RUS | UKR | ENG || ДонНТУ Портал магистров ДонНТУ
Магистр ДонНТУ Сокол Ирина Анатольевна

Сокол Ирина Анатольевна

Факультет горно-геологический

Специальность «Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых»

Обоснование параметров и разработка комплекса технологического и вспомогательного оборудования для многорейсового бурения скважин с бурового судна «Диорит»

Научный руководитель: д. т. н., профессор Калиниченко Олег Иванович

Резюме | Биография | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | | Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы


Введение


      Принятая в 1996 году в Украине программа освоения морских углеводородных ресурсов, явилась толчком для активизации темпов и увеличения объемов инженерно-геологических изысканий на трассах трубопроводов и площадках постановки морских буровых платформ в украинском секторе шельфа Черного и акватории Азовского морей.
      Значительную долю этих изысканий составляют мелкие скважины. Глубина таких скважин, определяется целевой направленностью работ, колеблется от 6 - 20 м при проектировании трас трубопроводов, до 50 -150 м в местах постановки платформ [2].
      В пределах одной осваиваемой площади, особенно на стадии инженерно-геологической съемки скважины глубиной до 6 м составляют около 50% в общей структуре объемов буровых работ и достигают 500-1000 м на 1 кв. км акватории. Остальная часть примерно в равной пропорции приходится на скважины глубиной 20-50 м и 50-150 м.
      ГАО «Черноморнефтегаз», организация, которой поручено выполнение задач «Программы…», уже на стадии проектирования работ столкнулась с рядом технических и экономических проблем, возникших вследствие полного отсутствия в арсенале отечественного морского бурового производства необходимых технологических схем и технической базы для эффективной и рентабельной проходки мелких (от 6 м до 20-25 м) и средней глубины (25-50 м) инженерно-геологических скважин в условиях ярко выраженной геологической специфики осадочных накоплений акваторий Черного и Азовского морей. Эта специфика обусловлена высокой вероятностью чередования по вертикальному разрезу скважины илов, песков различной плотности, консистенции и гранулометрического состава, большого спектра пород глинистого комплекса. Причем мощность выделенных слоев донных осадков в зависимости от района работ даже при незначительном удалении точек опробования колеблется от 0 до 20 м и более.
      Для бурения более глубоких скважин необходимы специализированные буровые суда. В отечественном морском буровом производстве избирательность такого вида плавсредств весьма ограничена. Сегодня Украина располагает единственным специализированным судном НИС «Диорит», которое укомплектовано серийным буровым агрегатом ЗИФ-1200 МР. Эксплуатационно-технические возможности судна обеспечивают вращательное бурение скважин глубиной до 150 м.
В определенных горно-геологических условиях некоторые скважины, глубина которых может быть значительно меньше потенциала НИС «Диорит», могут проходиться с бурового судна по традиционной технологии вращательного бурения с использованием обсадных (водоотделяющих) колон. Однако, для отмеченной выше геологической специфики осадочных накоплений, задача получения нормативной геологической информации за счет применения вращательного способа проходки скважин, существенно ограничивается или становится невозможной [4,5].
      Дополнительным сдерживающим мотивом использования судов такого класса является их низкая рентабельность при выполнении больших объемов бурения скважин глубиной 20-50 м. Применение традиционной технологической схемы проходки скважин до отмеченных глубин предусматривает использование обсадных колонн. Это предполагает весьма жесткие требования к раскладке якорей, особенно при течениях свыше 1 м/с. Для обеспечения надежной стабилизации судна над устьем скважины количество якорей должно быть не менее 4-х. Как следствие, существенно увеличивается трудоемкость и период подготовительно-заключительных и вспомогательных операции. В этой ситуации коэффициент полезного использования бурового судна во времени, как правило, не превышает 20%, а затраты времени на перебазирование судна на новую точку в 8-10 раз превышают продолжительность чистого бурения скважины. Кроме того, традиционная технологическая схема бурения практически не допускает смещение судна относительно оси скважины и ограничивается 1,5…2-х бальным волнением моря [1, 4].
      Учитывая приведенное, а также высокую арендную стоимость специализированных плавсредств (10000 $ в сутки и более), которая в десятки раз превышает затраты на непосредственно процесс бурения скважин глубиной 20-50 м, применение судов класса «Диорит» для отмеченной области морского бурового производства становится экономически невыгодным.
      Обширные исследования и опыт буровых работ на морских акваториях, накопленный специалистами и учеными Донецкого национального технического университета (ДонНТУ), показали, что реальным направлением повышения производительности и рентабельности бурения инженерно-геологических скважин средней глубины является использование для этих целей легких технических средств (ЛТС). Такие, средства, как правило, эксплуатируются с борта неспециализированных судов, в том числе малого и среднего водоизмещения

Актуальность темы


      В технической системе морского бурового производства (МБП) по удельному весу, значимости и технологической специфике особое место занимает многорейсовая проходка скважин [7]. Отмеченная область МБП является важным источником получения геологической и инженерно-геологической информации в прибрежных зонах морских акваторий. К настоящему времени значительная доля скважин глубиной 30-40 м проходятся установками УМБ-130 и УМБ-130м, эксплуатирующихся с борта неспециализированных и буровых судов. Несмотря на достаточно высокую результативность этих установок, при выполнении основных операций – непосредственно бурение с отбором керна – уровень выполнения вспомогательных операций, прежде всего размещения погружного бурового снаряда (ПБС) на палубе судна остается весьма трудоемким процессом.
      Практически все операции, связанные с размещением ПБС на палубе для извлечения керна, разборки и сборки элементов ПБС не отвечают требованиям безопасного ведения работ.
 Технологическая схема бурения предусматривает необходимость многократного изменения режима работы ПБС путем увеличения или снижения подачи жидкости в гидроударный буровой снаряд. К настоящему времени такая операция обеспечивается стандартным регулировочным вентилем, использование которого не дает четкой фиксации в гидросистеме как номинального расхода жидкости для включения в работу гидроударного механизма на фазе отбора керна, так и оперативного увеличения расхода до заданного значения для перевода гидроударника в сблокированное состояние с обеспечением режима гидромоторного размыва осадков за забое скважины.
      Учитывая, что буровые суда типа «Диорит» имеют ограниченные размеры рабочих площадок, задача разработки и компактного размещения технологического оборудования с обеспечением уровня безопастности и снижения трудоемкости палубных подготовительно-заключительных операций при работе с установкой УМБ-130м является актуальной.

Цель и задачи разработки исследования:

Цель работы – выбор параметров, разработка конструкций и схемы компактного размещения вспомогательного и регулирующего оборудования на буровом судне «Диорит» для снижения трудоемкости, повышения уровня безопасности и технологичности ведения работ при бурении скважин установкой УМБ-130м.
Задачи исследования:
         1. Выполнить анализ рабочих операций в цикле сооружения скважины установкой УМБ-130м и обосновать необходимый перечень технологического и вспомогательного оборудования для выполнения условий безопасности, снижения трудоемкости и повышения эксплуатационных показателей бурения скважин с бурового судна «Диорит».
         2. Обосновать параметры и разработать конструкцию универсального регулировочного вентиля, оперативно обеспечивающим фиксированные заданные подачи жидкости в нагнетательную линию привода ПБС.
         3. Разработать вспомогательное оборудование, схему его компактного размещения на ограниченных палубных площадках БС «Диорит» и технологию применения технических разработок при обработке ПБС на палубе судна в процессе спуско-подъемных операций.

Обоснование выбранных направлений работ


Общая схема установки и технологические операции при бурении скважины
      Установка УМБ – 130М предназначена для бурения подводных скважин глубиной до 50 м с борта неспециализированных судов [3].
      Основными элементами установки являются гидроударный буровой снаряд (типовой для УМБ-130), придонное основание (опора) для стабилизации бурового снаряда, система канатов, связывающих плавсредство и опору (рис. 1).
      В разработанной комплектации УМБ-130М стабилизирующая опора предназначена не только для удержания гидроударного бурового снаряда в вертикальном положении на морском дне, но и одновременно она является направлением при спуске гидроударного снаряда при последующем рейсе, обеспечивая одноствольную многорейсовую проходку скважины. Все операции по спуску и подъему опоры производятся грузовой лебедкой при помощи талевой системы, состоящей из кронблока, роль которого выполняют Г-образные стойки 3, 6, 7 со шкивами 4 и талевого блока в виде системы шкивов закрепленных на основании опоры (рис. 2 и 3).
      Все операции, связанные с размещением ПБС на палубе (рис. 3) для извлечения керна, разборки и сборки элементов ПБС не отвечают требованиям безопасного ведения работ. Кроме того, не технологическим является процесс управления буровым снарядом после его спуска в скважину. Поэтому был разработан новый комплекс расположения технологического и вспомогательного оборудования на судне «Диорит», который обеспечивал технико-экономический уровень безопасности и снижение трудоемкости палубных подготовительно – заключительных операций при работе с установкой УМБ - 130М.
Для этого на судне «Диорит» было предусмотрено новое размещение вспомогательного и технологического оборудования. Основными элементами являются:
         1). Кантователь – обеспечивает безопасные манипуляции с буровым снарядом. Имеет возможность горизонтально размещать буровой снаряд вдоль борта на палубе, перемещать снаряд с горизонтального положения в вертикальное с последующем выносом снаряда за борт.
         2). Подставки – служат для надежного расположения и фиксации погружного бурового снаряда (ПБС) в горизонтальном положении вдоль борта над палубой.
         3). Регулировочный вентиль 4 (рис. 9) предназначен для оперативного изменения расхода жидкости в нагнетательной линии обвязки насоса.
Вентиль размещается в рабочей зоне бурового мастера на жестком участке нагнетательной линии обвязки насоса и соединяется с ней подводящим патрубком с помощью гайки шлангового соединения.

Конструктивные особенности разработанного оборудования:


      Кантователь – состоит из: полустворки левой 1 и полустворки правой 2 (хомута), гайки опорной 3, основания 4, которое крепится к фальшборту болтами 9 в зоне действия грузовой стрелы, а также крышки 5 и корпуса 6 (рис. 4).
      Хомут кантователя установлен с возможным вращением вала в вертикальной плоскости, обеспечивая манипуляции с длинным снарядом в ограниченном пространстве. Располагает ПБС горизонтально на подставках (рис.5) и обеспечивает поворот снаряда в вертикальное положение для выноса за борт судна.
      Кантователь может регулироваться по длине при помощи выкручиваемого болта 7 за счет выполненных отверстий по длине корпуса. При необходимости кантователь может сниматься с борта судна.       Подставка (рис. 6) – состоит из: упора 1, планки опорной 2 , опорного патрубока 3, опоры 5 с пятой 6 которые, крепятся болтом 6 вдоль борта над палубой. Опорная подставка представляет собой меняющую положение балку, в зависимости от выполняемых работ. При горизонтальном расположении снаряда подставки занимают рабочее положение. В процессе бурения использование подставок не целесообразно, поэтому они опускаются за счет поворота болта 6 и занимают крайне нижнее положение (рис. 7). Это способствует увеличение прохода рабочим по палубе.


      Опорные подставки располагаются вдоль борта над палубой. В комплект входит две подставки. На опорных подставках располагается ПБС, к которому присоединяется колонковый снаряд. К переходнику погружного бурового снаряда присоединяется грузовой переходник. Собранный буровой снаряд закрепляется в хомуте кантователя.
      В дальнейшем буровой снаряд ПБС при помощи буровой лебедки и штатной грузовой стрелы становится вертикально и выносится за борт судна и фиксируется в хомуте. При перемещении выдвижных рычагов (втягивании в сторону палубы) происходит освобождение хомута, который, перемещаясь по корпусу ПБС, опускается до упора в кольцо 12, приваренное на наружной трубе колонкового набора 11 (см. рис. 1, а).
С помощью буровой лебедки снаряд ПБС вместе с хомутом свободно опускается по натянутым ветвям направляющего каната с центрацией относительно оси патрубка опоры. При смещениях судна и допускаемых отклонениях ветвей каната от вертикали (до 5-6), дополнительное направление буровому снаряду для попадания в ствол скважины обеспечивает входная воронка опоры.
      При контакте с воронкой хомут останавливается, а снаряд продолжает перемещение вниз до встречи с дном. Включается буровой насос, и в зависимости от выбранного способа бурения, регулировочным вентилем устанавливается необходимая подача жидкости в нагнетательный трубопровод. Далее производится бурение как показано на рис. 1 (по фазно).
Схема предусматривает использование в течение рейса двух способов разрушения пород на забое: с отбором керна за счет частотно-ударного погружения бурового снаряда в осадки, а также без отбора керна за счет размыва пород на заданном или пройденном без крепления интервале.
На первом интервале (фаза 1) (рис. 1) производится пробоотбор на установленную глубину в режиме эффективной работы гидроударника.
      После углубки на длину рейса буровой насос отключается, и снаряд вместе с хомутом поднимается вверх. Хомут фиксируется на выдвижных рычагах. Открытием полустворки хомута буровой снаряд освобождается, и с помощью грузовой стрелы и буровой лебедки перемещается на рабочую палубу для извлечения керна.
      Для отбора керна на следующем интервале скважины, ранее пробуренный участок проходится в режиме размыва или очистки ствола скважины от обрушенной породы (фаза 2). При входе бурового снаряда в скважину включается буровой насос. Регулировочным вентилем обеспечивается повышенный расход жидкости через буровой снаряд. Срабатывает нижний пусковой узел, который направляет жидкость внутрь керноприемной трубы, обеспечивая гидроразмыв породы до заданной глубины пробоотбора.
      Для отбора керна снижается подача насоса до уровня запуска гидроударника и, изменяя расход жидкости с помощью регулировочного вентиля, устанавливаются частотно-энергетические характеристики механизма, необходимые для эффективного погружения погружного бурового снаряда (ПБС) в грунт (фаза 3).


Рис. 8 Анимация: ( объём – 104 кб, размер – 940 x 330, состоит из 8 кадров, количество циклов повторения – 5)


Условия оперативного изменения способа разрушения пород на интервале скважины


      Технологическая схема бурения предусматривает необходимость многократного изменения режима работы ПБС путем увеличения или снижения подачи жидкости в гидроударном буровом механизме. Для обеспечения изменения режима разрушения пород на забое предложен регулировочный вентиль (рис.9), позволяющий оперативно и многократно изменять подачу жидкости в ПБС на проходимом интервале скважины.
Вентиль состоит из: падающего корпуса 1, который имеет метрическую резьбу и соединен со штоком 2. Падающий корпус 1 с распределительным корпусом 13 соединяется между собой трапецеидальной резьбой и болтом 3.
      Сливной патрубок 10 также имеет метрическую резьбу и соединяется со штуцер – седлом и дополнительно крепится при помощи болта 4. В сливном патрубке находится поршень 6 с манжетами 5, который перемещается за счет вала 11 и фиксируется на заданном расстоянии упорами 7 и опорными шайбами 8. Шайбы 8 закрепляются с помощью гаек 9. На валу 11 накручиваются гайки 12. Поршень - пробка 16 состоит из манжет 14 и 15. При помощи рукоятки 17 поршень - пробка передвигается в крайне закрытое или открытое положение. На рукоятку 17 накручиваются гайки 18 и вставляются шплинты 19.
Вентиль обеспечивает номинальный расход жидкости для включения в работу гидроударного механизма на фазе отбора керна, и оперативного включения расхода жидкости до заданного значения для перевода гидроударника в сблокированное состояние с обеспечением режима гидромониторного размыва осадков за забой скважины.
      Регулирование подачи в ПБС обеспечивается изменением положения поршня 1 с помощью винта 2, имеющего шаг резьбы 8 мм. При этом поршень 3 с помощью винта 4 заранее фиксируется в определенном положении, при котором на слив уходит часть количества жидкости , превышающее общий расход на величину номинальной подачи воды для работы гидроударника (рис.10,а). Для работы в режиме гидроразмыва производится поворот (1,5-2 оборота) винта 2. При этом поршень 1 перекрывает доступ жидкости в канал слива и вся жидкость направляется в ПБС, обеспечивая срабатывание ВПУ и НПУ. В таком положении поршня 1, весь поток устремляется в полость внутренней колонковой трубы и далее на забой скважины, производя интенсивное гидромониторное разрушение пород на забое, или обеспечивая вымывание сформированного в колонковой трубе столбика керна.

Заключение:


      Новое размещение вспомогательного оборудования на судне «Диорит» позволяет увеличить эргономические показатели установки УМБ-130м за счет технических разработок, направленных на снижение трудоемкости и повышение уровня безопасности и технологичности выполнения операций на палубе.

Литература

  1. Калиниченко О.И., Каракозов А.А., Зыбинский П.В. Новые технические средства и технология поинтервального бурения инженерно-геологических скважин на шельфе.//Труды ДонГТУ. Серия Горно-геологическая. – Донецк. – 2001. – Вып. 36. – С. 144 – 148.

  2. Калиниченко О.И, Хохуля А.В Основные проблемы и пути совершенствования техники и технологи многорейсового бурения скважин на морских акваториях Науковий вісник. №7, Національного гірничого університету. Науково технічний журнал Дніпропетровськ, 2009. С. 45 – 50

  3. Калиниченко О.И., Зыбинский П.В., Каракозов А.А. Гидроударные буровые снаряды и установки для бурения скважин на шельфе.- Донецк: «Вебер» (Донецкое отделение), 2007. – 276 с. http://apcp.apmath.spbu.ru/ru/staff/tuzov/onapr.html - 10.12.2004 г.

  4. Лукошков А.В. Техника исследования морского дна. - Л.: Судостроение, 1984. - 264с.

  5. Милн П. Подводные инженерные изыскания [Текст]: Пер. с анг. - Л.: Судостроение, 1984. - 344 с.

  6. Применение погружных автономных установок для однорейсового бурения подводных скважин /Калиниченко О.И., Коломоец А.В., Квашин Е.В. и др. // Техн. и технол. геол.развед. работ; орг.пр-ва. Обзор /ВИЭМС. – М.,1988.-Вып.2. - 46 с.

  7. Наук. пр. Донецьк. нац. техн. ун - ту / Донецьк.нац.техн. ун - т; Пiд заг.ред.О.А.Мiнаєва.- Донецьк,2003.-С.52- 56. - (Серiя гiрничо-геологiчна; Вип.63.[электронный ресурс]. - Режим доступа: http://info.donntu.ru/el_izdan/sbornik_ggf_N63_2003/M21.pdf

На данный момент магистерская работа находится на стадии разработки. В январе 2011 года полный текст работы можно получить у автора или научного руководителя.
ДонНТУ > Портал магистров ДонНТУ || Резюме | Биография | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | | Индивидуальный раздел