Типы морских буровых судов и установок для разведочного и эксплуатационного бурения (стр. 4 )

Оценка существующих морских буровых оснований и установок приводит к выводу, что наиболее полно этим двум критериям отвечают два типа буровых установок: смонтированные на самоходных судах и подводные, дистанционно управляемые агрегаты.
Типы МБУ на самоходных судах и дистанционно управляемые ПБА логично оценивать по остальным критериям эффективности. Их оценка имеет смысл при возможности бурения установкой на судне и ПБА скважин одинаковых назначений и параметров в одинаковых районах. В этой связи представляется неправомерным выполненное специалистами ВИТР сравнение по экономической эффективности бурения скважин ПБА и с судна «Бавенит» в пользу применения ПБА. Возможности ПБА
еще долго будут ограничиваться глубинами бурения по породам до 30 м, судно же «Бавенит» предназначено для бурения скважин номинальной глубиной 200 м по породам.

МБУ, смонтированные на самоходных судах, позволяют бурить разведочные скважины любых требуемых параметров на акваториях с различными условиями.
Экономический анализ бурения с самоходных судов показывает, что их применение обеспечивает:

значительную экономию средств в структурно-поисковом и глубоком разведочном бурении на глубинах моря 40 — 60 м; на больших глубинах другого экономичного способа бурения таких скважин практически вообще не существует; окупаемость затрат на сооружение бурового судна в структурном бурении ориентировочно в течение 3 лет, в глубоком разведочном бурении — 5 лет.

  Бурение дистанционно управляемыми ПБА до настоящего времени ограничено преимущественно диаметрами скважин до 0,092 м, глубиной до 30 м по породам.
Бурить скважины таких и близких к ним параметров, особенно на глубинах акваторий более 100 м, в перспективе (с появлением надежных конструкций ПБА) может оказаться эффективнее с использованием ПБА, чем МБУ на самоходном судне.

Предпочтение здесь имеют ПБА с кассетированием керно-приемников на платформе агрегата. Это обусловлено сокращением затрат времени на выполнение вспомогательных работ за счет исключения процессов транспортирования кер-ноприемников в каждом рейсе на судно и обратно. Эффективность бурения таких ПБА по сравнению с МБУ на самоходных судах по этим затратам существенно возрастает с увеличением глубины разведываемых акваторий.

Наибольшую перспективу имеет применение дистанционно управляемых ПБА при проведении глубоководных исследований, в частности разведке полиметаллических сульфидных руд.

Обусловлено это также качеством получаемой геологической информации.

Рудопроявления массивных полиметаллических сульфидов приурочены к поверхностным горизонтам океанического дна. Однако известные технологии забуривания скважин с судов на акваториях с глубинами в несколько тысяч метров, как правило, не предусматривают возможности отбора керна из поверхностных горизонтов дна.

Попытки бурения сульфидов с борта судна «Джоидес Резолюшн» в 1985 г. показали трудность отбора полноценных образцов керна вследствие их разрушения, вероятно, из-за вибрации длинного бурового снаряда.

Для повышения конкурентоспособности ПБА с МБУ на самоходных судах необходимо увеличить возможные глубины эффективного бурения по породам ПБА с кассетировани-ем керноприемников.

Важным препятствием на пути увеличения глубин бурения скважин по породам кассетными ПБА является возрастание их габаритов и массы. В связи с этим представляется целесообразным осуществлять отбор керна не по всей скважине, а с отдельных ее интервалов, обоснованных геологами.

Так как требования к отбору керна при бурении скважин различных назначений не одинаковы, имеет смысл создавать ПБА различных конструктивных исполнений, а не универсальные.
Например, для инженерно-геологических исследований морского дна необходимы ПБА с возможностью пенетрационного каротажа и отбора керна (монолитов) длиной по 0,2-0,3 м только с отдельных интервалов скважины вращательным способом. Следовательно, для бурения на море инженерно-геологических скважин глубиной до 30 м по породам приемлемы ПБА с 1 0 кассетами длиной 0,5 м каждая.

В зависимости от конкретных условий участка моря, на котором необходимо бурить скважины, более рациональными могут оказаться другие технические решения.

Например, при бурении единичных скважин в волноприбойной зоне или зоне осушки приливно-отливных акваторий более простым и надежным может оказаться использование станков, смонтированных на буровой вышке с балластными камерами или без них; в зимние месяцы года бурение на шельфе арктических морей целесообразно осуществлять с ледяного припая и ледовых полей. Преимущество этих решений заключается в существенном уменьшении капитальных затрат на
строительство бурового основания, а также в том, что они позволяют с успехом применять для бурения наземные буровые станки и технологии.

Однако объемы бурения в таких условиях незначительны. Поэтому и в этих случаях экономически выгодно задействовать буровое судно, используя его в качестве вспомогательного для жилья, питания и отдыха бурового персонала, обеспечения бурового станка электроэнергией, горюче-смазочными материалами, технологическим оборудованием и инструментами, выполнения грузомонтажных и спасательных работ и т. д. Подавляющее большинство разведочных скважин необходимо
бурить на сравнительно открытых акваториях шельфа, и здесь следует ориентироваться на буровые установки, смонтированные на самоходных судах, и на дистанционно управляемые подводные буровые агрегаты. Общая характеристика и классификация морских стационарных платформ представлена на рисунке 8. На рисунке 9 показаны основные типы судов(платформы, буровые суда, буровые установки в различном исполнении).

Рисунок 8 – Классификация морских стационарных платформ

Рисунок 9 – Основные типы судов для обеспечения нефтегазодобычи на морских месторождениях

Комментарии к рисунку 9:

1, 2 – Погружные буровые установки (БУ), глубины до 450 м; 

3 - Самоподъемная БУ (СПБУ), глубины 450-900 м;

4 – Полупогружная БУ (ППБУ) с основанием TLP, глубины 150-1050 м;

5 – ППБУ с основанием SPAR, глубины 600-3000 м;

6 – ППБУ с якорной системой, глубины 450-1800 м; 7 - ППБУ с натяжными связями TLP, глубины 450-2100 м; 8 - Судно FPS0 (плавучая система нефтедобычи, хранения и выгрузки);  9 – Подводное ПВО, глубины до 2100 м.

  Буровая баржа - вид морской буровой установки используемой на первом этапе разработки месторождения, для бурения скважин в основном на мелководных и защищенных участках.
Область применения - внутриконтинентальные месторождения устья рек, озера, болота, каналы и на небольшой глубине (как правило от 2 до 5 метров). Буровые баржи, обычно – несамоходные, и поэтому не в состоянии проводить работы в ситуации открытого моря.

Внешний вид буровой баржи представлен на рисунке 10.

Рисунок 10 – Внешний вид буровой баржи на морском месторождении

  Самоподъемная плавучая буровая установка по способу перемещения, видам работ, форме корпуса и структуре производственной платформы напоминает буровую баржу, и иногда является модернизированной буровой баржей. В конструкцию включены три, четыре или пять опор с башмаками, опускаемых и задавливаемых в дно на время осуществления буровых работ.
При этом также может производится заякоривание буровой установки, но стояние на опорах является более безопасным режимом эксплуатации, так как в этом случае корпус не касается поверхности воды.
  Глубина воды на которой может работать самоподъемная буровая платформа ограничена, как правило длиной опор и не превышает 150 метров. Типовая самоподъемная плавучая буровая установка показана на рисунке 11.

Рисунок 11 – Типовая самоподъемная плавучая буровая установка

  Погружная буровая установка представляет из себя платформу с двумя, помещенными друг на друга, корпусами.  В верхнем корпусе располагаются жилые помещения для экипажа, как и на обычной буровой платформе. Нижняя часть – заполняется воздухом (чем обеспечивает плавучесть) при перемещении, а после прихода на место назначения, воздух выпускается из нижнего корпуса, и буровая платформа погружается на дно.
Преимуществом погружных установок является высокая мобильность, однако при этом глубина выполнения буровых работ – невелика и не превышает 25 метров. Внешний вид установки данного типа представлен на рисунке 12.

Рисунок 12 – Погружная буровая установка

  Полупогружная буровая установка это наиболее распространенный тип морских буровых установок, сочетает в себе преимущества погружных конструкций и способность проводить буровые работы на глубине более 1500 метров. Конструкция полупогружной установки включает опоры, которые обеспечивают плавучесть платформы и обеспечивают большой вес для сохранения вертикального положения.  Полупогружная буровая установка представлена на рисунке 13. В процессе передвижения полупогружная морская буровая установка происходит закачивание и выкачивание воздуха из нижнего корпуса (когда выпускается воздух полупогружная установка притапливается лишь частично, не достигая при этом морского дна и остается на плаву). В процессе буровых работ осуществляется заполнение нижнего корпуса водой, в результате чего достигается необходимая устойчивость. Укрепление тяжелыми 10-тонными якорями, дает гарантии безопасности при эксплуатации платформы в бурных морских водах. При необходимости удерживать установку на одном месте также применяется активное рулевое управление.

Рисунок 13 – Полупогружная буровая установка

2.4  Морские ледостойкие стационарные платформы

Первое существенное изменение конструкции морских платформ произошло в 60-х годах при проектировании сооружений, предназначенных для эксплуатации в заливе Кука у Аляски. Обширные движущиеся ледовые поля могут ударяться о сооружение и оказывать на него нагрузки большие, чем штормовые ветер, волны и течение. В конструкциях сооружений, предназначенных для этого района, удалены диагональные и горизонтальные связи в зоне, соответствующей приливным изменениям горизонта воды, а также там, где они могут быть разрушены плавающим льдом. Верхнее строение у таких сооружений опирается на четыре колонны большого диаметра. Внутри каждой колонны по периметру забито несколько свай. Такие конструкции МСП башенного типа получили название ледостойких. Одно из таких сооружений в период его эксплуатации имеет следующие параметры. Колонны опорного основания имеют диаметр 4,6 м и высоту 42 м, через каждую из них в грунт на глубину до 27 м забито по восемь свай диаметром 0,75 м.

Рассчитанные в основном на восприятие ледовых воздействий, эти сооружения устанавливают так же, как обычные. Опорное основание собирают на береговой площадке, буксируют к месту эксплуатации, устанавливают в вертикальном положении и закрепляют с помощью свай, забиваемых через колонны.

Благодаря большому диаметру колонн, опорное основание обладает достаточной плавучестью, что позволяет обойтись без специальных барж для транспортировки.

Ниже в качестве примера приведено краткое описание платформы «Доллы Уорден», установленной в заливе Кука. Платформа разработана для бурения куста скважин из 32 - 48 скважин двумя буровыми установками и рассчитана на следующие параметры:

Скорость, м/с:

максимальная непрерывно продолжающаяся …..…….. 27

порывистого ветра ………………………………..……...36

морских течений …………………………………. ……3,05

Толщина ледяного покрова, м …………………………...1,8

Температура, 0 С:

окружающего воздуха ……………………………. ….…40

подводной среды ………………………………….. ….….7

Максимальное колебание отливов и приливов, м … .….10,7

Максимальная масса айсбергов, т ………………….. .…..40

Квадратный корпус платформы расположен на высоте 54,6 м от морского дна. Масса корпуса 500 т. Корпус опирается на четыре цилиндрические опоры диаметром 5,2 м. Расстояние между центрами опор 24,4 м. Опоры изготовлены из хладостойкого стального листа толщиной 19 – 51 м. Более толстая часть листа опор расположена в месте контакта лед – воздух на длине периодической смачиваемости. Внутри опорные колонны усилены внутренней трубой диаметром 2,75 м и рядом горизонтальных диафрагм и вертикальных ребер жесткости по всей длине колонны. Вверху колонны соединены четырьмя горизонтальными поясами, изготовленными из хладостойкого стального листа толщиной 19 – 25 мм. Пояса внутри усилены кольцевыми диафрагмами и продольными ребрами жесткости и служат опорой палубы платформы. Внутри поясов размещены отсеки для хранения питьевой и технической воды, топлива и стоков жидкости.

Подводная часть конструкции внизу связана горизонтальными и диагональными трубчатыми элементами диаметром 1,8 м. Платформа крепится ко дну 28 сваями диаметром 840 мм и длиной 106,7 м., расположенными внутри ног и углубленными в морское дно на 55 м. Свай служат также направлением для бурения восьми скважин в каждой опоре. Масса опорной части 4400 т.

Трехпалубная система установлена на корпусе и состоит из верхней буровой, средней эксплуатационной и нижней палуб. Буровая палуба рассчитана на удельную нагрузку 0,040 – 0,075 МПа с более высокой несущей способностью в зоне подсвечников. На палубе смонтированы две буровые установки, рабочие и запасные емкости бурового раствора и стеллажи для труб, шесть емкостей вместимостью по 28,3 мі для хранения цемента.

За пределами палубы на консоли установлено жилое помещение на 72 человека, а под стеллажами бурильных труб - дополнительное жилое помещение. Над крышей основного жилого блока расположена вертолетная площадка. Каждая буровая на платформе укомплектована вышкой с нагрузкой на крюке 4500 кН, буровой лебедкой с электроприводом, рассчитанной на глубину бурения до 6000 м. Циркуляционная система из двух емкостей общей вместимостью 100 мі и запасной - 90 мі.

Эксплуатационная палуба рассчитана на удельную нагрузку 0,04 - 0,047 МПа. Палуба высотой 6,1 м разделена огнеупорными перегородками на семь отсеков.

На нижней палубе установлены центробежные насосы, два котла, парогенератор, агрегат для дистилляции морской воды, воздушные компрессоры и насосы для перекачки нефти на берег. Система обогрева включает два котла эквивалентной мощностью по 129 кВт, питаемые водогликолевой смесью, и используется для обогрева всех помещений на платформе, кроме жилья, которое обогревается электрическими источниками тепла.

Два центробежных насоса мощностью по 11 кВт обеспечивают циркуляцию водогликолевой смеси по замкнутой системе. В узловых пунктах платформы установлены автоматические нагреватели, снабженные вентиляторами.

Электросистема переменного тока напряжением 480 В питается от дизель-генераторов мощностью 750 и 500 кВт и газотурбогенератором мощностью 850 кВт. В одном из отсеков опорных поясов хранится 570 мі топлива, расходная емкость топлива размещена в отсеке дизель-генераторов. Котлы, парогенератор и все газовые турбины работают на попутном газе.

Работающий персонал на платформе, включая буровые бригады, операторов по добыче и вспомогательных рабочих, составляет 85 человек.

Кроме конструкций, имеющих по четыре колонны в опорном основании, в заливе Кука установлена конструкция с одной колонной (монопод). Необходимая для буксировки плавучесть создается здесь благодаря резервуарам, прикрепляемым к нижней части опорного основания. Для закрепления сооружения на дне и поддержания верхнего строения в грунт через опорные колонны забиваются основные сваи, а по периметру основания «окаймляющие» сваи.