RUS
| ENG
||
ДонНТУ
Портал
магістрів ДонНТУ
Сокол Ірина Анатоліївна
Факультет гірничо-геологічний
Кафедра технологія і техніка геологорозвідувальних робіт
Спеціальність «Технологія та техніка розвідки родовищ корисних копалин»
Обгрунтування параметрів і розробка комплексу технологічного та допоміжного обладнання для многорейсового буріння свердловин з бурового судна «Діорит»
Науковий Керівник: д. т. н., професор Калініченко Олег
Іванович
Резюме
| Біографія
Реферат з теми випускної роботи
Вступ
Прийнята в 1996 році в Україні програма освоєння морських вуглеводневих ресурсів, стала поштовхом для активізації темпів і збільшення обсягів інженерно-геологічних вишукувань на трасах трубопроводів та майданчиках постановки морських бурових платформ в українському секторі шельфу Чорного і акваторії Азовського морів.
Значну частку цих вишукувань складають дрібні свердловини. Глибина таких свердловин, що визначається цільовою спрямованістю робіт, коливається від 6 - 20 м при проектуванні трас трубопроводів, до 50 -150 м в місцях постановки платформ [2].
У межах однієї освоюваної площі, особливо на стадії інженерно-геологічної зйомки свердловини глибиною до 6 м складають близько 50% у загальній структурі обсягів бурових робіт і досягають 500-1000 м на 1 кв. км акваторії. Інша частина приблизно в рівній пропорції доводиться на свердловини глибиною 20-50 м і 50-150 м.
ГАО «Черноморнефтегаз», організація, якій доручено виконання завдань «Програми ...», вже на стадії проектування робіт зіткнулася з низкою технічних і економічних проблем, що виникли внаслідок повної відсутності в арсеналі вітчизняного морського бурового виробництва необхідних технологічних схем і технічної бази для ефективної і рентабельної проходки дрібних (від 6 м до 20-25 м) і середньої глибини (25-50 м) інженерно-геологічних свердловин в умовах яскраво вираженої геологічної специфіки осадових накопичень акваторій Чорного та Азовського морів. Ця специфіка обумовлена високою ймовірністю чергування по вертикальному розрізу свердловини мулів, пісків різної щільності, консистенції і гранулометричного складу, великого спектру порід глинистого комплексу. Причому потужність виділених верств донних опадів залежно від району робіт навіть при незначній відстані точок випробування коливається від 0 до 20 м і більше.
Для буріння більш глибоких свердловин необхідні спеціалізовані бурові суду. У вітчизняному морському буровому виробництві вибірковість такого виду плавзасобів вельми обмежена. Сьогодні Україна має єдине спеціалізоване судно НДС «Діорит», яке укомплектоване серійним буровим агрегатом ЗІФ-1200 МР. Експлуатаційно-технічні можливості судна забезпечують обертальне буріння свердловин глибиною до 150 м.
У певних гірничо-геологічних умовах деякі свердловини, глибина яких може бути значно менше потенціалу НДС «Діорит», можуть проходитися з бурового судна за традиційною технологією обертального буріння з використанням обсадних (водоотделяющіх) колон. Проте, для зазначеної вище геологічної специфіки осадових накопичень, завдання отримання нормативної геологічної інформації за рахунок застосування обертального способу проходки свердловин, істотно обмежується або стає неможливим [4,5].
Додатковим стримуючим мотивом використання суден такого класу є їхня низька рентабельність при виконанні великих обсягів буріння свердловин глибиною 20-50 м. Застосування традиційної технологічної схеми проходки свердловин до зазначених глибин передбачає використання обсадних колон. Це передбачає досить жорсткі вимоги до розкладки якорів, особливо при течіях понад 1 м / с. Для забезпечення надійної стабілізації судна над гирлом свердловини кількість якорів повинно бути не менше 4-х. Як наслідок, суттєво збільшується трудомісткість і період підготовчо-заключних і допоміжних операцій. У цій ситуації коефіцієнт корисного використання бурового судна в часі, як правило, не перевищує 20%, а витрати часу на перебазування судна на нову точку в 8-10 разів перевищують тривалість чистого буріння свердловини. Крім того, традиційна технологічна схема буріння практично не допускає зсув судна щодо осі свердловини і обмежується 1,5 ... 2-х бальних хвилюваннь моря [1, 4].
Враховуючи наведену, а також високу орендну вартість спеціалізованих плавзасобів (10000 $ на добу і більше), яка в десятки разів перевищує витрати на безпосередній процес буріння свердловин глибиною 20-50 м, застосування суден класу «Діорит» для зазначеної галузі морського бурового виробництва стає економічно невигідним.
Широкі дослідження і досвід бурових робіт на морських акваторіях, накопичений фахівцями і вченими Донецького національного технічного університету (ДонНТУ), показали, що реальним напрямком підвищення продуктивності та рентабельності буріння інженерно-геологічних свердловин середньої глибини є використання для цих цілей легких технічних засобів (ЛТС).
Актуальність теми
У технічній системі морського бурового виробництва (МБП) по питомій вазі, значущості і технологічній специфіці особливе місце займає багаторейсова проходка свердловин [7]. Зазначена область МБП є важливим джерелом отримання геологічної та інженерно-геологічної інформації в прибережних зонах морських акваторій. До теперішнього часу значна частка свердловин глибиною 30-40 м проходяться установками УМБ-130 і УМБ-130м, що експлуатуються з борту неспеціалізованих і бурових судів. Незважаючи на досить високу результативність цих установок, при виконанні основних операцій - безпосередньо буріння з відбором керну - рівень виконання допоміжних операцій, перш за все розміщення заглибного бурового снаряда (ПБС) на палубі судна залишається досить трудомістким процесом.
Практично всі операції, зв'язані з розміщенням ПБС на палубі для витягання керну, розбирання і складання елементів ПБС не відповідають вимогам безпечного ведення робіт.
Технологічна схема буріння передбачає необхідність багаторазової зміни режиму роботи ПБС шляхом збільшення або зниження подачі рідини в гідроударний буровий снаряд. До теперішнього часу така операція забезпечується стандартним регулювальним вентилем, використання якого не дає чіткої фіксації в гідросистемі як номінальних витрат рідини для включення в роботу гідроударного механізму на фазі відбору керну, так і оперативного збільшення витрат до заданого значення для перекладу гідроударника в зблокованому стані із забезпеченням режиму гідромоторного розмиву опадів за забої свердловини.
Враховуючи, що бурові судна типу «Діорит» мають обмежені розміри робочих площадок, задача розробки і компактного розміщення технологічного обладнання із забезпеченням рівня безпеки і зниження трудомісткості палубних підготовчо-заключних операцій при роботі з установкою УМБ-130м є актуальною.
Мета і завдання розробки дослідження:
Мета роботи - вибір параметрів, розробка конструкцій і схеми компактного розміщення допоміжного та регулюючого обладнання на буровому судні «Діорит» для зниження трудомісткості, підвищення рівня безпеки та технологічності ведення робіт при бурінні свердловин установкою УМБ-130м.
Завдання дослідження:
1. Виконати аналіз робочих операцій у циклі спорудження свердловини установкою УМБ-130м і обгрунтувати необхідний перелік технологічного та допоміжного обладнання для виконання умов безпеки, зниження трудомісткості і підвищення експлуатаційних показників буріння свердловин з бурового судна «Діорит».
2. Обгрунтувати параметри і розробити конструкцію універсального регулювального вентиля, який оперативно забезпечує фіксовані задані подачі рідини в нагнітальну лінію приводу ПБС.
3. Розробити допоміжне обладнання, схему його компактного розміщення на обмежених палубних майданчиках БС «Діорит» і технологію застосування технічних розробок при обробці ПБС на палубі судна в процесі спуско-підйомних операцій.
Обґрунтування обраних напрямків робіт
Загальна схема установки і технологічні операції при бурінні свердловини
Установка УМБ - 130М призначена для буріння підводних свердловин глибиною до 50 м з борту неспеціалізованих судів [3]. |
Основними елементами установки є гідроударних буровий снаряд, придонна підстава (опора) для стабілізації бурового снаряда, система канатів, що пов’язуть плавзасіб і опору (рис. 9).
У розробленій комплектації УМБ-130М стабілізуюча опора призначена не тільки для утримання гідроударного бурового снаряда у вертикальному положенні на морському дні, а й одночасно вона є напрямом при спуску гідроударного снаряду при подальшому рейсі, забезпечуючи одноствольну многорейсовую проходку свердловини. Всі операції по спуску і підйому опори проводяться вантажною лебідкою за допомогою талевої системи, що складається з кронблока, роль якого виконують Г-образні стійки 3, 6, 7 зі шківами 4 і талевого блоку у вигляді системи шківів закріплених на підставі опори (рис. 2 і 3).
Всі операції, пов'язані з розміщенням ПБС на палубі (рис. 3) для вилучення керну, розбирання і складання елементів ПБС не відповідають вимогам безпечного ведення робіт. Крім того, не технологічним є процес управління буровим снарядом після його спуску в свердловину.
Тому був розроблений новий комплекс розташування технологічного та допоміжного обладнання на судні «Діорит», який забезпечував техніко-економічний рівень безпеки та зниження трудомісткості палубних підготовчо - заключних операцій при роботі з установкою УМБ - 130М. |
Для цього на судні «Діорит» було передбачено нове розміщення допоміжного і технологічного обладнання. Основними елементами є:
1). Кантувач - забезпечує безпечні маніпуляції з буровим снарядом. Має можливість горизонтально розміщувати буровий снаряд вздовж борту на палубі, переміщати снаряд з горизонтального положення у вертикальне з подальшим виносом снаряда за борт.
2). Підставки - служать для надійного розташування та фіксації заглибного бурового снаряда (ПБС) у горизонтальному положенні вздовж борту над палубою.
3). Регулювальний вентиль 4 (рис. 1) призначений для оперативної зміни витрат рідини в нагнітальній лінії обв'язки насоса.
Вентиль розміщується в робочій зоні бурового майстра на жорсткій ділянці нагнітальної лінії обв'язки насоса і з'єднується з нею підводящим патрубком за допомогою гайки шлангового з'єднання.
Конструктивні особливості розробленого обладнання:
 |
Кантувач - складається з: напівстулки лівої 1 і напівстулки правої 2 (хомута), гайки опорної 3, підстави 4, яка кріпиться до фальшборту болтами 9 в зоні дії вантажної стріли, а також кришки 5 і корпусу 6 (рис. 4). |
Хомут кантувача встановлений з можливим обертанням валу у вертикальній площині, забезпечуючи маніпуляції з довгим снарядом в обмеженому просторі. Розміщує ПБС горизонтально на підставках (рис.5) і забезпечує поворот снаряда у вертикальне положення і винесення його за борт судна.
Кантувач може міняти положення по довжині за допомогою болта 7 за рахунок виконаних отворів по довжині корпусу. При необхідності кантувач може зніматися з борту судна
Підставка (рис. 6) - складається з: упору 1, планки опорної 2, опорного патрубока 3, опори 5 з п'ятою 6 яка, кріпиться болтом 6 вздовж борту над палубою. Опорна підставка являє собою міняючу положення балку, в залежності від виконуваних робіт. При горизонтальному розташуванні снаряда підставки займають робоче положення. У процесі буріння використання підставок не доцільно, тому вони опускаються за рахунок повороту болта 6 і займають украй нижнє положення (рис. 7). Це сприяє збільшення проходу робітникам по палубі.
Опорні підставки розташовуються вздовж борту над палубою. У комплект входить дві підставки. На опорних підставках розташовується ПБС, до якого приєднується колонковий снаряд. До переходника заглибного бурового снаряда приєднується вантажний перехідник. Зібраний буровий снаряд закріплюється в хомуті кантувача.
 |
Далі буровий снаряд ПБС за допомогою бурової лебідки та штатної вантажної стріли стає вертикально і виноситься за борт судна і фіксується в хомуті. При переміщенні висувних важелів (втягуванні у бік палуби) відбувається звільнення хомута, який, переміщуючись по корпусу ПБС, опускається до упору в кільце 12, які приварені на зовнішній трубі колонкового набору 11 (див. рис. 1, а).
За допомогою бурової лебідки снаряд ПБС разом з хомутом вільно опускається по натягнутим гілкам направляючого каната з концентрацією щодо осі патрубка опори. При зсувах судна і відхилення гілок каната від вертикалі (до 5-6), додатковий напрям бурового снаряду для потрапляння в стовбур свердловини стає вхідна воронка опори.
При контакті з воронкою хомут зупиняється, а снаряд продовжує переміщення вниз до зустрічі з дном. Включається буровий насос, і в залежності від обраного способу буріння, регулювальним вентилем встановлюється необхідна подача рідини в нагнітальний трубопровід. Далі проводиться буріння як показано на рис. 1 (за фазно). |
Схема передбачає використання протягом рейсу двох способів руйнування порід на вибої: з відбором керна за рахунок частотно-ударного занурення бурового снаряду в опади, а також без відбору керну за рахунок розмиву порід на заданому або пройденому без кріплення інтервалі.
На першому інтервалі (фаза 1) (рис. 1) проводиться пробовідбор на встановлену глибину в режимі ефективної роботи гідроударника.
Після поглиблення на довжину рейсу буровий насос відключається, і снаряд разом з хомутом піднімається вгору. Хомут фіксується на висувних важелях. Відкриттям напівстулки хомута буровий снаряд звільняється, і за допомогою вантажної стріли і бурової лебідки переміщюється на робочу палубу для витягання керну.
Для відбору керну на наступному інтервалі свердловини, раніше пробурена ділянка проходиться в режимі розмиву або очищення стовбура свердловини від обваленої породи (фаза 2). При вході бурового снаряду в свердловину включається буровий насос. Регулювальним вентилем забезпечується підвищена витрата рідини через буровий снаряд. Спрацьовує нижній пусковий вузол, який направлює рідину всередину керноприймальної труби і забезпечує гідророзмив породи до заданої глибини пробовідбору.
Для відбору керну знижується подача насоса до рівня запуску гідроударника і, змінюючи витрати рідини за допомогою регулювального вентиля, встановлюється частотно-енергетична характеристика механізму, яка необхідна для ефективного занурення заглибного бурового снаряду (ПБС) у грунт (фаза 3).
Рис. 8 Анімація: ( об'єм – 104 кб, розмір – 940 x 330, складається з 8 кадрів, кількість циклів повторення – 5)
Умови оперативної зміни способу руйнування порід на інтервалі свердловини
Технологічна схема буріння передбачає необхідність багаторазової зміни режиму роботи ПБС шляхом збільшення або зниження подачі рідини в гідроударному буровому механізмі. Для забезпечення зміни режиму руйнування порід на вибої запропонований регулювальний вентиль (рис.9), що дозволяє оперативно і багаторазово змінювати подачу рідини в ПБС на прохідному інтервалі свердловини. |
Вентиль складається з: падаючого корпусу 1, який має метричну різьбу і з'єднаний зі штоком 2. Падаючий корпус 1 з розподільним корпусом 13 з'єднується між собою трапецеїдальним різьбленням і болтом 3.
Зливний патрубок 10 також має метричну різьбу і з'єднується з штуцер - сідлом і додатково кріпиться за допомогою болту 4. У зливному патрубку знаходиться поршень 6 з манжетами 5, який переміщюється за рахунок валу 11 і фіксується на заданій відстані упорами 7 і опорними шайбами 8. Шайби 8 закріплюються за допомогою гайок 9. На валу 11 накручуються гайки 12.
Поршень - пробка 16 складається з манжет 14 і 15. За допомогою рукоятки 17 поршень - пробка пересувається у вкрай закрите або відкрите положення. На рукоятку 17 накручуються гайки 18 і вставляються шплінти 19. |
Вентиль забезпечує номінальну витрату рідини для включення в роботу гідроударного механізму на фазі відбору керну, і оперативного включення витрат рідини до заданого значення для переводу гідроударника в зблокований стан, який забезпечує режим гідромоніторного розмиву опадів на забій свердловини.
Регулювання подачі в ПБС забезпечується зміною положення поршня 1 за допомогою гвинта 2, що має крок різьби 8 мм. При цьому поршень 3 за допомогою гвинта 4 заздалегідь фіксується в певному положенні, при якому на злив йде частина кількості рідини, що перевищує загальні витрати на величину номінальної подачі води для роботи гідроударника (рис.9, а). Для роботи в режимі гідророзмиву проводиться поворот (1,5-2 обороту) гвинта 2.
При цьому поршень 1 перекриває доступ рідини в канал зливу і вся рідина направляється в ПБС, забезпечуючи спрацьовування ВПУ та НПУ. У такому положенні поршень1, весь потік спрямовує в порожнину внутрішньої колонкової труби і далі на забій свердловини, виробляючи інтенсивне гідромоніторне руйнування порід на вибої, або забезпечує вимивання сформованого в колонковій трубі стовпчика керну.
Висновок:
Нове розміщення допоміжного обладнання на судні «Діорит» дозволяє збільшити ергономічні показники установки УМБ-130м за рахунок технічних розробок, спрямованих на зниження трудомісткості і підвищення рівня безпеки та технологічності виконання операцій на палубі.
Литература
- 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.
- 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
- 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.
- Лукошков А.В. Техника исследования морского дна. - Л.: Судостроение, 1984. - 264с.
- Милн П. Подводные инженерные изыскания [Текст]: Пер. с анг. - Л.: Судостроение, 1984. - 344 с.
- 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.
- 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 даний момент магістерська робота знаходиться на стадії розробки. У січні 2011 року повний текст роботи можна отримати у автора або наукового керівника.
Резюме
| Біографія