Виконання роботи Компенсатори вертикальних переміщень на хвилі мпбу без спирання на дно акваторії
Компенсатори вертикальних переміщень (КВП) були створені для буріння свердловин з морських плавучих бурових установок (МПБУ), які не спираються на дно акваторії в робочому положенні, з метою звести до нуля дію вертикальних переміщень МПБУ на бурильну колону або будь-яке інше устаткування, підвішене до підйомного гаку.
КВП виступає в ролі гнучкого зв’язку між бурильною колоною у свердловині та самою МПБУ, що піддається силовій дії хвилі в акваторії. КВП являє собою таку частину бурової установки, яка дозволяє вести механічне буріння навіть в умовах бурхливої поверхні акваторії.
Компенсація вертикальних переміщень МПБУ на хвилях (знерухомлення буриль-ної колони відносно вибою свердловини) може бути досягнута декількома різними способами, а саме:
- зміною довжини талевого каната, на якому підвішений талевий блок;
- компенсацією переміщень підйомного гака і усього, що до нього підвішено, з використанням КВП, встановленого між талевим блоком і гаком (застосуванням КВП на талевому блоці);
- компенсацією переміщень талевого блока з підйомним гаком (гакоблока) з використанням КВП, встановленого під підкронблочною рамою (застосуванням під-кронблочного КВП).
Нині в морському бурінні переважно застосовують КВП двох останніх типів: КВП, вбудовані між талевим блоком і підйомним гаком (КВП на талевому блоці), та КВП, змонтовані між наголовником бурової вишки та рамою кронблока (підкронблочні КВП). КВП застосовуються не лише при механічному бурінні для підтримання сталого навантаження на долото, але також при виконанні інших операцій, таких як спуск і підйом комплексу противикидного обладнання на підводне устя свердловини, опускан-ня обсадних колон, проведення геофізичних досліджень у свердловини, бурінні з відбором керну, аварійно-ловильних роботах.
Компенсатори пасивного типу застосовуються через простоту їх експлуатації. У цих конструкціях використовується природний процес розширення і стискування газу в балонах акумулятора і зміна параметрів газу походить від дії навантаження на гаку, без внесення іншої додаткової енергії.
У активних системах компенсації на параметри газу або рідини впливають додатково, наприклад за допомогою примусового переміщення поршня акумулятора від гідравлічної слідкуючої системи.
В той час, як в КВП, встановленому між талевим блоком і підйомним гаком, траєкторія переміщень плунжерів в гідроциліндрах збігається з лінією дії прикладених до них сил (або паралельна їм), в підкронблочному КВП можуть застосовуватися два гідроциліндри, нахилені до вертикалі.
Метою використання КВП є підтримання постійного осьового навантаження на долото при вертикальних переміщеннях МПБУ на морській хвилі. Оскільки КВП діє аналогічно гідропневматичній пружині (подушці) вже з самого принципу його дії випливає обов’язкове існування залежності між силою на плунжері гідроциліндра та переміщенням плунжера. Теоретично можна позбутися такої залежності, якщо збільшити до нескінченно великого об’єм газу в газовій порожнині пневмогідроаку-мулятора (ПГА), приєднаного до гідроциліндра КВП.
П
ри
застосуванні похилих гідроциліндрів
горизонтальна та вертикальна компоненти
створюваної ними сили змінюватимуться
з переміщенням, одночасно буде змінюватися
кут нахилу осей гідроциліндрів до
вертикалі. Завдяки цьому діапазон
варіації осьового навантаження на
долото по довжині переміщення при
застосуванні підкронблочного КВП буде
суттєво меншим, ніж у випадку вертикальних
гідроци-ліндрів при однаковому об’ємі
газу в ПГА. Робочі характеристики КВП
двох названих типів, побудовані в
координатах „Переміщення → навантаження”
наведено на рис. 1, на якому нуль системи
координат а) і б) відповідає положенню
плунжера посередині гідроциліндра
(середині ходу плунжера).
а) - схема і робоча характеристика КВП, вбудованого між талевим блоком і гаком, а також підкронблочного КВП з вертикальними циліндрами);
б) - схема і робоча характеристика підкронблочного КВП;
в) - зміна вертикальної та горизонтальної складових зусилля на плунжері гідроци-ліндра у функції ходу плунжера;
Рисунок 1 - Принципові схеми і робочі характеристики КВП різних типів
У КВП, встановленому між талевим блоком і підйомним гаком, неможливо застосувати похилі циліндри. Переваги цього принципу цілком реалізуються в підкронблочному КВП. Здавалося б, що застосування підкронблочного КВП спряжене із зменшенням корисного навантаження на МПБУ, оскільки в цьому випадку значна маса розташовується високо над ватерлінією. Однак практикою доведено, що ні збільшення метацентричної висоти, ні зменшення маси напрямного візка талевого блока не створюють суттєвої різниці між корисним навантаженням на МПБУ, оснащену підкронблочним КВП або КВП, встановленим між талевим блоком і підйомним гаком.