Агрегат для проходки скважин в донных отложениях

 

Изобретение может быть использовано для бурения осадочных пород на шельфе. Задача: упрощение конструкции устройства и защита приустьевого участка скважины от разрушения. Сущность: агрегат для проходки скважин в донных отложениях, включающий гидромониторный бур, гибкий бронированный рукав, насосное оборудование, тяговую лебедку, отличается тем, что он снабжен якорем-кондуктором, выполненным в виде конической втулки, при этом верхняя часть центрального канала втулки выполнена диаметром, меньшим, чем нижняя, через канал свободно пропущен гибкий бронированный рукав с прочностью на разрыв, обеспечивающей возможность выполнения спускоподъемных операций с агрегатом, при этом гидромониторный бур и гибкий бронированный рукав гидравлически связаны друг с другом через переходник, диаметр которого меньше диаметра нижней части центрального канала втулки, но больше верхнего. Кроме того, по периметру большого основания якоря-кондуктора установлена реборда, предпочтительно треугольного сечения, при этом корпус якоря-кондуктора снабжен кольцевой полостью с обратным клапаном. Кроме того, поверхность верхней торцевой части центрального канала выполнена сферической с радиусом кривизны не менее радиуса кривизны гибкого бронированного рукава, изогнутого под собственным весом, эта поверхность выполнена шероховатой, с ориентировкой борозд по периметру поверхности якоря-кондуктора. Насосное оборудование и тяговая лебедка для сматывания-наматывания гибкого бронированного рукава расположены на базовом судне. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к горному делу и геологии и может быть эффективно использовано для проходки скважин многоцелевого назначения под акваториями водоемов и Мирового океана.

Известен агрегат для проходки скважин в донных отложениях, включающий исполнительный орган для отбора проб, систему подачи рабочего агента, насосное оборудование и систему подвески исполнительного органа (см. А.С. СССР 920438, Е 02 В 1/04, 1982).

Недостатками агрегата являются сложность конструктивного исполнения и ненадежность работы исполнительного органа вследствие недоступности оператора к подвесным элементам.

Известен также агрегат для проходки скважин в донных отложениях, включающий связанные гидравлически друг с другом бур и гибкий бронированный рукав, расположенные на базовом судне насосное оборудование и тяговую лебедку для сматывания - наматывания гибкого бронированного рукава, через центральный канал которого свободно пропущен гибкий бронированный рукав с возможностью перемещения бура в сторонудонных отложений (см. А.С. 1620578, Е 21 В 7/12, 1991).

Недостатками этого решения являются конструктивная сложность и опасность "отрывания" установки от обуриваемого массива и разрушение устьевой части скважины при маневрировании базового судна из-за необходимости компенсирования сноса судна из-за действия течений и т.п. факторов (и тем самым возможна безвозвратная потеря пробуренного участка скважины), возможность опрокидывания установки при дрейфе судна.

В основу изобретения положена задача по упрощению конструкции устройства и защите приустьевого участка скважины от разрушения.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении надежности установки вследствие обеспечения доступности подвижных элементов, гидравлического и электрического оборудования для обслуживающего персонала при работе установки на дне, в обеспечении возможности "работы" гибкого бронированного рукава в качестве грузонесущего, тягового элемента.

Поставленная задача решается тем, что агрегат для проходки скважин в донных отложениях, включающий связанные гидравлически друг с другом бур и гибкий бронированный рукав, расположенные на базовом судне насосное оборудование и тяговую лебедку для сматывания - наматывания гибкого бронированного рукава, кондуктор, через центральный канал которого свободно пропущен гибкий бронированный рукав с возможностью перемещения бура в сторону донных отражений, отличается тем, что бур выполнен гидромониторным, а кондуктор - в виде якоря, корпус которого имеет форму конической втулки, большее основание которой обращено к поверхности донных отложений, при этом верхняя часть центрального канала конической втулки выполнена в виде конусного гнезда, диаметр которого меньше диаметра переходника, связывающего гидромониторный бур с бронированным рукавом, имеющим прочность на разрыв, обеспечивающую возможность выполнения спуско-подъемных операций с агрегатом путем посадки переходника в конусное гнездо. Кроме того, по периметру большего основания якоря-кондуктора установлена реборда предпочтительно треугольного сечения, при этом корпус якоря-кондуктора снабжен кольцевой полостью с обратным клапаном. Кроме того, поверхность верхней торцевой части центрального канала выполнена сферической с радиусом кривизны не менее радиуса кривизны гибкого бронированного рукава, изогнутого под собственным весом, кроме того, эта поверхность выполнена шероховатой, с ориентировкой борозд по периметру поверхности якоря-кондуктора. Кроме того, насосное оборудование и тяговая лебедка для сматывания-наматывания гибкого бронированного рукава расположены на базовом судне.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Отличительные от прототипа существенные признаки первого пункта формулы изобретения удовлетворяют требованиям изобретательного уровня, а их совокупность указывает на причинно-следственную связь с достижением технического результата.

Признаки второго пункта формулы повышают качество сцепления якоря-кондуктора с донными отложениями. Кроме того, снабжение гибкого бронированного рукава якорем-кондуктором с возможностью изменения его массы за счет заполнения внутренней полости водой значительно расширяет область использования агрегата как по глубине акватории, так и по базовым судам с различным водоизмещением. Кроме того, снабжение якоря-кондуктора центральным каналом с возможностью свободного прохода по нему гибкого бронированного рукава в совокупности с массой ЯК предотвращает обрушение стенки скважины, тем самым дает возможность увеличить ее длину.

Признаки третьего пункта формулы изобретения позволяют гибкому бронированному рукаву оставаться неподвижным на указанных поверхностях при возвращении базового судна к месту расположения скважины без изъятия гидромониторного бура из скважины, что весьма важно, так как повторное опускание бурового инструмента в скважину на акваториях невозможно из-за отсутствия средств дистанционного контроля.

Признаки четвертого пункта формулы изобретения дают возможность обслуживания узлов агрегата персоналом во время работы, обеспечивая тем самым безотказность.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 и 2 показан разрез якоря-кондуктора и его положение в плане соответственно; фиг.3 иллюстрирует процесс проходки скважины при сматывании гибкого бронированного рукава с тяговой лебедки; на фиг.4 показан процесс возвращения базового судна к месту заложения скважины.

Изобретение рассматривается на примере проходки скважин многоцелевого назначения в рыхлых донных отложениях без отбора керна с использованием высоконапорных струй.

Агрегат для проходки скважин в донных отложениях включает гидромониторный бур, состоящий из утяжеленной бурильной трубы 1, гидромониторной насадки 2, переходника 3, гибкий бронированный рукав 4, соединенный одним концом с переходником 3, а другим - с насосом 5, установленным на базовом судне 6. Гибкий бронированный рукав 4 намотан на барабан тяговой лебедки 7 и пропущен через отклоняющий ролик 8. Агрегат включает также якорь-кондуктор 9, состоящий из центрального канала 10, реборды 11, установленной по периметру большого основания якоря-кондуктора, и кольцевой полости 12 с обратным клапаном 13. Якорь-кодуктор 9 выполнен в форме конической втулки (усеченного конуса с центрально расположенной полостью - каналом), большое основание которой в рабочем и транспортном положениях обращено к поверхности донных отложений 14. Якорь-кондуктор используют для многоцелевого назначения, во-первых, как кондуктор при бурении скважины 15, во-вторых, как якорь базового судна 6. В зависимости от глубины акватории 16 и водоизмещения базового судна 6 масса его может быть различной и изменяться в широком диапазоне. Для расширения области промышленного использования якоря-кондуктора он снабжен кольцевой полостью 12, которую через обратный клапан 13 заполняют определенным количеством воды, увеличивая тем самым его массу. Следовательно, при отсутствии воды в полости 12 якорь-кондуктор может быть использован при проходке скважин в акватории с минимальной глубиной, а при заполнении полости водой глубина акватории увеличивается на требуемый дискретный интервал.

В транспортном положении якоря-кондуктора во внутренней полости центрального канала 10 помещен гидромониторный бур, гидравлически связанный с гибким бронированным рукавом, являющимся элементом несущей системы, включающей собственно гибкий бронированный рукав, тяговую лебедку 7 и отклоняющий ролик 8. Площадь поперечного сечения центрального канала принята из условия свободного перемещения вдоль канала гибкого бронированного рукава и гидромониторного бура в сторону донных отложений 14. Длина канала 10 по меньшей мере равна или превышает длину гидромониторного бура от торцевого среза насадки 2 до верхнего торца переходника 3. В транспортном положении якорь-кондуктор удерживается за счет посадки переходника 3 в конусное гнездо 17 канала 10.

Наружная поверхность верхней торцевой части центрального канала 10 выполнена в виде сферы 18, радиус кривизны которой соответствует радиусу кривизны изгиба гибкого бронированного рукава без приложения к нему внешней нагрузки.

Поверхность сферы 18 и боковая поверхность 19 якоря-кондуктора выполнена с определенной шероховатостью, причем высота выступов шероховатости установлена из условия неподвижности гибкого бронированного рукава на указанных поверхностях 18 и 19 при возвращении базового судна 6 к месту заложения скважины 15 за счет наматывания гибкого бронированного рукава через отклоняющий ролик 8 на барабан тяговой лебедки 7.

Заявленное устройство работает следующим образом.

В зависимости от глубины акватории 16 и водоизмещения базового судна 6 устанавливают требуемую массу якоря-кондуктора и при необходимости кольцевую полость 12 через обратный клапан 13 заполняют определенным объемом воды. Базовое судно 6 располагают над местом заложения устья скважины 15. Затем в акваторию опускают на гибкий бронированный рукав якорь-кондуктор, при этом гидромониторный бур находится во внутренней полости центрального канала 10 с посадкой переходника 3 в конусном гнезде 17. Под действием веса якоря-кондуктора кольцевая реборда 11 углубляется в донные отложения 14, фиксируя тем самым положение якоря-кондуктора как кондуктора и как якоря. При включенном насосе 5 по гибкому бронированному рукаву подают воду под высоким давлением, которая насадкой 2 формируется в струю 20. Высокоскоростная струя 20, оказывая динамическое воздействие на донные отложения 14, разрушает их и в виде пульпы по принципу прямой промывки выносит ее компоненты через канал 10 в акваторию 16. Во избежание растекания твердых взвешенных частиц пульпы по акватории якорь-кондуктор снабжают известными защитными устройствами. Так как якорь-кондуктор оказывает определенное давление на донные отложения, последние вокруг устья скважины 15 уплотняются, способствуя тем самым устойчивости ее стенок. При бурении скважины происходит дрейф базового судна, например, по направлению 21. Во избежание отрыва якоря-кондуктора от донных отложений 14 и как следствие прекращения бурения скважины 15 гибкий бронированный рукав сматывают с тяговой лебедки 7 с опережением линейной скорости сматывания скорости дрейфа судна. При полном сматывании гибкого бронированного рукава с тяговой лебедки 7 вращение барабана последней производят в обратную сторону. За счет неподвижного положения гибкого бронированного рукава на поверхностях 18 и 19 якоря-кондуктора, вызванного силой трения, судно 6 возвращают по направлению 22 к месту заложения скважины 15. Затем циклы по углублению скважины 15 повторяют. Во избежание разноса стенки скважины 15 на период возврата базового судна к месту заложения скважины прекращают подачу воды на гидромониторную насадку 2 путем выключения насоса 5.

Использование изобретения позволит существенно снизить требования, предъявляемые к удержанию базового судна, расширить класс судов, используемых как базовые.

Формула изобретения

1. Агрегат для проходки скважин в донных отложениях, включающий связанные гидравлически друг с другом бур и гибкий бронированный рукав, насосное оборудование и тяговую лебедку для сматывания - наматывания гибкого бронированного рукава, кондуктор, через центральный канал которого свободно пропущен гибкий бронированный рукав с возможностью перемещения бура в сторону донных отложений, отличающийся тем, что бур выполнен гидромониторным, а кондуктор - в виде якоря, корпус которого имеет форму конической втулки, большее основание которой обращено к поверхности донных отложений, при этом верхняя часть центрального канала конической втулки выполнена в виде конусного гнезда, диаметр которого меньше диаметра переходника, связывающего гидромониторный бур с бронированным рукавом, имеющим прочность на разрыв, обеспечивающую возможность выполнения спускоподъемных операций с агрегатом путем посадки переходника в конусное гнездо.

2. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что по периметру большего основания якоря-кондуктора установлена реборда, предпочтительно треугольного сечения, при этом корпус якоря-кондуктора снабжен кольцевой полостью с обратным клапаном.

3. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что поверхность верхней торцевой части центрального канала выполнена сферической с радиусом кривизны не менее радиуса кривизны гибкого бронированного рукава, изогнутого под собственным весом, кроме того, эта поверхность выполнена шероховатой, с ориентировкой выступов по периметру поверхности якоря-кондуктора.

4. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что насосное оборудование и тяговая лебедка для сматывания-наматывания гибкого бронированного рукава расположены на базовом судне.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4