасный элемент 8. Начало этого процесса проиллюстрировано на фиг.6.

На фиг.7 верхний элемент 1 изображен зафиксированным и закрепленным (средствами, которые не показаны) на каркасном элементе 8 с добавлением, таким образом, дополнительного веса на СГТ 2 для обеспечения ее подготовки к началу операции бурения. На данном этапе стойки 5 оказываются полностью за пределами воды 9.

Для обеспечения надлежащего расположения верхнего элемента 1 на каркасе 8 между каркасом и верхним элементом могут иметься направляющие средства (не показаны). На этом этапе, когда буровая вышка 6 расположена соответствующим образом, начинают бурение через внутреннее пространство башенного элемента 4. Для этого в башенном элементе 4 и базовой структуре 3 имеется большой внутренний канал, который проходит по всей длине от верхней части башни 4 до морского дна 10.

Присоединение верхнего элемента к башенному элементу может быть выполнено при помощи средств, отличных от каркаса 8. Например, могут иметься фиксирующие средства (не показаны), которые могут быть отогнуты в наружном направлении для непосредственной фиксации верхнего элемента 1 на башне 2.

Также возможно наличие на башне таких средств, как зубчатые рейки, которые взаимодействуют с шестернями на верхнем элементе, для поднятия верхнего элемента вдоль башни. Таким образом, можно обойтись без стоек.

После завершения бурения на конкретной площадке верхний элемент 1 опускают в воду 9 путем использования стоек 5 в обратном порядке по сравнению с вышеописанным или при помощи других средств, как описано выше, и перемещают к другой буровой площадке для соединения с другой СГТ, которая уже установлена на следующей буровой площадке.

Следует понимать, что согласно данному изобретению возможно использование нескольких структур СГТ на нескольких буровых площадках для соединения с верхними элементами 1 друг за другом с обеспечением работы вышеописанным образом.

После завершения каждой фазы бурения СГТ может служить в качестве приустьевой платформы, обеспечивающей защиту устья скважины. Затем сверху на башне 4 может быть установлено производственное оборудование. Производственное оборудование используется в течение значительно большего времени, чем буровое оборудование, и, следовательно, может быть постоянно прикреплено к башне.

Как вариант, при необходимости в зависимости от требования, балластные баки могут быть опорожнены для обеспечения плавучести СГТ. Затем указанная структура может быть перемещена на плаву к новой буровой площадке для использования. Это может быть сделано, например, если запас углеводородов на конкретной площадке признан недостаточным или если залежь истощена. Однако согласно данному изобретению это не обязательно, как должно быть понятно специалистам. Данное изобретение облегчает, в частности, удаление верхнего элемента для его соединения с другой СГТ, на другой буровой площадке. Изобретение также обеспечивает получение СГТ, выполненной с возможностью перемещения и повторного использования.

Данное изобретение также охватывает способ добычи углеводородов путем бурения скважины с использованием предложенной буровой установки.

Из вышеприведенного исчерпывающего описания, а также из формулы изобретения должно быть понятно, что мобильная буровая установка согласно данному изобретению имеет простую конструкцию, является экономичной и технически эффективной для противостояния сильному поперечному дрейфу льда в арктических условиях. Это также обусловлено тем фактом, что все уязвимые части расположены над поверхностью моря, а также выше ожидаемого уровня льда. Это также означает, что установка способна выполнять буровые работы в арктических условиях круглый год. Скважины защищены от нагрузок со стороны льда и волн внутри СГТ.

Верхний элемент предпочтительно устанавливают или перемещают в другое место во время летних и осенних месяцев, когда риск, обусловленный льдом, минимален. Бурение может выполняться впоследствии во время зимних и весенних месяцев, когда лед препятствует свободному перемещению верхнего элемента.

Кроме того, отсутствует необходимость в перемещении всего бурильного блока к новой буровой площадке после завершения бурения. А именно, необходимость перемещения СГТ на другое место, которая являлась обязательным требованием для известных технологий бурения в арктических условиях, теперь отпадает. Это достигается с помощью верхнего блока, который может перемещаться к другой буровой площадке для соединения с другой СГП для проведения буровых работ.

Предложенная мобильная буровая установка для арктических условий благодаря своей особой конструкции подвергается минимальной нагрузке со стороны льда. В ней также используется очень простая одиночная башня, установленная в устье скважины. Данная установка также может эффективно использоваться для бурения в неарктических районах.

Данное изобретение описано со ссылкой на предпочтительный вариант выполнения и чертежи только для лучшего понимания, и специалистам должно быть понятно, что данное изобретение охватывает все допустимые модификации, находящиеся в рамках объема вышеприведенного описания и прилагаемой формулы изобретения.

Реферат

Группа изобретений относится к области добычи углеводородов в арктических условиях. Мобильная буровая установка содержит верхний элемент, на котором расположена буровая вышка и который выполнен с возможностью транспортировки на плаву для перемещения к различным буровым площадкам и с возможностью разъемного соединения с башенным элементом, расположенным на базовом элементе фундаментного элемента. Указанный башенный элемент имеет часть, проходящую выше ожидаемого уровня льда, а фундаментный элемент выполнен с возможностью балластировки или дебалластировки так, что он может транспортироваться на плаву к месту монтажа. Верхний элемент содержит выдвигаемые стойки для подъема верхнего элемента из воды и его опускания в воду и выполнен с возможностью фиксирования сверху на указанном башенном элементе так, что выдвигаемые стойки могут быть подняты из воды после соединения верхнего элемента с башенным элементом. Обеспечивается повышение эффективности противостояния сильному поперечному дрейфу льда. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула