способ монтажа и стабилизации морского бурового моноопорного основания

Формула изобретения

1. Способ монтажа и стабилизации бурового моноопорного основания, включающий поочередный спуск и наращивание труб колонны основания, погружение нижней части колонны в породы морского дна на глубину, исключающую заваливание колонны, и укрепление на ее верхнем конце платформы с буровыми механизмами, причем колонну монтируют из верхней и нижней секций, а погружение колонны на необходимую глубину в породы осуществляют посредством ударов кольцевого ударника по кольцевой наковальне, отличающийся тем, что нижнюю секцию монтируют из 3-5 равноудаленных друг от друга трубчатых свай, жестко соединенных верхними концами с кольцевой наковальней и размещенных на удалении от оси колонны основания, превышающем расстояние, при котором погружаемые в дно трубчатые сваи могут нарушить физико-механические свойства грунтов, исследуемых впоследствии при бурении, при этом первую от наковальни трубу верхней секции соединяют с кольцевой наковальней нижней секции с совмещением вертикальных осей, а удары кольцевым ударником наносят через кольцевую наковальню одновременно по всем трубчатым опорам.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расстояние, при котором погружаемые в дно трубчатые сваи могут нарушить физико-механические свойства грунтов, исследуемых впоследствии при бурении, устанавливают от 1 до 3 м.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кольцевой ударник выполняют в виде кольцевого снаряда, который концентрируют над ударяемой поверхностью кольцевой наковальни, под которой размещены погружаемые трубчатые сваи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бурения скважин на морских акваториях, в частности к способам монтажа и стабилизации на дне моря бурового моноопорного основания свайного типа.

Известны способы [3] монтажа и стабилизации морского бурового моноопорного (одноколонного) основания, характеризующиеся поочередным спуском и наращиванием колонны обсадных труб, погружением в породы морского дна нижней части колонны способами, традиционно применяемыми для погружения обсадных труб в породы вибромеханизмами или ударами по ее верхнему торцу забивным снарядом.

Такие традиционные способы недостаточно эффективны вследствие потерь энергии и низкого КПД ударов. Трудоемкость и стоимость таких работ весьма высоки, надежность же работы морских оснований недостаточна.

Известен способ [2] монтажа морского бурового одноколонного основания, который включает поочередный спуск и наращивание труб колонны, погружение нижней части колонны в породы морского дна на глубину, исключающую заваливание колонны, укрепление на верхнем конце колонны платформы с буровыми механизмами. При этом колонну погружают в породу ударами по торцу придонной муфты колонны специальным забивным снарядом, скользящим по наружной поверхности колонны.

Однако известный способ [2] в ряде случаев не обеспечивает достаточной эффективности и необходимой экономичности, имеет значительные потери энергии (малый КПД ударов), что снижает скорость монтажа и стабилизации основания и надежность работы. Изготовление специального сложного забивного снаряда повышает трудоемкость и стоимость работ. Кроме того, при реализации способов [2, 3], как правило, имеют место искажения свойств грунтов, что снижает достоверность результатов инженерно-геологических изысканий в скважинах впоследствии при бурении.

Известный способ [1] монтажа и стабилизации морского бурового одноколонного основания позволяет по сравнению со способом [2] повысить эффективность погружения колонны в породу путем снижения потерь энергии (увеличение КПД ударов), повысить скорость монтажа и стабилизации основания при упрощении оборудования и принят за прототип.

Способ [1] включает поочередный спуск и наращивание труб колонны основания, погружение нижней части колонны в породы морского дна на глубину, исключающую заваливание колонны, и укрепление на ее верхнем конце платформы с буровыми механизмами, причем колонну монтируют из верхней и нижней секций, а погружение колонны на необходимую глубину в породы осуществляют посредством ударов установленного на нижнем конце верхней секции кольцевого ударника по кольцевой наковальне.

Известный способ [1], как и другие способы [2, 3], недостаточно эффективен вследствие искажения физико-механических свойств донных грунтов на интервале погружения в них нижнего конца трубчатой опоры. При инженерных изысканиях на суше свойства исследуемых грунтов признаются достоверными, если их образцы отобраны вдавливающим или вращающим способами укороченными рейсами до 0,5 м с последующим (а не с опережающим) креплением этого интервала скважины обсадными трубами. Однако бурение и отбор образцов грунта (керна) вдавливающим или вращающим способами с моноопорного основания до его стабилизации на дне моря невозможны. При стабилизации моноопорного основания известными способом [1] первоначально ударами погружают моноопору в грунт на необходимую глубину, а затем отбирают из нее керн.

Таким образом, свойства отобранного при реализации способа [1] керна могут существенно отличаться от естественных, так как нарушаются дважды: во-первых, при погружении моноопоры поступивший в нее грунт уплотнен и частично отжат в затрубное пространство из-за проявления свайного эффекта; во-вторых, при последующем отборе керна из моноопоры керноприемниками грунт дополнительно уплотняется, частично разжижается в находящейся в моноопоре воде и перемешивается со слоями нижележащих грунтов, осажаясь на забой скважины.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в создании такого способа монтажа и стабилизации трубчатого моноопорного основания свайного типа, который позволял бы стабилизировать основание на морском дне без нарушения физических характеристик грунтов до их последующего отбора из скважины или исследования непосредственно в ней.

Основной технический результат изобретения - повышение эффективности бурения скважин на море за счет повышения достоверности геологической информации, требуемой при бурении разведочных и особенно инженерно-геологических скважин, а также повышение скорости и надежности стабилизации бурового моноопорного основания на дне моря.

Технический результат достигается следующим образом.

Способ монтажа и стабилизации бурового моноопорного основания на дне моря включает поочередный спуск и наращивание труб колонны основания, погружение нижней части колонны в породы морского дна на глубину, исключающую заваливание колонны, и укрепление на ее верхнем конце платформы с буровыми механизмами, причем колонну монтируют из верхней и нижней секций, а погружение колонны на необходимую глубину в породы осуществляют посредством ударов кольцевого ударника по кольцевой наковальне.

Отличительной особенностью способа является то, что нижнюю секцию монтируют из 3-5 равноудаленных друг от друга трубчатых свай, жестко соединенных верхними концами с кольцевой наковальней и размещенных на удалении от оси колонны основания, превышающем расстояние, при котором погружаемые в дно трубчатые сваи могут нарушить физико-механические свойства грунтов, исследуемых впоследствии при бурении. При этом первую от наковальни трубу верхней секции соединяют с кольцевой наковальней нижней секции с совмещением вертикальных осей, а удары кольцевым ударником наносят через кольцевую наковальню одновременно по всем трубчатым опорам.

Отличием способа является также то, что расстояние, при котором погружаемые в дно трубчатые сваи могут нарушить физико-механические свойства грунтов, исследуемых впоследствии при бурении, устанавливают от 1 до 3 м.

Кроме того, способ отличается тем, что кольцевой ударник выполняют в виде кольцевого снаряда, который концентрируют над ударяемой поверхностью кольцевой наковальни, под которой размещены погружаемые трубчатые сваи.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена схема варианта выполнения монтировки бурового моноопорного основания в начале его стабилизации (погружения в грунт морского дна), на фиг.2 приведен вид основания по сечению А-А, на фиг.3 - вид основания по сечению Б-Б.

Морское буровое основание с устройством для его монтажа и стабилизации в грунте морского дна содержит нижнюю секцию, включающую трубчатые сваи 1 и кольцевую наковальню 2 с центральным сквозным конусообразным отверстием (жестко соединяющую верхние концы свай 1), верхнюю секцию из труб 3, соединяемых между собой и с наковальней 2 при помощи фланцев 4, кольцевой ударник 5 с жестко смонтированными на нем проушинами 6 для его соединения с тросом и узел подвески ударника 5, включающий тросовую петлю 7, пропущенную через уравновешивающую дугу 8, соединительные элементы 9 для регулировки длины тросовой петли 7, скобу вертлюжную 10 и трос 11 лебедки плавсредства (на фиг. не показано). По всей длине внешней поверхности первой от наковальни 2 трубы 3 верхней секции основания установлены ребра 12 центрации ударника 5 при его расхаживании.

Монтаж и стабилизацию моноопорного основания предложенным способом осуществляют следующим образом.

Находящуюся на палубе бурового плавсредства (на фиг. не показано) нижнюю секцию моноопорного основания, включающую жестко соединенные между собой трубчатые сваи 1 и наковальню 2, готовят к спуску на дно моря. При помощи буровой вышки и лебедки с тросом 11 плавсредства соединяют болтами с наковальней 2 первую трубу 3 с ребрами 12 центрации фланцевого соединения верхней секции. На трубу 3 одевают и сажают на наковальню 2 ударник 5, соединенный с узлом его подвески. В соответствии с глубиной моря в точке монтажа основания собирают необходимую длину ветвей тросовой петли 7 и ее соединительных элементов 9. Собранное устройство вывешивают над палубой плавсредства на тросе 11, соединенном с первой трубой верхней секции при помощи переходника под ее фланец 4, выводят за пределы плавсредства, опускают в воду, заводят первую трубу 3 верхней секции с подвешенным на ней нижней секцией и ударником 5 в П-образный проем плавсредства. Далее на тросе 11 трубы верхней секции поочередно вывешивают, наращивают и опускают до упора свай 1 в дно моря, прицепляют трос 11 к вертлюжной скобе уравновешивающей дуги 8 и погружают сваи 1 в грунт, расхаживая ударник 5 вверх и вниз и нанося им удары по наковальне 2.

После погружения свай 2 на необходимую глубину в грунт на верхний конец верхней секции моноопорного основания монтируют буровые механизмы и осуществляют бурение.

По завершении бурения скважины моноопорное основание демонтируют в следующей последовательности. При помощи лебедки и вышки плавсредства с моноопорного основания снимают буровые механизмы. Затем на тросовой петле 7 поднимают на палубу плавсредства ударник 5. Далее извлекают на палубу плавсредства верхнюю секцию основания, разбирая ее на отдельные трубы и нижнюю. При этом для ускорения монтажа моноопорного основания на следующей точке бурения в составе нижней секции оставляют трубу 3 верхней секции с ребрами 12 центрации.

Выполнение нижней секции моноопорного основания из 3-5 трубчатых свай и удаление каждой из них на расстояние от 1 до 3 м от оси будущей скважины (совмещение вертикальных осей нижней и верхней секций) повышает достоверность исследуемых характеристик грунтов, так как при таком удалении погружаемые ударами в дно сваи не нарушают физико-механические свойства грунтов, исследуемых впоследствии при бурении скважины [3]. Удаление свай от оси основания повышает его устойчивость и надежность стабилизации при погружении свай на меньшую глубину, что, в свою очередь, уменьшает затраты времени и труда на стабилизацию моноопорного основания в грунте и его демонтаж.

Нанесение ударов по всем трубчатым сваям одновременно при их погружении в грунт повышает вероятность стабилизации моноопорного основания в вертикальном положении без дополнительных затрат, технических средств и приемов. Концентрация кольцевого ударника над ударяемой поверхностью погружаемых свай повышает надежность работы нижней секции, а также повышает КПД передачи энергии удара сваям и скорость их погружения в грунт при меньшей высоте расхаживания забивного снаряда.

Таким образом, заявленный способ монтажа и стабилизации морского бурового моноопорного основания по сравнению с прототипом [2] и аналогами [2, 3] повышает эффективность бурения скважин на акваториях за счет повышения геологической информативности, надежности и скорости стабилизации основания в грунте при уменьшении затрат времени и труда на стабилизацию и демонтаж основания.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент RU 2171349, МПК Е 21 В 15/02, опубл. 27.07.2001, Бюл. №21 (прототип).

2. Заявка Англии №1397470, кл. Е 21 В 15/02, опубл. 11.06.1975 (аналог).

3. Пронкин А.П., Хворостовский С.С. Прогнозирование направлений развития разведочного бурения на шельфе. - М.: OOO “Недра-Бизнесцентр”, 1999. - 300 с.(аналоги: с.180-181, 255-257).