Назад в библиотеку

---

Повышение технико-экономических показателей многорейсового бурения подводных скважин установками УМБ-130М

Авторы: Калиниченко О. И. Хохуля А. В. Сокол И. А.
Источник: Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент и технология его изготовления. Сб. научн. Трудов. – Киев: ИСМ им. Бакуля, ИПЦ АЛКОН НАНЦ. Киев, 2011. Вып. 14. С. 51–55.

Для отечественного морского бурового производства избирательность технической базы бурения подводных скважин глубиной до 50 м расширена за счет установок УМБ-130М [1, 2]. Принципиальной особенностью установок является возможность поинтервальной проходки скважины на основе комбинированной схемы разрушения осадков: отбор керна на заданном интервале, за счет ударно-вибрационного погружения бурового снаряда (ПБС) в осадки; размыв обрушенных пород на ранее пройденном участке скважины (проходка без отбора керна). При этом в цикле технологических операций бурения применение УМБ-130М не предусматривает закрепление ствола обсадными трубами. Учитывая забортный вариант исполнения УМБ-130М, для эксплуатации установки не требуется такое оборудование как буровая вышка, буровой станок, труборазворот, бурильные и обсадные трубы, емкости для приготовления, хранения и очистки бурового раствора и др. Эта особенность обуславливает возможность применять УМБ-130М для производства буровых работ с неспециализированных судов (спасательные суда, морские буксиры и т.д.).

В состав установки (рис. 1) входит погружной гидроударный буровой снаряд (ПБС) с грузовым переходником 8, придонное основание с направляющей воронкой для стабилизации ПБС в вертикальном положении, система канатов, связывающих судно и придонное основание через ролики Г-образных опорных стоек 6 и 7, жестко прикрепленных к планширю фальшборту судна. По функциональному назначению опоры 6 относятся к направляющим, а опора 7 является грузовой. На конце грузового каната 11, пропущенного через ролик грузовой стойки 7 закрепляется груз, который обеспечивает постоянное натяжение направляющих ветвей грузового каната с компенсацией его длины при перемещениях судна

Для выполнения спуско-подъемных операций (СПО) необходимый перечень грузоподъемного оборудования установки включает: буровую планетарную лебедку 3, которая через трос 10 обеспечивает выполнение СПО при работе с ПБС, и грузовую лебедку 4 для спуска и подъема донного основания.

Рабочая жидкость для привода гидроударного механизма подается по нагнетательному шлангу 9 буровым насосом 1. Расход жидкости, подаваемой в ПБС, регулируется вентилем 2, располагаемым в нагнетательной линии обвязки насоса.

Центрация ПБС относительно оси скважины при выполнении СПО обеспечивается раскрывающимся хомутом, который свободно перемещается по направляющим ветвям каната 11. В начале операции спуска хомут располагается на выдвижном кронштейне 5. При перемещении кронштейна (втягивании в сторону палубы) происходит освобождение хомута, который перемещаясь по корпусу ПБС, опускается до упора в башмак или ограничительный уступ на колонковом наборе ПБС. При контакте с направляющей воронкой хомут останавливается, а снаряд продолжает перемещение вниз до заданной глубины внедрения. При глубине отбора проб, превышающей уровень входа грузового переходника в воронку опоры, канат 10 и шланг 9 соединяются подвязками из тонкого капронового каната.

После углубки на длину рейса буровой насос отключается ПБС и вместе с хомутом поднимается вверх. Хомут фиксируется на кронштейне. Открытием полустворки хомута буровой снаряд освобождается и с помощью грузовой стрелы и буровой лебедки перемещается на рабочую палубу. В дальнейшем снаряд укладывается на опорные подставки для обработки колонкового набора.

За период 2003–2010 гг. в акваториях Черного и Азовского морей установкой УМБ-130М пробурены сотни скважин глубиной от 20 до 45 м. По сравнению с традиционной схемой проходки таких скважин стационарными буровыми станками вращательного бурения со специализированных буровых судов, использование УМБ-130М обеспечило более чем 3-х кратное увеличение производительности и рентабельности рассматриваемой области морского бурового производства. По итогам предварительного этапа испытаний применение УМБ-130М позволило также значительно повысить качество отбора проб, обеспечив выход керна 95–98%. По сравнению с традиционно используемым вращательным способом отбора инженерно-геологических проб в рыхлых породах этот показатель вырос более чем на 30% при сохранении высокой механической скорости бурения.

Вместе с тем, как показывает опыт, эксплуатационно-технические возможности установки при реализации используемой схемы бурения могут быть существенно улучшены. Наиболее трудоемкими и затратными во времени являются операции спуска бурового снаряда с подвязкой шланга к канату, а также работы по размещению и обработке ПБС на палубе [1]. Причем последняя операция, из-за ограниченных размеров площадок палубы в определенной степени противоречит нормативным требованиям безопасного ведения работ.

В табл. 1 показаны данные обработки хронометражных наблюдений, накопленных в процессе бурения скважин ИГ1, ИГ2 и ИГ3 глубиной по 30 м на Субботинском нефтегазовом месторождении в Черном море, где толща воды составляла 50–55 м.

В таблице не учтено время непосредственного бурения, которое определялось механической скоростью (V_мех) проходки конкретного типа пород и способом их разрушения. Среднее значение V_мех с отбором керна по плотным илам находилось в пределах 2,6…2,8 м/мин; по пескам – 0,9…1,6 м/мин; по глинам средней плотности и плотным – 0,4…0,9 м/мин. Показатели проходки интервалов скважины с гидроразмывом пород: ил с Rd (до 20%) – 0,5…0,8 мин/м; супесь – 1,3…1,5 мин/м; песок – 1,4…2,0 мин/м; песок плотный с включением Rd (до 10%) – 3,5…3,6 мин/м; глина пластичная – 1,6…1,8 мин/м; глина плотная – 10…12 мин/м.

В соответствии с приведенными данными, в балансе времени на выполнение обеспечивающих операций, более 40% затрачивается на подвязку шланга к канату при спуске ПБС в скважину. Более 42% – это время размещения ПБС на палубе для обработки колонкового набора и извлечение керна. При этом для выполнения работ задействуется не менее 4 человек.

Поэтому вполне закономерным стал поиск решений, направленных на совершенствование технологических приемов при эксплуатации установки УМБ-130М.

Как буровые, так и большинство неспециализированных судов отличаются весьма ограниченными рабочими площадками, как правило, только вдоль борта. В такой ситуации для повышения технико-экономических показателей при одновременном соблюдении уровня безопасности труда и снижении трудоемкости работ, связанных, прежде всего, с размещением ПБС на палубе для извлечения керна, разборки, сборки и ремонта элементов ПБС наиболее целесообразным является направление, в основе которого лежит механизация соответствующих приемов в выделенной выше технологической операции.

На рис. 2 показана схема технического решения в виде комплекса оборудования для выполнения палубных работ с ПБС на площадке вдоль борта судна. В комплект оборудования входит кантователь 1, раскрывающийся хомут которого установлен на вращающемся в вертикальной плоскости валу, и четыре подставки 2–5, закрепляемые на планшире фальшборта. Узлы выполнены откидными с переводом их в рабочее положение на этапе размещения ПБС на палубе. Манипуляции с ПБС, связанные с размещением бурового снаряда горизонтально на подставках или установка его вертикально для выноса за борт судна, обеспечиваются с помощью буровой лебедки. Учитывая неодинаковость уровня планширя фальшборта по отношению к поверхности палубы, для обеспечения горизонтальности укладки ПБС, опорные планки подставок выполнены с возможностью изменения высоты с помощью регулировочных винтов.

Исходя из опыта работы с такого типа оборудованием, затраты времени, связанные с обработкой ПБС в процессе подготовительно-заключительных операций, а также трудоемкость этих работ могут быть снижены не менее чем в 1,5–2 раза, при весьма высоком уровне безопасности труда. Одновременно расширяются рамки погодных условий, нормированных для выполнения буровых работ.

В отношении соединения каната и нагнетательного шланга, то задача разработки заключалась как в уменьшении количества скоб-подвязок, так и повышении надежности соединений, за счет исключения их «сползания» вдоль троса.

Схема инженерного решения приведена на рис. 3. Здесь, вместо традиционных капроновых скоб-подвязок, с интервалом крепления 2 м по длине троса, предусмотрена более жесткая система согласования длины шланга и троса в процессе спуска и подъема ПБС. К двум–трем «юбкам» шлангового соединения (первые от ПБС) привариваются опорные разрезные цилиндры 3. На расстоянии, соответствующему уровню шлангового соединения в тросе делается прокол, в который заводится мягкая стальная проволока диаметром 2–3 мм. По периметру сечения троса с усилием укладываются 5–6 витков проволоки 2; выполняется второй прокол в торосе, в который заводится свободный конец проволоки. При спуске ПБС, трос заводится в прорезь цилиндра 3 с опорой на проволочную навивку.

С помощью двух скоб 1 (капроновых подвязок), устанавливаемых непосредственно над и ниже цилиндра 3 обеспечивается страховка троса от выхода его из прорези цилиндра. Принятое решение оправдало себя в процессе бурения скважин с буровых судов «Диабаз» и «Триас» на шельфе Вьетнама. Удельные затраты времени на страховочную подвязку (4 шт. на 20 м) составили 0.2 мин/м, вместо 0.8 мин/м (8–10 шт. на 20 м) при использовании традиционных скоб-подвязок. Причем, если раньше в процессе бурения основная часть скоб-подвязок обрывалась или сползала к ПБС, что затрудняло процесс извлечения снаряда через патрубок донного основания, то применение нового крепления полностью исключило нарушение связи троса и шланга.

Исходя из полученных производственных данных и опыта работы с устройствами аналогичного назначения [3], разработанное дополнительное технологическое оборудование и новая схема связи шланга и троса, являются средством роста технико-экономических показателей бурения скважин установками УМБ-130М, за счет сокращения (более чем в 1.5 раза) затрат времени на выполнение спуско-подъемных операций и обработки ПБС на палубе судна. При этом с одной стороны значительно повышаются эргономические показатели производства, с другой – обеспечивает достаточно высокий уровень безопасности труда, при одновременном расширении метеорологического диапазона использования судов при выполнении буровых работ.

Список использованной литературы

1. 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.
2. 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.
3. Калиниченко О. И. Разработка комплекса технологического оборудования для однорейсовой проходки подводных скважин. //Науковий вісник. № 7, Національного гірничого університету. Науково технічний журнал Дніпропетровськ, 2009. С. 45 – 50.