Описание системы nsc

В систему включено оборудование, которое уже нашло практиче­ское применение, или новое, но стандартной конструкции. Такое обору­дование, характеризующееся повышенной надежностью, может быть при­обретено сравнительно недорого, а эксплуатационные расходы также от­носительно низкие.

Главные компоненты. На рис. 6.9 показаны основные компонен­ты райзерного модуля системы NSC. Вся система включает несколько та­ких модулей, по одному для каждой скважины.

Донная опорная плита. На этой плите размещаются устьевая арма­тура скважин по определенной схеме в соответствии с желаемым распре­делением плавучих элементов на глубине 45 м ниже поверхности моря (рис. 6.10). Поскольку устьевые арматуры или связанные с ними компо­ненты оборудования между собой не соединяются, в действительности донная опорная плита представляет собой ферму, в которой размещается

347

устьевая арматура скважин. При установке на грунт выравнивать эту опорную плиту не требуется, так как на нижнем конце следующего узла -направляющего основания - имеется универсальное шарнирное соедине­ние, которое взаимодействует с донной опорной плитой, позволяя 762-мм колонне при посадке принять вертикальное положение.

Рис. 6.9. Основные компоненты модуля NSCдля отдельной скважины

Устьевая система. Это стандартная направляющая система, обычно применяемая в разведочном бурении. Шурф под 762-мм кожух размывается струей или разбуривается и цементируется в зависимости от состояния донного грунта. На бурильных трубах спускается направляю­щее основание вместе с 762-мм кожухом, при этом окончательная ориен­тация критического значения не имеет.

348

Рис. 6.10. Размещаемое на морском дне оборудование системы NSCс дон­ной опорной плитой, на которой располагается несколько скважинных модулей

Устьевая муфта. Между райзером и устьевой арматурой устанав­ливается стандартная 476,2-мм устьевая муфта морского исполнения, ши­роко применяемая в разведочном бурении. Между корпусом муфты и корпусом устьевой головки высокого давления создается металлическое уплотнение. Дополнительной особенностью устьевой муфты является ме­ханическое запорное устройство.

Устьевая муфта имеет внутреннее вставное уплотнение, чтобы не допустить перепада давления между райзером и 244,5-мм обсадной ко­лонной. Аналогичное решение реализовано в соединительной муфте экс­плуатационного райзера ПНО, где применяется такая же надставка

Жесткая райзерная система. Райзерная надставка в системе NSCтакже напоминает эксплуатационные райзеры ПНО, используемые на ме­сторождениях Хаттон и Жолье. Жесткий райзер идет от верха устьевой муфты до низа несущего элемента плавучести и состоит из 244,5-мм об­садных труб стандартной длины, свинчиваемых вместе. Нижняя напря­женная секция райзера выполняется из стандартной толстостенной трубы либо из специальной трубы с конусообразной стенкой, которая обеспечи­вает перераспределение напряжения между райзером и устьевой муфтой.

Сверху располагается толстостенная труба, которая с помощью резьбы и фланцевого соединения на ее нижнем конце крепится к верху райзера. Через фланцевое соединение АНИ верхняя толстостенная труба райзера крепится к низу несущего элемента плавучести. Надлежащая дли­на райзера достигается размещением в самой верхней части райзерной секции укороченной трубы.

349

Несущий элемент плавучести. Он представляет собой цилиндри­ческую стальную емкость с проходным отверстием в центральной части. Через это отверстие проходит специальная райзерная труба с фланцами АНИ на обоих концах. Во время изготовления несущего элемента плаву­чести эта райзерная труба становится его неотъемлемой частью. Верхняя напряженная райзерная секция присоединяется к нижнему фланцу эле­мента плавучести, а к верхнему фланцу этого элемента заранее присоеди­няется корпус головки НКТ.

Элемент плавучести проектируется в расчете на максимально воз­можную нагрузку, развиваемую райзером колоннами НКТ и превентором, необходимым для проведения капитального ремонта в скважине. Необ­ходимая для удержания райзерной системы плавучесть зависит от глубины вод, расчетных давлений в райзере, веса превентора для капитального ремон­та скважины, расчетной скорости течения и коэффициента резервирования плавучести. Было установлено, однако, что вес элемента плавучести очень мало зависит от глубины вод; таким образом, использование элементов пла­вучести общего назначения, которые пригодны для большого диапазона глу­бин моря, сильно не отразится на стоимости системы NSC.

Элемент плавучести системы NSCможет быть спроектирован конст­рукционно безопасным с большим числом отсеков, имеющих радиальные перегородки; последние могут быть также частично заполнены пеной. Внут­ренняя поверхность отсеков имеет покрытие и никогда не подвергается воз­действию морской воды, отсеки заполняются инертным газом (азотом). Бла­годаря принятому методу установки внутри плавучего элемента поддержи­вается давление, равное давлению окружающих вод, т.е. это элемент не дол­жен проектироваться на высокие гидростатические давления. Конфигурация элемента плавучести выбирается такой, чтобы по размерам он соответство­вал морскому противовыбросовому устройству, так что его можно раз­мещать в пределах подсвечника на буровой установке и спускать через шахтное отверстие. Для обращения с ним можно использовать типовое подъ­емно-транспортное оборудование буровой установки.

Крепежная рама для элементов плавучести. Эта простейшая опор­ная рама используется для обеспечения заданного пространственного рас­положения несущих элементов плавучести в пределах куста скважин (рис. 6.11). К этой частично плавучей трубной раме с помощью упорных под­шипников крепятся элементы плавучести, причем каждый такой элемент плавучести может свободно вращаться. Таким образом элемент плавуче­сти может поворачиваться относительно рамы, когда под воздействием течения происходит смещение системы.

К крепежной раме заранее присоединяется трубный манифольд, по которому продукция скважин направляется к гибким райзерам (рис. 6.12). Этот манифольд стыкуется с фонтанными арматурами с помощью быстроразъемных соединительных устройств, которые обеспечивают возмож­ность подсоединения или отсоединения, например, для осуществления основных операций по капитальному ремонту скважин. Все подсоедине­ния выполняет водолаз.

350

Рис. 6.11. Схема крепежной рамы, используемой на уровне элементов плавучести для объединения отдельных скважинных модулей и манифольдов, а также средств управления и подсоединения к гибкому райзеру

Рис. 6.12. Многоскважинная система NSC. Показаны подвесные устрой­ства для НКТ и фонтанные арматуры, подсоединенные к экс­плуатационным райзерам, проходящим через элементы плаву­чести на типичной глубине 45 м ниже поверхности моря

351

Стыковочная втулка и подвесное устройство для головки НКТ. Эта втулка служит для поддержки проходящих через райзер колонн НКТ и подсоединения фонтанной арматуры или сборки превенторов для ре­монтных работ в скважине. Нижний конец втулки оборудован фланцем АНИ, который заранее подсоединен к верхнему концу несущего элемента плавучести, а на верхний конец втулки устанавливается устьевая головка, к которой с помощью замкового устройства крепяятся фонтанная армату­ра или сборка превенторов. Втулка имеет боковой отвод, оснащенный клинкетной задвижкой и служащий для доступа к кольцевому простран­ству скважины.

Трубное подвесное устройство устанавливается и уплотняется в стыковочной втулке и удерживает колонны НКТ, проходящие через рай­зер. Подвесное устройство неориентируемого типа имеет гидравлические проходные отверстия для управления контролируемым с поверхности скважинным отсекающим клапаном (SCSSV). Это трубное подвесное уст­ройство удерживает только трубную надставку, проходящую до нижнего трубкого подвесного устройства, которое располагается приблизительно в 60 м ниже линии для отвода бурового раствора и удерживает колонну НКТ, находящуюся в скважине.

Фонтанная арматура. Подводная фонтанная арматура представляет собой комплект отдельных клиновых задвижек, служащих для управления скважиной. Это несложная обслуживаемая водолазом конструкция; несколь­ко функций выполняются посредством дистанционного управления.

На нижнем конце фонтанной арматуры находится муфта с высту­пающим патрубком, который при посадке этой арматуры с помощью во­долаза вводится в трубное подвесное устройство. Внутри этого высту­пающего патрубка находятся гидравлические линии управления SCSSV. Выше муфты находятся управляемая вручную нижняя фонтанная задвиж­ка и гидравлически управляемые верхние фонтанные задвижки, тройник для бокового отвода и управляемая вручную задвижка для выполнения операции по свабированию скважины. Сбоку к тройнику подсоединяют эксплуатационный штуцер ручного управления, гидравлически управляе­мая задвижка и фланец для подключения выкидной линии. К этому флан­цу с помощью быстроразъемного соединительного устройства крепится трубный манифольд, поддерживаемый крепежной рамой элемента плаву­чести.

На направляющей раме фонтанной арматуры размещаются муфто­вая часть стыковочного узла для подключения к кольцевому пространст­ву, гидравлически управляемая фонтанная задвижка для кольцевого про­странства и перепускная задвижка с ручным управлением, а также фланец для подсоединения линии к кольцевому пространству. На направляющей раме фонтанной арматуры находятся также две воронки под направляю­щие стойки с противоположных сторон арматуры и опоры для фланцев, к которым подсоединяются выкидные линии.

352

Каждая фонтанная арматура должна выполнять только три функ­ции гидравлическою управления (типично). Система управления, следо­вательно, может быть выполнена простой и надежной, прямого гидрав­лического типа. Отдельные жесткие линии гидравлического управления на крепежной раме для элемента плавучести связывают гидравлические линии фонтанной арматуры с пучком линии гидравлического управления в гибком райзере, идущем к ПЭС.

Манифолъдная система. Эта система не относится к активнодействующим компонентам, она представляет собой трубную обвязку, слу­жащую для сбора продукции скважин и направления ее в выкидные ли­нии, проходящие в гибком райзере. На концах манифольдных линий име­ются фланцы, которые водолаз присоединяет к фонтанным арматурам, после того как каждую из них закрепят с помощью замка в стыковочной втулке для головки НКТ. Внешний конец манифольда водолаз подсоеди­няет к выкидным линиям в гибком райзере, связанным с ПЭС.

Выкидные линии подтягиваются и подсоединяются с привлечени­ем водолаза. Выкидные линии закрепляются с обеих сторон крепежной рамы элемента плавучести. Выкидные линии подсоединяются к трубному манифольду с помощью вращающихся фланцевых соединений. Разъем­ный хомут, закрепляемый на концевом фитинге гибкого райзера, воспри­нимает осевые и изгибные нагрузки, развиваемые выкидными линиями. Этот хомут жестко закрепляет концевой фитинг гибкого райзера на несу­щей раме райзера и воспринимает все конструкционные нагрузки, в то время как фланцевое соединение воспринимает только нагрузки, разви­ваемые давлением.

Примеры применения системы NSCпри разработке месторождений

Выполнены оценки пригодности систем NSCдля использования совместно с полупогружной плавучей эксплуатационной системой (ПЭС) или судном для хранения и отгрузки продукции скважин (СХОП), а также в качестве сателитной подводной системы. Ниже рассматривается каждая из этих трех концепций

Разработка месторождения с использованием ПЭС. Это прило­жение иллюстрируется на рис. 6.8. Его отличает применение обычной по­лупогружной платформы с технологическим оборудованием, заякорен­ным над системой NSC.

В этом случае методы разработки месторождения весьма гибкие и зависят от принципиального подхода к операциям, характеристик место­рождения и общих экономических показателей. Система NSCможет быть развернута с использованием только ПЭС или бурового судна. Никакого специального оборудования или вспомогательного судна для строитель­ных работ не требуется.

353

Если ПЭС оснащена буровой установкой, то эту систему можно использовать для полной разработки месторождения, включая бурение, монтажные работы, эксплуатацию и подземный ремонт скважин. Донные опорные плиты могут устанавливаться с помощью ПЭС непосредственно после эксплуатационного бурения, осуществляемого с того же самого судна. На некотором этапе реализации программы бурения могут быть установлены райзеры, элементы плавучести и верхняя рама, смонтирова­ны быстроразъемные соединения и скважины введены в эксплуатацию, при этом все операции выполняются с ПЭС.

Продукция скважин может либо смешиваться под водой, либо по­даваться на поверхность по отдельным линиям. С системой NSCмогут применяться простейшие, управляемые с привлечением водолаза штуце­ры, следовательно, принцип NSCсовместим с подходом смешения про­дукции скважин под водой.

Последующие буровые операции могут продолжаться во время эксплуатации законченных скважин. ПЭС будут также использоваться для обеспечения работы скважинных систем и внутрискважинного обслужи­вания. Практическая схема обслуживания с ПЭС с применением инстру­ментов на кабеле показана на рис. 6.13.

Рис. 6.13 Основные особенности системы NSCпри проведении капиталь­ного ремонта скважин с ис­пользованием инструментов, спускаемых на кабеле с ПЭС

354

Применение совместно с СХОП. Если разработка месторождения с использованием системы NSCосуществляется совместно с заякоренным СХОП, то бурение и операции по развертыванию системы NSCпроизво­дятся с бурового судна, после чего устанавливается СХОП и к нему под­соединяются выкидные линии.

В систему NSCможет входить один или несколько кустов скважин, как показано на обобщенной схеме, включающей СХОП, на рис. 6.14.

Рис. 6.14. Разработка месторождения с использованием системы NSCс несколькими близко и далеко расположенными кустами сква­жин, продукция которых поступает в заякоренное судно для хранения и отгрузки нефти

Продукция скважин в пределах куста может объединяться, тем са­мым сокращается число райзеров, идущих к поверхности, либо потоки из отдельных скважин могут идти к поверхности по отдельным линиям. Рас­стояние между донными опорными плитами и СХОП зависит не только от глубины воды, но и от характеристик коллектора. Для продуктивных пла­стов, которые не могут быть разбурены из одного места, может быть при­нята концепция многокустового бурения.

355

Обслуживание скважин возможно несколькими способами. При расположении фонтанной арматуры на глубине 45 м от поверхности моря небольшой объем ремонтных операций в скважинах может выполняться с помощью консольной установки для капитального ремонта, смонтирован­ной на СХОП. как показано на рис. 6.14, или с использованием вспомога­тельного судна и гибкого райзера (рис. 6.15). В последнем случае повтор­ный ввод инструментов на кабеле в скважину может производиться с кормы вспомогательного судна, перемещения которого относительно сис­темы NSCне влияют на точность операций инструментом на кабеле бла­годаря системе гибкого райзера, выполняющего функцию пассивного компенсатора вертикальной качки судна. Эта схема вполне работоспособ­на как при уходе, так и при обслуживании. Для крупных ремонтных работ потребуется буровое судно.

Рис. 6.15. Капитальный ремонт скважин всистеме NSCс исполь­зованием вспомогательного судна. Вертикальные

колебании судна ком- пенсируются гибким райзером_ _ пенсируются гибким рай-зером

Сателитная подводная система. В определенных условиях сателитная разработка месторождении с использованием системы NSCможет пред­ставляться весьма привлекательной. Этот подход приемлем как для газовых,

356

так и нефтяных месторождений. Сателитная разработка с NSCаналогична подходу с СХОП за исключением того, что скважинные флюиды направля­ются к отдаленной технологической платформе.

Хотя скважинные флюиды должны подниматься на большую высо­ту, чтобы достигнуть устья скважины (по сравнению с устьевой системой на морском дне), объединенный поток продукции скважин из подводного коллектора развивает дополнительный гидростатический напор, так как продукция скважин направляется обратно к морскому дну и к основанию технологической платформы. Это создает положительный эффект сниже­ния противодавления на скважины. У платформы продукция скважин будет накапливаться и перекачиваться насосом на палубу платформы.