Menu

Технические требования к комплексу оборудования для бурения с трубчатой моноопоры

Комплекс оборудования для бурения скважин с моноопорного основания на акваториях должен включать буровое плавоснование, трубчатую моноопору и механизмы для ее монтажа, стабилизации в грунте дна и демонтажа, а также буровые исполнительные механизмы (буровой станок), устанавливаемые на платформе моноопоры.

Требования к плавоснованию. Плавоснование должно быть оснащено: П-образным проемом под буровой вышкой, позволяющим при необходимости отходить плавоснованию от моноопоры и повторно к ней подходить; четырьмя якорями массой не менее 800 кг каждый и необходимым количеством якорных лебедок с емкостью барабанов на длину тросов, равную не менее пяти глубинам моря в точке бурения. Рабочая площадь палубы для размещения бурового оборудования, труб и инструмента должна составлять примерно 10x15 м.

Плавоснование должно быть оснащено следующим основным буровым оборудованием: Л-образной вышкой высотой 1014 м и грузоподъемностью до 300 кН; лебедкой буровых станков ЗИФ-650, СКБ-5 или ЗИФ-1200; насосом НБ-4 или НБ-5, развивающим напор до 10 МПа, что позволит использовать его как для бурения вращательным способом с промывкой, так и для извлечения обсадных труб из скважины и моноопоры из грунта гидравлическим способом. Плавоснование должно позволять задействовать 80 кВт от имеющейся энергетической мощности на процесс бурения или на нем должна быть установлена дополнительная электростанция мощностью 80100 кВт.

Требования к трубчатой моноопоре. Моноопора должна включать следующие основные элементы: набор обсадных труб

с толщиной стенки 0,012 м и более для составления колонны длиной, превышающей глубину моря в точке бурения примерно на 10 м; башмак моноопоры, армированный твердым сплавом; соединения труб фланцевые или замковые с левой конусной резьбой; переходник с труб моноопоры на замок бурильных труб диаметром 0,0635 м с лысками под элеватор для спуска, наращивания и извлечения труб моноопоры. Для свинчивания и развинчивания труб моноопоры вручную необходимы облегченные ключи, выполненные, например, по принципу хомута.

Диаметр труб для моноопоры следует выбирать в зависимости от глубины и гидрологических условий моря. Преимущество следует отдавать моноопорам со ступенчато изменяющимися поперечными сечениями их по высоте. Поэтому в наборе должны быть обсадные трубы различных диаметров. Для повышения прочности моноопоры желательно использовать стальные обсадные трубы с повышенным пределом текучести (550 МПа и более).

Левая резьба замковых соединений труб моноопоры предназначена для предотвращения развинчивания труб реактивным моментом, возникающим при вращательном бурении. В замковых соединениях резьба должна быть крупнее и с большей конусностью, чем в муфтовых, с целью облегчения свинчивания труб, что особенно важно в условиях качки плавоснования. Достичь этого возможно за счет уравнивания внутреннего диаметра замка с внутренним диаметром соединяемых труб. Прочность замкового соединения не должна быть меньшей муфтового.

В конструкциях снарядов для стабилизации моноопоры в грунте морского дна целесообразно использовать успешно апробированные идеи и технические решения специалистов МГГРУ: подводный забивной кольцевой снаряд или телескопическую моноопору с использованием верхнего телескопа в качестве ударника для погружения нижнего телескопа в грунт ударами; способы и технические средства для погружения моноопоры в грунт одновременно с раскрепляемым у ее башмака керноприемным снарядом с целью повышения производительности отбора керна из моноопоры и качества геологического изучения этого интервала (описание этих решений приведено в разделах 6.2 и 6.3).

Требования к буровым исполнительным механизмам на моноопоре. Эти механизмы должны обеспечивать бурение различными способами: вращательным для бурения скважин любых назначений в плотных и крепких породах и для отбора керна с ненарушенной структурой (монолитов) при инженерно-геологических изысканиях; ударным для бурения поисково-разведочных скважин на россыпи и для разрушения валунов; вдавливающим для отбора проб грунтов снарядами со штампом и для определения их свойств в естественном залегании путем статического зондирования пенетрационно-каротажными методами.

Бурение ударным способом обеспечивают буровые механизмы и снаряды, установленные на плавосновании (лебедка станка типа ЗИФ или СКБ, забивные керноприемные снаряды и т.п.). Бурение вращательным и вдавливающим способами должны обеспечивать вращатели и гидросистемы, монтируемые на платформе трубчатой моноопоры.

Буровые механизмы, устанавливаемые на платформе моноопоры, (буровой станок) должны включать: вращатель, механизм подачи инструмента, гидропатрон, трубодержатель бурильных труб диаметром 0,0635 м, спайдер для обсадных труб диаметрами 0,108-0,146 м. Наличие лебедки в комплексе механизмов бурового станка необязательно. Это уменьшит количество маслошлангов, габариты и массу бурового станка. Спуско- подъемные операции в процессе бурения должны осуществляться при помощи гидроцилиндров станка. Монтаж и демонтаж моноопоры и бурового станка осуществляется лебедками плавоснования.

Привод вращателя должен быть от двух моторов, располагаемых симметрично относительно его центрального проходного отверстия, с целью исключения колебаний моноопоры при одностороннем расположении силового привода. Механизмы бурового станка следует размещать на платформе так, чтобы не создавать значительного эксцентриситета по силе тяжести платформы с механизмами относительно осевой плоскости трубчатой моноопоры.

Механизм подачи (гидроцилиндры) должен развивать усилие вниз 60-100 кН (6-10 тс) для пенетрационных исследований грунтов, вверх достаточно 30 кН (3 тс). Желательно, чтобы ход цилиндров составлял 3,5 м с целью наращивания бурового снаряда трубами диаметром 0,0635 м со стандартными длинами 3,2 м. Гидроцилиндры механизма подачи должны находиться строго в плоскости оси моноопоры, использоваться для создания осевой нагрузки на забой скважины и для спуска-подъема бурового снаряда. В последнем случае скорость подачи гидроцилиндров должна достигать 1,0 м/с.

Вращатель должен перемещаться вместе с гидроцилиндрами, т.е. должен быть подвижным. Желательно, чтобы он мог отклоняться от вертикали в пределах до 90° с целью удобства

использования его при спускоподъемных операциях бурового снаряда.

Вращатель должен быть снабжен гидропатроном с проходным отверстием для спуска через него гладкоствольных бурильных труб диаметром 0,0635 м (по сварочному шву 0,0645 м) и позволять использовать его для свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб.

Вращатель должен обеспечивать правое и левое вращение. Нижний предел частоты правого вращения не должен превышать 40 об/мин, верхний не должен быть меньшим 300 об/мин. При этом вращатель должен обеспечивать крутящий момент 1,2-1,6 кН-м.

Управление работой механизмов бурового станка должно осуществляться персоналом, находящимся на палубе плавоснования, дистанционно (по типу тельфера) или вручную при помощи пульта, укрепленного на буровом станке на досягаемой, удобной и безопасной для работы высоте. К пульту управления от маслостанции плавоснования не должно подходить больше трех масляных шлангов. Число масляных шлангов от пульта управления к потребителям станка неограничено.

Буровой станок должен иметь узел быстрого и надежного соединения и разъединения его платформы с моноопорой. Причем высота от верхней поверхности платформы до нижней кромки узла соединения с моноопорой не должна превышать 0,35 м. Это необходимо, чтобы при расстоянии 0,8-1,0 м от платформы до палубы плавоснования, обусловленном его качкой на волне, находящийся на плавосновании буровой персонал мог управлять бурением при помощи пульта, укрепленного на станке, и при необходимости направлять очередную наращиваемую или отводить отвинченную бурильную трубу непосредственно руками.

Размеры платформы бурового станка должны определяться его размерами и быть как можно меньшими (не более 1,5x1,0 м). Ремонт механизмов станка необходимо проводить на плавосновании. Для осмотра механизмов станка в процессе бурения можно использовать трап. Он может соединяться с платформой шарнирно и его нижний конец катками должен опираться о палубу плавоснования.

Масса бурового станка вместе платформой и узлом закрепления ее на моноопоре не должна превышать 2,0 т.

Конструкция ВМБ-2 и схема бурения с его применением не отвечают в полной мере выработанным требованиям. Их необходимо совершенствовать в основном в следующих двух направлениях: 1) облегчение и ускорение спуска в скважину, наращивания и подъема из скважины бурового снаряда; 2) регулирование частоты вращения бурового снаряда в зависимости от физико-механических свойств разбуриваемых пород с целью повышения механической скорости бурения, а также качества и количества керна.

Решение первой задачи возможно путем выполнения вращателя с симметрично расположенным силовым приводом, подвижным по вертикали. Решение второй задачи сводится к замене электродвигателей переменного тока гидромоторами или электродвигателями постоянного тока.

Вращатели с двумя гидродвигателями создают необходимый крутящий момент при меньшем давлении масла в гидросистеме, которое при одном гидродвигателе достигает 30 МПа. Уменьшение давления масла в гидросистеме снижает вероятность ее протечек в соединительных узлах с буровыми механизмами, что крайне важно для обеспечения экологических требований при бурении на акваториях.

Для привода механизмов бурового станка трубчатой моноопоры наиболее экологично применение электродвигателей постоянного тока. Частоту вращения бурового снаряда при этом можно регулировать от нуля и выше плавно, и она не зависит от крутящего момента, необходимого для разбуривания пород на забое скважины. Электродвигатель постоянного тока можно запускать без холостого разгона, коробки скоростей, редуктора и муфты сцепления. При возможности использования двигателей постоянного тока следует оценить схемы вращателей с двумя и одним электродвигателями.

В последней схеме электродвигатель необходимо располагать по оси моноопоры и вал его ротора должен быть пустотелым для подачи в скважину промывочной жидкости. Важное преимущество этой схемы состоит в том, что в ней можно ограничиться одним гидроцилиндром для создания осевой нагрузки. Причем корпус цилиндра можно установить внутри моноопоры и этим почти в 2 раза уменьшить высоту бурового станка, что особенно важно при желании иметь большой ход механизма подачи.

Мощность электропривода до 14 кВт может быть достаточной для бурения разведочных скважин. Изготовление электродвигателей постоянного тока мощностью 6-8 кВт (для работы вращателя необходимо два таких электродвигателя) и электродвигателей с пустотелым валом ротора мощностью 10-14 кВт уже давно не является проблемой.

В эффективных для бурения с моноопоры станках с электроприводом полностью исключить гидросистему затруднитель-

но. Она необходима, например, для работы гидроцилиндров, обеспечивающих поддержание оптимальных осевых нагрузок на породоразрушающий инструмент, и т.д. Однако необходимое давление масла в гидросистеме для работы гидроцилиндров, гидропатронов и трубодержателей в 4-5 раз меньше, чем в гидросистеме для привода гидродвигателей. А это, как уже отмечалось, уменьшает вероятность протечек масла и загрязнения морских акваторий.

Кроме того, при размещении на моноопоре станков с электроприводом вообще отпадает необходимость создания и расположения на плавосновании специальной маслостанции. В этом случае работу механизма подачи, гидропатрона и трубодержателей обеспечит бездействующая гидросистема находящегося на плавосновании станка типа ЗИФ или СКБ, от которого используется в работе только лебедка.

Таким образом, преимущества конструкций вращателей с симметричным расположением привода очевидны и отвечают современным требованиям технологии бурения. У них число находящихся в зацеплении зубьев ведомого колеса и ведущей шестерни в 2 раза больше, чем у вращателей с приводом от одного эксцентрично расположенного двигателя. Поэтому для передачи одинакового крутящего момента зубчатые шестерни и колеса вращателей первого типа могут быть меньшими по размерам, чем второго. Наконец, вообще не требует зубчатых передач выполняющий роль вращателя электродвигатель постоянного тока, установленный по оси скважины.

С учетом изложенных технических требований, некоторых рекомендаций и пожеланий авторов к конструкции бурового станка для бурения на море с моноопорного основания ОАО "Геомаш" изготовил опытный образец морской буровой установки (МБУ) "Старт".

МБУ "Старт" включает комплекс исполнительных буровых механизмов, смонтированных на рабочей платформе, установленной на период бурения на моноопоре, и силового и грузоподъемного оборудования, смонтированного на буровом плавосновании.

В состав исполнительных буровых механизмов МБУ " Старт", смонтированных на платформе, входят: подвижный вращатель с двумя симметрично расположенными относительно его рабочего колеса (относительно оси бурового снаряда) гидродвигателями; два гидроцилиндра, симметрично расположенные относительно оси моноопоры; трубодержатель для зажима и удержания от вращения бурильных и обсадных труб; П-образная мачта; пульт электрогидроуправления работой механизмов (рис. 2.8).

[image]

Рис. 2.8. Принципиальная схема морской буровой установки "Старт":

1 - моноопора трубчатая; 2 - платформа; 3 - трубодержатель; 4 - вращатель (а - верхнее положение; б - нижнее положение); 5, 6 - соответственно блоки и тросы гидротросовой подачи вращателя и бурового снаряда; 7 - стойка мачты

Электрогидравлическое управление распределительными устройствами масла, установленными на платформе МБУ "Старт", позволяет выполнять следующие операции: управлять некоторыми процессами бурения дистанционно, т.е. без нахождения на платформе моноопоры бурового персонала; сократить число масляных шлангов высокого давления для работы четырех основных механизмов-потребителей с 12 до 4. Этим соответственно повышается безопасность работы, облегчаются условия монтажа и демонтажа гидросистемы и возрастает вероятность исключения протечек в соединениях масло- шлангов, что крайне важно для обеспечения экологических требований при бурении на акваториях. Техническая характеристика МБУ "Старт" (проектная) Глубина скважины, м:

по воде 30

по породам 100

Диаметр скважины по породам, 10-3 м 76-152

Угол наклона скважины, градус 90

Вращатель

Тип Подвижный

Привод От двух гидродвигателей

Максимальный крутящий момент, кН-м

(кгс-м) 1,6 (160)

Частота вращения бурового снаряда, с-1 (об/мин):

минимальная 0,66 (40)

максимальная 5,5 (330)

Бурильные трубы

Максимальная длина, м 3,2

Диаметр, м 0,0635

Механизм подачи

Тип Гидротросовый с двумя цилиндрами

Максимальный ход, м 3,52

Максимальное усилие подачи, кН (тс):

вниз 60 (6)

вверх 30 (3)

Максимальная скорость подачи, м/с:

вниз 0,5

вверх 0,7

Трубодержатель

Тип Пружинно-гидравлический

Диаметр проходного отверстия, м 0,18

Минимальный диаметр зажимаемых

труб, м 0,0635

Мачта

Грузоподъемность, кН (тс) 100 (10)

Высота, м 5

Габариты платформы, м 1,5x1,0

Масса бурового блока с платформой, кг ... 2500

Оставьте свой комментарий

Оставить комментарий от имени гостя

0
  • Комментарии не найдены

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:3248 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:6282 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:3369 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Основні типи геодезичних знаків й їхнє р…

Істотна роль в організації спостережень за деформаціями споруд приділяється геодезичним знакам. Від правильного вибору конструкції й місць їхнього розміщення значною мірою залежить якість результатів спостережень. Застосовувані для спостережень геодезичні знаки розрізняють...

30-05-2011 Просмотров:4624 Інженерна геодезія

Эндогенная активность земли

Земля, как планета, является открытой неравновесной и динамической системой. Ее особенностью является необычайно длительный период эндогенной активности, продолжающийся более 4 млрд. лет. Следствием эндогенной активности являются практически все процессы, отражающие...

15-11-2010 Просмотров:10310 Сейсмический процесс

Призначення, види й особливості побудови…

Для забезпечення практично всіх видів інженерно-геодезичних робіт створюються опорні мережі, пункти яких зберігають на території робіт планові й висотні координати. Ці мережі є основою для виробництва топографічних зйомок при дослідженнях;...

30-05-2011 Просмотров:5619 Інженерна геодезія