Полупогружные буровые установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Ещё с конца XIX и до 30-х годов XX в. для бурения в акватории возводились искусственные острова. Однако постоянно возрастающие энергетические потребности стран в совокупности со сложностью возведения насыпных островов на всё больших глубинах послужили причиной появления в 60-х гг. XX века плавучих полупогружных буровых установок. Они сделали доступным бурение в тех местах, где гравитационные установки, опирающиеся на дно, использоваться не могли.

Содержание

1. Виды плавучих буровых установок

2. Особенности применения полупогружных буровых установок

3. Конструкция

4. Виды ППБУ

5. Принцип работы системы удерживания платформы

6. Популярные модели

6.1 West Alpha

6.2 «Северное сияние»

6.3 «Арктическая»

6.4«Беркут»

7. Установка СПБУ на точке бурения

8. Особенности эксплуатации СПБУ

9. Технологическое оборудование СПБУ

1. Виды плавучих буровых установок

До сих пор бурение морских скважин осуществляется с несколькими типами плавучих буровых платформ:

· Самоподъёмной плавучей установкой - монтируется на дно при помощи специальных опор, корпус поднимается над поверхностью воды на недосягаемую для волн высоту.

· Буровых судов - благодаря высокой автономности и мобильности используются в отдалённых районах. Не могут эксплуатироваться при большом волнении моря.

· Полупогружных плавучих установок, включающих собственно буровую площадку, понтоны, заполняемые забортной водой, и стабилизирующие колонны. -- именно ППБУ являются наиболее востребованными при добычи нефти и газа.

2. Особенности применения полупогружных буровых установок

Создание полупогружных буровых (ППБУ) явилось следствием необходимости проведения бурения на глубинах более 100 м. По мере развития технологии появилась возможность при помощи данных платформ проводить бурение глубиной до 10000 м при глубине акватории до 6000 м. Размещается конструкция на понтонах непосредственно над местом бурения.

В основном ППБУ служат для разведочного бурения.

· Нефтяные и газовые структуры при этом находятся на глубине примерно от 90 м, когда эксплуатация самоподъёмных платформ становится уже неоправданной.

Транспортируются платформы до места работ как самоходным способом, так и при помощи буксиров. На месте удерживаются огромными якорями массой приблизительно 15 т.

Фото полупогружной плавучей буровой установки

Однако поддерживать постоянную нагрузку на подобную плавучую конструкцию довольно сложно и дорого, поэтому в современных ППБУ, таких как Deepwater Horizon, применяется цифровая система позиционирования, которая постоянно удерживает платформу при помощи подводных двигателей. Используя данную систему, от заданного места платформа может отклониться всего на несколько метров.

3. Конструкция

В конструкцию таких платформ входят верхний корпус, нижние понтоны, стабилизирующие колонны. Последние сверху присоединяются к корпусу, а в нижней части - к понтонам. При заполнении понтонов морской водой происходит их погружение (обычно на 18-30 м), при этом над поверхностью воды находится часть колонн и сам верхний корпус. Далее система заякоривается. В результате площадь ватерлинии резко уменьшается, что способствует уменьшению волновых нагрузок и облегчает задачу неподвижного удерживания платформы на месте.

Внутреннее пространство колонн имеет водонепроницаемые отсеки, в которых размещается различное оборудование, складские помещения, технологические и энергетические блоки. Понтоны также имеют внутренние отсеки, предназначенные для размещения технической и балластной воды, масла, топлива и т. п.

4. Виды ППБУ

Конструкций ППБУ сегодня много, различаются они как по способу транспортировки, о чём выше уже было упомянуто, так и по способу удержания. Последняя классификация предусматривает возможность создания следующих типов платформ:

· с системой удерживания при помощи якорей,

· с динамическим позиционированием,

· с удерживанием при помощи натяжных опор.

· По понятным причинам ППБУ с якорной системой удерживания могут использоваться для бурения на довольно небольших (до 300 м) глубинах.

В противном случае приходится существенно наращивать длины тросов якорей, увеличивать габариты и массу якорных лебёдок. В результате дрейф основания увеличивается.

Динамическое позиционирование платформы позволяет значительно упростить задачу удержания установки в неподвижном состоянии. Данная система состоит из вычислительной машины, акустической аппаратуры и восьми винтов продольного и поперечного направлений.

5. Принцип работы системы удерживания платформы

Акустическая аппаратура принимает свои же сигналы, отражаемые ото дна, а вычислительная машина, соответственно, определяет текущие координаты установки и при необходимости подаёт сигналы на двигатели, возвращая платформу в исходное местоположение. Эффективность данной системы с глубиной только возрастает, поэтому используют ППБУ с динамическим позиционированием для работ на глубинах до 6000 м.

ППБУ вышеперечисленных систем удерживаются полупогруженными в воду благодаря плавучести опор. Однако данная конструкция чрезвычайно чувствительна к изменениям схемы нагрузки платформы, возникающим, например, при перемещении тяжёлого оборудования на верхнем корпусе.

· На приливно-отливных акваториях работать на этих платформах чрезвычайно тяжело - установка смещается по горизонтали, что вызывает провисание или обрыв тросов якорей.

Этих недостатков лишён третий тип конструкции ППБУ - на натяжных опорах. В настоящее время они используются наиболее активно. Их основные элементы - опоры, понтоны, фундамент и растяжки для их соединения.

Монтаж данной ППБУ

· Фундамент, часто выполняемый в виде пустотелой массивной ёмкости, первым буксируется на место, куда доставляются и растяжки нужной заранее просчитанной длины.

· Растяжки нижними концами сцепляются скобами с фундаментом, отсеки которого заполняется водой пока лишь частично. Количество воды рассчитывается таким образом, чтобы фундамент погрузился не до самого дна, а на расстояние, на котором верхние части растяжек находились бы над поверхностью воды.

· Фундамент опускается в воду. Растяжки имеют положительную плавучесть, поэтому под водой они сами занимают вертикальное положение.

· Далее приходит платформа, верхние края растяжек закрепляются на понтонах, после чего оставшиеся секции фундамента полностью заполняются водой. Далее фундамент погружается на дно, увлекая понтоны на просчитанную глубину.

6. Популярные модели

В мире построено много плавучих нефте- и газодобывающих платформ, и каждая из них способна поразить обывателя своими масштабами. Это настоящие плавучие города посреди моря, в которых живут и работают десятки и даже сотни человек.

6.1 West Alpha

Одной из известнейших ППБУ можно смело назвать West Alpha. Именно на этой платформе в сентябре 2014 года в Карском море при бурении скважины «Университетская-1» было обнаружено крупное месторождение, названное в последствие «Победа». Сама же West Alpha - это норвежская буровая, построенная в 1986 году.

ППБУ West Alpha

До вышеназванного события эксплуатировалась исключительно в норвежских водах, но для работы в условиях крайнего севера была соответствующим образом модернизирована - добавили оборудование для мониторинга ледовой обстановки и установили систему для предотвращения столкновений с айсбергами.

Характеристики West Alpha

6.2 «Северное сияние»

ППБУ «Северное сияние» -- чрезвычайно большая и одна из наиболее современных в своём классе. Оснащена огромным количеством современного оборудования, причём не только импортного. Построена по заказу «Газпрома» для строительства разведочных и эксплуатационных скважин в суровых условиях на Выборгском СЗ.

Платформа позволяет бурить скважины глубиной до 7500 м на акватории от 70 до 500 м глубиной.

Ш Фиксируется восьмью якорями весом каждый по 15 т

Эксплуатироваться может при волнении моря до 8 баллов. Имеет подруливающие устройства и способна к самостоятельному передвижению со скоростью до 8 узлов.

Фото плавучей буровой установки «Северное сияние»

6.3 Арктическая

«Арктическая» относится к классу СПБУ и предназначена для бурения на шельфе разведочных и эксплуатационных скважин. Стоит она на трёх цилиндрических опорах шестиметрового диаметра высотой 72 м. Буровой блок размещается в кормовой части установки на выдвижной консоли. Вертолётная площадка и жилой комплекс -- в носовой части. Главный проектант - ЦКБ «Коралл».

Характеристики СПБУ «Арктическая»

Плавучая буровая установка «Арктическая»

6.4 «Беркут»

Одна из самых больших в мире ледостойких буровых платформ, обладающая массой надводной части 45 тыс. т. Устанавливается на гравитационное основание. Платформа оборудована системами защиты, позволяющими ей выдерживать землетрясения до 9 баллов и ледяные глыбы толщиной до 2 м.

Конструктивно представляет собой бетонный кессон прямоугольной формы с четырьмя бетонными колоннами высотой 55 м для размещения верхнего сооружения. Устанавливается на грунте при заполнении кессона и опор морской водой. С береговым комплексом сообщается посредством двух 500-мм трубопроводов.

Ш Платформа оснащается дополнительной мобильной буровой установкой для разведочного бурения на удалении до 7 километров от основной платформы.

Установлена для освоения месторождения Аркутун-Даги летом 2014 года, входит в проект «Сахалин-1». Работает на глубине 30-40 м.

7. Установка СПБУ на точке бурения

До установки СПБУ на точке бурения проводят инженерные изыскания грунта морского дна. Порядок и объем инженерных изысканий определяются в соответствии с программами изыска­тельских организаций и регламентируются действующими инст­рукциями, методиками и другой нормативно-технической доку­ментацией проектных организаций и органов надзора. Опреде­ляются глубины воды, течения, лунные и штормовые приливы, величины 10--50 и 100-летних штормовых волн в данном месте установки. Одновременно определяют глубины воды с помощью батиметрической съемки мелкой координатной сетки на площади 1 км2 с центром в точке установки СПБУ. Промерные линии располагают на расстоянии друг от друга не более чем 100 м.

Керн отбирают на глубинах, превышающих глубину предпо­лагаемого проникновения опор в грунт, а мелководную сейсми­ческую съемку проводят на 50% глубже предполагаемого заглуб­ления опор. Если предполагается, что в месте установки опор могут быть заглубленные трубопроводы или другие предметы, то рекомендуется проведение магнитометрического обзора или дру­гого метода с целью обнаружения металла. Если обнаружатся упомянутые преграды, то фактическое место установки коррек­тируется с целью обеспечения достаточной защиты и соответст­вующего расстояния от опасного предмета или преграды. После положительных результатов обследования на точке, признанной пригодной для установки СПБУ, устанавливают заякорен­ный буй.

До подхода СПБУ к точке установки подготавливают якоря, якорные цепи и рейдовые бочки в соответствии с комплектом «А» (два комплекта). Крановое судно с подготовленными комп­лектами подходит к месту, обозначенному буями, после чего яко­ря устанавливают так, чтобы СПБУ расположилась в определен­ном направлении по отношению к преобладающему в данном районе направлению ветра. Во избежание сноса вертолета на препятствия (при вертолетном обслуживании) диаметральная плоскость СПБУ устанавливается под углом 45° к преобладаю­щему направлению ветра.

После установки рейдовых бочек СПБУ подводят на возмож­но близкое к ним расстояние и удерживают двумя буксирами. Затем разматывают с лебедок СПБУ с помощью вспомогатель­ного судна швартовые тросы и закрепляют их на рейдовых бочках. После этого буксирным судном, соединенным с носовой частью СПБУ, дают натяжение тросам и наматывают на лебедки СПБУ швартовые тросы, фиксируя СПБУ в заданном месте. Затем приступают к спуску опорных колонн. Чтобы сократить время при подходе СПБУ к месту установки, опорные колонны предварительно опускают на глубину, исключающую касание колонн о морское дно при волнении. Во время спуска опорных колонн при достижении морского дна и вдавливании их в грунт осадка СПБУ начинает уменьшаться за счет действия веса СПБУ на опорные колонны. При этом крен (или дифферент) платформы, возникающий за счет неровностей и прочности грунта морского дня, допускается не более 1 --1,5°. При заглублении опорных колонн в грунт и нахождении СПБУ в воде на колонны передается горизонтальная нагрузка от волн, действующих на корпус.

В положении, когда вес опорных колонн полностью восприни­мается грунтом, а корпус СПБУ находится на плаву, к этим нагрузкам добавляется нагрузка от ударов захватов о нижние и верхние кромки окон опорных колонн, возникающая от верти­кальной качки СПБУ, которая возрастает при увеличении волне­ния. Поэтому это положение СПБУ необходимо пройти по воз­можности быстро.

Корпус установки поднимают одновременно всеми подъем­никами, устраняя при этом возникающие крен или дифферент. При подъеме корпуса задавливание колонн в грунт ведут в несколько этапов. Первый этап -- когда давление в цилиндрах достигнет 25% от давления, соответствующего номинальной на­грузке на колонну, . Затем два диагонально расположен­ных подъемника колонн останавливают, а двумя подъемни­ками корпуса поднимают корпус до тех пор, пока давление в остановленных подъемниках не упадет до нуля, а в работающих поднимется до 45% от . После этого аналогично задавливают вторую пару опор. Давление в опорных колоннах выравнивают, и подъем корпуса продолжают до тех пор, пока давление в рабо­чих полостях гидроцилиндров не достигнет 40% от . После этого производят второй раз задавливание колонн, пока в гидро­цилиндрах задавливаемых колонн давление не достигнет 75% от . Затем давление опять выравнивают, и подъем корпуса продолжают. Следующее задавливание осуществляют при дости­жении давления 70% от и т. д.

Подъем производят до тех пор, пока корпус не выйдет из воды и не прекратятся удары волн о днище корпуса. После достижения максимального давления в цилиндрах подъемники останавливают и выдерживают 20--30 мин. Если же при этом давление в подъемниках не изменится, то задавливание опор считают законченным. Затем выравнивают давление в цилиндрах подъемников, поднимают корпус на заданную высоту над уров­нем моря, окончательно выравнивают его и закрепляют сто­порящими устройствами, разгружая этим гидросистему подъема. Подъем закончен, и СПБУ установлена в рабочее положение.

8. Особенности эксплуатации СПБУ

В процессе всего срока эксплуатации СПБУ должна обеспе­чивать безопасность производства работ при строительстве неф­тяных и газовых скважин. Эта безопасность обеспечивается жи­вучестью установки, т. е. ее способностью противостоять аварий­ным повреждениям, возникновению распространению пожаров, взрывов, сохраняя при этом в достаточной мере мореходные ка­чества установки на плаву и эксплуатационные качества ее в рабочем положении при строительстве скважин.

Опасными явлениями при бурении могут быть: образо­вание грифона вблизи работы СПБУ, нефтегазопроявления из бурящейся скважины, просадка опорных колонн в грунт, ле­доход.

Образование грифона представляет большую опасность для СПБУ. При появлении грифона за ним организовывается кругло­суточное наблюдение, и в случае продвижения грифона к опор­ным колоннам работу на СПБУ прекращают и вызывают спа­сательные суда и подготавливают установку к снятию с точки бурения. Корпус приспускают и оставляют над водой на высоте 0,5--2 м (в зависимости от погодных условий). При необходи­мости корпус переводят в положение «на плаву». Колонны под­нимают, и установка дрейфует до подхода судов. Решение о снятии СПБУ принимает начальник установки. При угрожающем положении начальник принимает решение о срочной эвакуации людей с установки спасательными судами или вертолетами. При неуправляемом нефтегазоводопроявлении, если все принятые меры не дали положительных результатов, начальник принимает решение об эвакуации людей с СПБУ.

При появлении крена или дифферента СПБУ бурение пре­кращают и подъемниками производят выравнивание корпуса с последующим задавливанием колонн в грунт. Весьма опасен момент, когда при просадке одной из опорных колонн СПБУ продолжает стоять на трех колоннах. В этом случае при шторме вся нагрузка будет восприниматься тремя колоннами, что может привести к аварии. Поэтому надо систематически контролировать положение СПБУ (не реже одного раза в неделю к после шторма несущую способность грунта под колоннами). Для этого корпус СПБУ приподнимается на 10--20 мм так, чтобы нагрузка пере­давалась на цилиндры гидроподъемника, а не через разгрузоч­ные стопорные винты. При равномерной нагрузке давление во всех четырех рабочих полостях цилиндров одинаковое. Если это условие не соблюдается, то колонны задавливают повторно.

При наличии льда нагрузки на СПБУ от его воздействия устраняют систематическим обкалыванием льда ледоколами вокруг СПБУ. Опасно также обледенение опорных колонн вследствие резкого возрастания на них волновых нагрузок.

Для эвакуации людей на СПБУ имеется расписание тревог. Устанавливается оповещение по системе авральной сигнализации и радиотрансляции, назначаются ответственные лица по прове­дению каждой операции по эвакуации.

Как указывалось ранее, весьма опасными операциями являются снятие СПБУ с оконченной бурением сква­жины, перегон и монтаж на новую точку установки. По статис­тическим данным, значительная часть аварий происходит в упо­мянутых случаях. В остальном технология и техника строитель­ства скважин существенно не отличаются от строительства скважин на суше.

9. Технологическое оборудование СПБУ

плавучий буровой установка

Опыт производства буровых работ в морских акваториях определил требования, предъявляемые к плавучим буровым установкам, и в частности к СПБУ, которые в основном, в связи со спецификой работ в море, заключаются в:

· высокой производительности буровой установки при строительстве скважины;

· быстром перемещении СПБУ с оконченной бурением скважины на новую точку;

· обеспечении ее мореходности при переходе на незначительные и большие расстояния;

· повышенной опасности работ и, следовательно, обеспечении безопасности производства этих работ;

автономности, т. е. обеспечении достаточными запасами мате­риалов для нормального бурения, а также продуктами, нормаль­ными жилищными условиями обслуживающего персонала и др.

В мировой практике на основании многолетнего опыта класси­фикационными обществами и организациями разработан ряд правил и других, руководящих и нормативных документов, регла­ментирующих применение общесудового и технологического обо­рудования и систем, обеспечивающих их безопасность и надеж­ность в работе.

Комплекс технологического оборудования включает:

· буровое оборудование для бурения скважины;

· оборудование по приготовлению, подаче, утяжелению, реге­нерации и хранению бурового раствора и очистке раствора от выбуренной породы;

· оборудование для приема и хранения порошкообразных мате­риалов для приготовления бурового и цементного растворов;

· оборудование приготовления и нагнетания в скважину цементного раствора при креплении скважины

· оборудование для производства электрометрических и каро­тажных работ в скважине;

· подводное устьевое (противовыбросовое) оборудование;

· оборудование для освоения скважины;

· вспомогательное оборудование (грузоподъемные краны, тель­феры, оборудование малой механизации и др.);

· оборудование по предотвращению загрязнения моря;

· системы управления и контроля технологическим процессом строительства скважины.

В соответствии со степенью ответственности и опасности участ­ки производства буровых работ классифицируются по зонам, составляющим в целом район буровой скважины: устье скважины, резервуары с буровым раствором, циркуляционную систему буро­вых растворов, включая буровые насосы, вибросита, песко- и илоотделители, дегазаторы и другие механизмы.

Подвышечный портал на СПБУ «Бакы»

Ниже в качестве примера приведено описание размещения технологического оборудования на СПБУ «Бакы».

На подвышечном портале (рис.7) установлены: буровая выш­ка (рис.8), механизм крепления неподвижного конца талевого каната ^ 1, вспомогательная лебедка 2, стойка для крепления машинных ключей 3, кассеты для установки УБТ 4, подсвечник 5 для ручной расстановки свечей бурильной колонны, ограничитель подъема талевого блока 6, ротор 7, главный пульт бурильщика 8, электропривод буровой лебедки 9, воздухосборник 10, регулятор подачи долота 11, буровая лебедка ЛБУ-1700 12, ключ АКБ-3М2 13, пневмораскрепитель 14, кабина с КИП 15, магазин автомати­ческой расстановки свечей 16, пульт управления 17 СПО и пульт управления вспомогательной лебедкой 18. На буровой вышке (см. рис. 7) установлены: кронблок 1, балкон механизма переноса свечей 3, механизм захвата и механизм подъема свечей, талевый блок, подвешенный на талевом канате 4, автоматический элеватор и вертлюг 5.

При ручной расстановке свечей вместо талевого блока и автоматического элеватора применяют крюкоблок. Кроме этого, на вышке расположены монтажный блок, подвижный центратор 2, нижний блок, укрытие, подвески машинных ключей и др.

На главной палубе размещена циркуляционная систе­ма, включающая блок рабочих емкостей общей вместимостью 120 м3.

На блоках смонтированы: сдвоенное вибросито для очист­ки бурового раствора производительностью 50--60 л/с, вакуумный дегазатор для дегазации бурового раствора, пескоотделитель, шламовые насосы для подачи воды или раствора в гидросме­сители, механические перемешиватели , гидравлические перемешиватели . В зоне обслуживания крана, у вибросит, установлены специальные контейнеры для сбора шлама выбуренной породы и отправки ее на берег.

Под порталом на площадке установлены: противовыбросовое оборудование, включающее два плашечных превентора; универ­сальный превентор, гидроуправление превенторами и задвижками, манифольд; аварийный (ручной) привод закрытия и открытия плашек превенторов и трубопроводы гидравлического управле­ния. Управление превенторами и задвижками манифольда осу­ществляется дистанционно с двух пультов: основного, размещен­ного вне буровой площадки, и вспомогательного, установленного у поста бурильщика. В трюмах размещены: в отсеке запасных емкостей запасные емкости бурового раствора, в насосном отде­лении -- три буровых насоса У87-М2 с электроприводами, два шламовых насоса и насос 9МГР.

Список литературы

1, Коршак А.А., Шаммазов А.М. Основы нефтегазового дела. Уч. Для ВУЗов: - Уфа.: ООО <<<ДизайнПолиграфСервис>>>, 2001 - 544 с.: илл.

2. Воздвиженский Б.И. Разведочное бурение / Б.И. Воздвиженский, О.Н. Голубинцев, А.А. Новожилов. - М.: Недра, 1979. - 510 с.

3. Советов Г.А. Основы бурения и горного дела / Г.А. Советов, Н.И. Жабин. - М.: Недра, 1991. - 368 с.

Размещено на Allbest.ru