книги из ГПНТБ / Капустин, К. Я. Плавучие буровые установки и буровые суда

пяться вышки, специально предназначенные для морского буре­ ния с ПБУ.

Буровая вышка на ПБУ должна иметь уменьшенную парус­ ность для снижения общей парусности и уменьшения нагрузки на ПБУ. Вышки часто сооружают башенного типа с возможностью передвижения верхнего кронблока в двух или одной плоскости, что позволяет вести бурение нескольких скважин. Буровая выш­ ка на ПБУ в отличие от наземной рассчитывается на инерцион­ ную нагрузку с учетом качки и ураганного ветра. Оттяжки на вышку для повышения ее устойчивости и прочности на ПБУ практически не устанавливаются. В связи с этими требованиями прочность и конструкция вышки для ПБУ значительно отличается

для бурения скважин до 5000 м, без двух верхних секций.

В наземных установках применяется довольно разнообразный привод лебедок, ротора и насосов: дизельный, электропривод с высоким напряжением, электропривод с низким напряжением. В мировой и отечественной практике для ПБУ применяется лишь один вид привода. Привод ротора, лебедок и буровых насосов производится от электромоторов постоянного тока напряжением в 380—500 В. Это обстоятельство объясняется следующими сооб­ ражениями.

Применение индивидуального привода для буровых установок от дизелей вызывает необходимость обслуживания двух силовых станций: для буровой установки и для собственных нужд ПБУ, что неудобно.

Значительные габариты буровой установки с дизельными

сравнению с электродвигателем, во время работы большая. Исхо­ дя из этих факторов, все современные ПБУ и БС имеют приводы только от электродвигателей.

Собственная электростанция ПБУ позволяет снабжать всех потребителей током любого напряжения без каких-либо значитель­ ных потерь энергии в связи с малыми расстояниями между элек­ тростанцией и потребителями. Наилучшее положение создается при использовании невысокого напряжения, так как это умень­ шает размеры и стоимость пусковой аппаратуры, увеличивает безопасность при эксплуатации, особенно в морских условиях, и позволяет потреблять без трансформации электроэнергию для привода всех судовых устройств на ПБУ и для освещения. Необ­ ходимо иметь в виду, что большинство выпускаемого промышлен­

ностью оборудования (насосы, палубные механизмы и т. д.) имеют низковольтный привод.

В зарубежной практике все приводы БУ выпускаются обычно низковольтными, не свыше 500 В, специально для ПБУ.

23

Для того чтобы опустить корпус ПБУ на воду и вывести его из-под скважины и обустраивающего блока, приходится отодви­ гать роторно-лебедочный блок с вышкой в сторону от прорези в корпусе ПБУ. Обычно площадку под вышкой вместе со всем обо­ рудованием изготовляют перемещающейся вдоль сооружения в виде прочного металлического портала, перекрывающего вырез в корпусе во время бурения.

Состав и расположение оборудования для приготовления буро­ вого раствора может быть самым разнообразным, все зависит от принятой технологии обработки раствора и материала. Широкое использование за рубежом порошкообразных веществ для приго­ товления промывочного раствора значительно упрощает его при­ готовление и делает, например, излишним установку глиномеша­ лок. неотъемлемую деталь наших буровых установок. Для тех ПБУ, в которых для размещения оборудования используют основ­ ной корпус, обычно в отсеках корпуса размещают буровые насосы, глиномешалки для приготовления раствора, гидроциклоны и ем­ кости для хранения раствора. Запасы сухих материалов и цемента

транспортом направляются под палубу в помещения приготовле­ ния растворов.

ПОДЪЕМНЫЕ МЕХАНИЗМЫ И УПРАВЛЕНИЕ ПОДЪЕМОМ ПБУ

Для подъема понтона плавучей буровой установки на точке бурения применяют различные по конструкции механизмы. Об­ щим свойством этих механизмов является их способность пере­ мещать колонну в вертикальном направлении относительно кор­ пуса. Грузоподъемность подъемных механизмов в сумме должна быть не менее веса поднимаемого из воды понтона в комплекте с буровым, энергетическим и вспомогательным оборудованием, а также со всеми необходимыми запасами.

Если вес корпуса ПБУ без колонн обозначить Ркор, то необхо­

Скорость перемещения колонн или корпуса ПБУ не играет решающей роли вследствие кратковременного и редкого их ис­ пользования. Принято считать, что скорость перемещения доста­ точна, если она позволяет установить ПБУ на точке бурения в

24

течение светлого времени суток, при этом скорость подъема сов­ ременных установок находится в пределах 5—18 м/ч, а спуска вдвое быстрее.

Подъемные механизмы должны отличаться высокой надеж­ ностью, так как любое нарушение в их работе может повлечь большие материальные и даже людские потери. Поэтому блоки­ ровка, дублирование источников питания и автоматизация широ­ ко применяются в системах домкратов. В настоящее время приме­ няются следующие подъемные устройства: гидравлические подъемники с порталом и траверсами, гидравлические подъем­ ники без портала, но с траверсами, гидравлические приставные подъемники с каретками, механические реечно-шестеренчатые подъемники, механические подъемники с оснасткой.

Указанные виды подъемников, конечно, не исчерпывают всех модификаций, возможны и другие устройства. Применяемые в настоящее время подъемные устройства в основном относятся именно к перечисленным типам. Большое распространение имеют подъемники гидравлические фирмы «Де Лонг» и механические фирмы «Ле Турно».

Гидравлические подъемники по принципу действия не отлича­ ются друг от друга. Они состоят из двух захватов; подвижного и неподвижного. Подвижной приводится в действие гидравлическим домкратом, который последовательно захватывает колонну за уступы в ней и перемещает корпус ПБУ. Неподвижный захват служит для удержания корпуса ПБУ во время холостого хода подвижного захвата.

В табл. 2 приведены технические данные гидроподъемников для ряда ПБУ.

Кпреимуществам этого вида подъемников относится большая, практически неограниченная грузоподъемность, относительно не­ большой вес домкратов на тонну грузоподъемности и отсутствие технологических затруднений при его изготовлении.

Кнедостаткам прежде всего относится наличие сложной гид­ равлической системы привода подъемников, требующая тщатель­ ной наладки и регулярной профилактики всех систем и механиз­ мов. Управление этими подъемниками по определенным програм­ мам представляет весьма сложную задачу, решаемую с помощью

релейно-контакторных электрических схем. Значительные потери в гидравлических системах приводят к необходимости для подъе­ ма ПБУ затрачивать большую мощность, чем при механических подъемниках.

Механические подъемники более просты по конструкции и надежны в работе. Вследствие непрерывности процесса подъема ПБУ управление этими подъемниками во много раз проще, чем гидравлическими. Затрачиваемая мощность для этих подъемни­ ков благодаря отсутствию потерь в гидросистемах значительно меньше, чем у гидравлических. Механический подъемник обеспе-

25

Т а б л и ц а 2

чивает также лучшее распределение нагрузок по ветвям опорной колонны, что позволяет уменьшить ее вес.

К недостаткам механических реечно-шестеренчатых подъемни­ ков относится технологическая трудность в изготовлении шесте­ рен редуктора и реек опорных колонн с большим модулем, а механические подъемники с оснасткой обладают небольшой гру­ зоподъемностью и применяются лишь для небольших ПБУ.

струкции, в которую вмонтированы четыре домкрата, каждый из которых имеет два цилиндра, два поршня со штоком и один гид­ равлический замок для захвата колонны при ее перемещении. Два расположенных по диагонали колонны домкрата, имеющие ход поршня 2,6 м, являются рабочими домкратами для перемеще-

26

ния по колонне. Два других служат для удержания колонны при холостом ходе рабочих домкратов и имеют ход поршня 1,3 м.

Перемещение опорных колонн происходит циклично по шаговой системе: замки рабочих домкратов вводятся в зацепление с зуб­ цами колонны и при ходе поршней вниз опускают на высоту одного шага рейки колонны. Замки удерживающих домкратов удержи­ вают колонну в этом положении до возвращения замков рабочих домкратов в верхнее исходное положение.

Как только замки рабочих домкратов захватят колонну, замки удерживающих домкратов освободят ее для дальнейшего опуска­ ния. Эти циклы повторяются в период работы гидроподъемников.

Конструкция гидравлического подъемника показана на рис. 6. Как видно из рисунка, подъемник состоит из мощного четырех­ угольного сварного портала 14, неподвижно скрепленного с кор­ пусом понтана. В портал вмонтированы в верхней части цилиндры 15 домкратов с поршнем и штоком 12. В нижней части оба штока от одного домкрата присоединены к замку, который движется вверх и вниз по специальному направлению 8 в портале. По по­ перечным направляющим затвора 9 с помощью гидравлического зажима 10 перемещается затвор 11, входящий в зацепление с рей­ кой колонны. Для фиксирования положения замка по отношению к рейке колонны установлены механические конечные выключа­ тели 7 с электрическими датчиками. Положение по высоте замка можно фиксировать, помимо гидравлических домкратов, также

спомощью упорных винтов 13.

Вподъемнике имеется особое устройство 1 для направления колонны с определенным зазором через вырезы в понтоне в про­ цессе подъема и для фиксации опорных колонн в понтоне. Уст­ ройство состоит из двух направляющих 2, прижимаемых к кромкам двух зубчатых реек каждой опорной колонны посредством двух клиньев 3. Клинья приводятся в движение механизмом 4, распо­ ложенным в верхней части рамы подъемного устройства и управ­ ляемым гидравлически или вручную. Клинья передвигаются в

вертикальном направлении с помощью одной общей траверсы 6 с гайкой, перемещаемой одним винтовым шпинделем 5. Винтовой шпиндель в нижней части приводится посредством гидромотора через шестеренчатую передачу, а в верхней части — ручным ма­ ховиком 16.

Рабочие и удерживающие цилиндры управляются от гидрав­ лической системы, состоящей из клапанов и двух насосов высокого давления (250 кгс/см2) производительностью по 400 л/мин с элек­ тродвигателями мощностью 350 л. с. Управление замками произ­ водится от вспомогательного насоса низкого давления (70 кгс/см2) производительностью 27 л/мии с электродвигателем мощностью 7,5 л. с. Гидросистемой можно управлять как с индивидуального пульта управления около каждой колонны, так и с центрального пульта управления, расположенного в верхней рубке.

27

С помощью подъемного устройства производятся следующие операции при подъеме и спуске ПБУ: спуск опорных колонн на морское дно после прибытия на точку бурения, подъем корпуса ПБУ из воды до заданной отметки, вдавливание опорных колонн в грунт, спуск корпуса на воду после окончания буровых работ, подъем опорных колонн для перехода на новую точку бурения.

Рис. 7. Механический подъемник реечно-шестеренчатого типа.

Каждая из перечислеТгаых программ выполняется в определен­ ной последовательности и осуществляется с пульта управления. Работа программы заключается в выполнении одного полного цикла, в результате которого корпус ПБУ или колонна перемеща­ ется на один шаг рейки, после чего цикл повторяется. Количество циклов зависит от глубины моря на месте установки ПБУ и шага рейки.

М е х а н и ч е с к и й п о д ъ е м н и к (рис. 7) представляет собой реечно-шестеренчатый механизм, устанавливаемый на палубе ПБУ у грани колонны. К колонне приварена прямозубая рейка 1, кото­ рая находится в зацеплении с четырьмя шестернями подъемника, в результате чего вращательное движение зубчатых колес преоб­ разуется в поступательное движение корпуса ПБУ относительно колонн.

29

Подъемник состоит из портала 2, на котором, в целях умень­ шения высоты подъемника, в шахматном порядке установлены четыре автономных приводных механизма.

Портал выполнен в виде двух сварных стоек коробчатого се­ чения со стаканами 10 для уступов редукторов и подшипников ведомых валов;

Приводной механизм состоит из электродвигателя 6, соединен­ ного электромагнитной муфтой и тормозом 9 с планетарным ре­ дуктором 8. Последний в свою очередь приводит в действие от­ крытую зубчатую передачу ведущей 4 и ведомой 5 шестерни. На общем валу 7 ведомой шестерни непосредственно насажена рееч­ ная шестерня 3.

Электромотор соединяется с редуктором электромагнитной муфтой, что позволяет одновременно запустить группу электромо­ торов с последующим подключением их к механизму подъема, чем уменьшаются пусковые токи в сети электроснабжения. Примене­ ние планетарного редуктора с тремя передачами позволяет обес­ печить большое передаточное число при относительно небольших размерах редуктора.

В механизме подъема возможно применение зацепления М. Л. Новикова для зубчатых колес, что по сравнению с звольвентным зацеплением позволит уменьшить габариты и вес редуктора.

Ниже приведены данные механического подъемника для подъе­ ма большой треугольной платформы.

К другому виду механических подъемников относятся подъем­ ники с оснасткой. Здесь для подъема корпуса ПБУ используется тросовая система, сделанная по принципу полиспаста, что позво­ ляет принимать в качестве грузоподъемного устройства обычную грузовую лебедку, пропустив конец троса через систему блоков. Для подъема колонны часто используют плавучесть самой колон­ ны и специальный баллон, расположенный в нижней её части. Баллон создает подъемную силу, достаточную для всплытия ко­ лонны после снятия нагрузки от корпуса. Иногда, особенно в случае небольших глубин, для подъема колонн с грунта исполь­ зуют вспомогательную оснастку с креплением неподвижного бло­ ка к специальной стойке по высоте, равной высоте колонны в поднятом над водой состоянии.

30

Э л е к т р и ч е с к а я с и с т е м а у п р а в л е н и я д о м к р а т й- м и дает возможность осуществлять следующие операции: ручное управление подъемными устройствами путем включения каждой операции подъема после окончания предыдущей, автоматическое управление отдельной колонны или всех подъемников, синхрон­ ную работу всех подъемников во избежание перекоса корпуса, автоматическое выравнивание кренов и дифферентов корпуса.

Подъемниками управляют с общего пульта управления, а каждый подъемник имеет свою панель. Вся аппаратура управле­ ния, сигнализации и контроля, за исключением конечных выклю­ чателей, располагается в пульте управления.

К о л о н н а является той опорой, на которую устанавливают ПБУ в море в рабочем положении. Количество и конструкция, при­ менявшихся в мировой практике колонн самое разнообразное, во многих случаях это, по-видимому, результат патентных ограниче­ ний и недостаточного опыта в создании ПБУ. В настоящее время все зарубежные фирмы и отечественные проектные организации предпочитают изготовлять колонны двух конструкций: для глубин

рукций. Указанная нами граница использования конструкций колонн по глубине моря не является четкой и возможны отклоне­ ния в ту или другую сторону по различным соображениям в каж­ дом конкретном случае. Однако можно указать лишь на отсутст­ вие в практике строительства ПБУ со сплошными колоннами на глубинах моря свыше 40 м. Это объясняется желанием уменьшить вес колонн и волновую нагрузку на них.

Количество колонн строящихся ПБУ также в настоящее время вполне стабильно: для прямоугольных ПБУ их четыре, для тре­ угольных— три, по количеству углов сооружения. Это объясня­ ется тем, что по мере развития и совершенствования ПБУ многие соображения, игравшие раннее определенную роль, при выборе количества колонн уступили место одному основному требова­ нию — сооружение должно иметь наименьшее количество колонн, что позволяет уменьшить их стоимость, вес и облегчить управле­ ние подъемом ПБУ.

Если поперечные размеры колонны определяются целиком в результате расчета прочности, то их полную высоту можно зара­ нее вычислить, исходя из следующей зависимости:

где hB— глубина воды в месте бурения; а — возвышение ПБУ над уровнем моря; Н — высота борта ПБУ; /1дом — высота конструк­ ции домкратов; /гзад— наибольшая глубина задавки.

Величина возвышения ПБУ над морем устанавливается в за­ висимости от высоты гребня наибольшей расчетной волны над уровнем моря. Гребень волны не должен касаться днища ПБУ. Глубина вдавливания зависит от характера грунта в районах

31

Предполагаемой эксплуатации ПБУ и колеблется в пределах от Одо 8 м.

Для удержания и перемещения колонны в корпусе ПБУ к ней приваривают рейку, представляющую собой стальную полосу и

Рис. 8. Конструкция круглой колонны.

имеющую или отверстия для замков в случае гидравлических подъемников, или нарезанные зубья для ведущей шестерни в случае механических подъемников. Иногда применяют колонны

32