Результат интеллектуальной деятельности: БУРОВОЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЕ СУДНО

Изобретение относится к судостроению, а точнее к буровым научно-исследовательским судам (БНИС). БНИС оборудованы устройствами для ограничения изгиба бурильной колонны при качке судна. При бурении бурильная колонна (БК) испытывает огромные напряжения: растягивающие от собственного веса, изгибные от действия течения воды и качки судна, скручивающие от вращательного момента.

Наиболее нагруженной является верхняя часть БК, располагающаяся между ротором и днищем судна, испытывающая знакопеременные (циклические) изгибные напряжения, вызванные качкой судна. С целью уменьшения этих циклических напряжений на БНИС используются направляющие раструбы, идущие от верхней (главной) палубы до днища судна.

Направляющие раструбы конструктивно выполняются в виде вертикальной трубы с увеличивающимся вниз диаметром и с внутренней поверхностью большого радиуса (R). БК при крене судна ложится на эту поверхность, при этом изгиб БК происходит с большим радиусом, что уменьшает деформацию и, соответственно, уменьшает циклические изгибные напряжения.

Наличие в конструкции БНИС направляющего раструба значительно увеличивает циклическую прочность БК, а срок службы БК увеличивается с 3 до 4 лет, причем предельное количество циклов линейно зависит от кривизны внутренней поверхности раструба (1/R) (Шостак В.П. «Эффективность техники освоения океана. Направления проектных исследований», Киев: Наукова Думка, 2002).

На отечественном БНИС проекта 16281 «Наука» раструб вварен в корпус, что не позволяет организовать на судне буровую шахту для спуска крупногабаритного оборудования к устью скважины - воронки повторного ввода.

Известно американское БНИС «Joides Resolution)) (http://www-odp.tamu.edu/publications/tnotes/tn31/jr/fig_02.htm), имеющее буровую шахту с двумя сдвижными закрытиями и направляющим раструбом. Направляющий раструб выполнен сборным из двух блоков: верхнего съемного, устанавливаемого на нижний блок на главной палубе, и нижнего, состоящего из двух половинок, закрепленных на крышках сдвижных люков для закрытия буровой шахты и размещенных в ней.

Для обеспечения спуска крупногабаритного оборудования, в первую очередь воронок повторного ввода, верхний блок раструба снимается с нижнего, люки закрытия буровой шахты с закрепленными на них половинами нижнего блока раструба раздвигаются в стороны, и буровая шахта открывается для выполнения спускоподъемных операций.

К недостаткам судна «Joides Resolution)), можно отнести следующие:

- сдвижные половины нижнего блока раструба установлены на торцы крышек закрытия буровой шахты; при раскрытии крышек половины раструба сдвигаются к стенкам буровой шахты, остаются в рабочей зоне и уменьшают ее полезный объем;

- на нижний блок раструба на главной палубе предусматривается установка верхнего съемного блока, что требует полного подъема бурильной колонны и освобождения места на главной палубе для монтажа;

- установка верхнего блока на нижний - это отдельная технологическая операция, для выполнения которой требуется дополнительное время.

- блоки раструба являются крупногабаритным оборудованием, что загромождает рабочие пространства судна, для компенсации уменьшения объемов требуется соответствующее увеличение подвышечного пространства, увеличения размеров буровой шахты и соответственно в конечном итоге габаритов судна.

Известен также БНИС (Библиографическое описание: Гамсахурдия Г.Р., Басович Д.В., Бачурин А.А. Технология разведочного бурения нефть и газ с бурового научного - исследовательского судна //Технические науки: теория и практика: материалы II Междунар. науч. конф. (г. Чита, январь 2014 г.). - Чита: Издательство Молодой ученый, 2014. - С. 65-74. - URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/88/4697/, который принят в качестве аналога.

БНИС - аналог выполнен с буровой шахтой увеличенного размера по длине, которая имеет днищевые и палубные закрытия в виде поворотных крышек, а направляющий раструб выполнен сдвижным и размещен в кормовой части буровой шахты.

К недостатку БНИС-аналога можно отнести следующее:

- наличие сдвижного раструба, размещающегося в буровой шахте, требует соответствующего увеличения ее размеров, что приводит к увеличению размерений судна и его цены.

- для передвижения раструба из походного положения (из кормовой части буровой шахты) в рабочее положение (под буровую вышку в центр буровой шахты) требуются установка в буровой шахте устройств передвижения раструба и установка устройств стопорения раструба, что усложняет конструкцию судна в целом.

Из теории прочности балок с большим удлинением (В.В. Давыдов, Н.В. Маттес, И.Н. Свирцев - Учебный справочник по прочности судов внутреннего плавания: издание второе, переработанное и дополнительное - Издательство «Речной транспорт», Москва - 1958 г.), известно, что в случае изгиба балки, имеющую с одной стороны жесткую заделку, и лежащую на опорах и загруженную поперечными силами с другой стороны от опор, касательные напряжения, возникающие от реакции этих опор, в суммарных нормируемых напряжениях составляют малую величину (до 5%) и ими можно пренебречь.

При этом линия изгиба балки между опорами и жесткой заделкой может быть приближена к дуге большого радиуса. За счет сдвижки опор в перпендикулярном оси балки направлении. Следовательно, для БК, которая представляет собой балку сверхбольшого удлинения, ее малую кривизну и соответственно незначительную деформацию в районе входа БК в судно можно обеспечить несколькими кольцами, оказывающими на БК точечное воздействие и обеспечивающими изгиб БК по дуге большого радиуса.

Целью настоящего изобретения является предложить БНИС, имеющее буровую шахту с закрытиями, выполненными в виде поворотных крышек с устройством для ограничения изгиба бурильной колонны при качке судна, не занимающем место в рабочих зонах судна.

Цель изобретения достигается за счет замены на БНИС направляющего раструба для БК с большими габаритами на ограничительные кольца с малыми размерами, через которые проходит БК при выполнении буровых работ и которая при изгибах от качки судна ложится на внутренние поверхности этих колец как на опоры, при этом ограничительные кольца устанавливаются на створках крышек устройства закрытия буровой шахты, а внутренний диаметр колец выбирается из условия обеспечения изгиба БК по дуге большого радиуса.

Предлагаемое изобретение поясняется на чертеже (фиг. 1), на котором изображен общий вид БНИС.

БНИС 1 имеет корпус 2, в котором под буровой вышкой 3 размещена прямоугольная буровая шахта 4, выгороженная водонепроницаемыми поперечными переборками 5 и продольными переборками 6. На уровне главной палубы 7 буровая шахта 4 закрывается двумя прямоугольными поворотными крышками 8, в каждую из которых вварены полукольца 9 диаметра d₁.

В закрытом положении крышек 8 полукольца 9 образуют верхнее ограничительное кольцо. Днищевой вырез буровой шахты 4 имеет для закрытия днищевые прямоугольные поворотные крышки 13, в каждую из которых вварены полукольца 14 d₂, большего, чем d₁. В закрытом положении днищевых крышек 13 полукольца 14 соединяются и образуют единое днищевое ограничительное кольцо.

При начале бурения, БК 10 опускаются из буровой вышки 3 через ротор 11 и спайзер 12 и затем через верхнее ограничительное кольцо, образованное полукольцами 9, и днищевое ограничительное кольцо, образованное полукольцами 14.

При качке БНИС 1, буровые трубы БК 10 изгибаются по большому радиусу R, за счет контакта с верхним ограничительным кольцом, в точке 1 и контакта с днищевым ограничительным кольцом, в точке 2. Диаметр d₁, верхнего ограничительного кольца и диаметр d₂ днищевого ограничительного кольца выбираются из условия обеспечения изгиба БК 10 с наибольшим радиусом R.

На чертеже (фиг. 2) показан поперечный разрез БНИС 1 по буровой шахте 4 с открытыми крышками 8 и 13 для спуска через шахту 4 крупногабаритного оборудования 15 (райзера, блока превенторов, воронки для повторного ввода и другого оборудования). Крышки 8 и 13 показаны в открытом положении.