Лекция 5 российский арктический шельф

Россия обладает самым обширным в мире континентальным шельфом. По данным МПР России, площадь континентального шельфа Российской Федерации (далее - континентальный шельф) составляет 6,2 млн. км², в пределах которой начальные извлекаемые ресурсы нефти и газа, в пересчете на нефть, оцениваются в диапазоне от 90 до 100 млрд. т, что соответствует 20-25 % общемировых запасов углеводородов (УВ).

На долю континентального шельфа приходится существенная часть начальных суммарных ресурсов УВ России (около 30 % - газа, более 22 % - конденсата, 12 % - нефти). Ресурсный потенциал шельфа Российской Федерации представлен на рисунке.

К настоящему времени раскрыта общая геологическая структура континентального шельфа, выявлены основные нефтегазоносные бассейны, очерчены их границы.

Поисковое бурение на шельфе проводилось на 61 объекте, на 37 из них открыты нефтяные и газовые месторождения, а с учетом губ, заливов и подводных продолжений сухопутных месторождений - всего 43 месторождения.

Из 43 месторождений нефтяными являются 6, газонефтяными - 1, нефтегазоконденсатными - 14, газоконденсатными - 7, газовыми - 15.

Основная часть шельфовых запасов УВ сосредоточена в Баренцевом и Печорском морях (42 %), Карском море, включая заливы и губы - 34 %, Охотском море - 16 % и Каспийском море - 7%.

Однако изученность континентального шельфа в высшей степени неравномерна: наряду с хорошо или относительно хорошо изученными российскими секторами Балтийского и южных морей, шельфом острова Сахалин, Печорским морем, южной частью Баренцева моря, значительные площади арктического шельфа (северные районы Баренцева и Карского морей, моря Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское) изучены лишь редкой сетью сейсмических профилей. Это объясняется тем, что разведка и освоение углеводородных ресурсов арктического шельфа, характеризуется рядом объективных особенностей:

- в арктических регионах практически полностью отсутствует развитая береговая инфраструктура;

- для ввода в промышленной оборот разведанных месторождений потребуется создание транспортной системы. В случае трубопроводного транспорта такая система, учитывая отдаленность арктических бассейнов от потребителей, сможет обеспечивать рентабельность прокачки нефти и газа лишь при достижении определенных, экономически оправданных объемов.

- отсутствуют специальные технические средства для разработки и освоения морских месторождений в экстремальных ледовых условиях.

Для решения задачи увеличения разведанных запасов нефти и газа на арктическом шельфе необходимо вовлечение в хозяйственный оборот новых перспективных районов. За короткий период времени (начиная с 1995 г.) создан каркас опорных профилей по изучению глубинного строения на Баренцево-Карском шельфе, который не имеет аналогов в мире, как по комплексу исследований, так и по глубинности и детальности работ. Но отсутствие средств на проведение буровых работ в Арктике привело к тому, что за последние 20 лет в данном регионе не было пробурено ни одной опорно-параметрической скважины, что существенно осложняет проблему оценки прогнозных ресурсов нефти и газа. Так, например, в 2003-2007 годы геологоразведочными организациями Архангельской области не зафиксировано прироста запасов за счёт разведки углеводородных ресурсов континентального шельфа на Арктическом региональном направлении. Увеличение объемов обусловлено перерасчётом по материалам ранее проведённых разведочных работ.

Тем не менее, в 2007 году на континентальном шельфе Российской Федерации основные объемы работ за счет средств федерального бюджета были направлены на геологическое изучение его недр с целью расширения и повышения качества оценки нефтегазового ресурсного потенциала и подготовки участков для вовлечения их в недропользование.

Получены следующие основные результаты:

- в Баренцевом море уточнены геологическое строение и перспективы нефтегазоносности восточного борта Северо-Баренцевской впадины, Пинегинской площади, Центрально- и Восточно-Баренцевской области, а также в мелководной части Печорского моря. Ожидаемый прирост прогнозных ресурсов определен в объеме не менее 1200 млн. т.у.т.;

- в Карском море проводились работы по изучению геологического строения и уточнению перспектив нефтегазоносности (Обская губа, восточное Приновоземелье, Северо-Карская область). Получен прирост прогнозных ресурсов газа в объеме около 900 трлн. м³;

- работы в южных морях не проводились и оценка прогнозных ресурсов углеводородов в недрах Каспийского, Черного и Азовского морей осталась на прежнем уровне - не менее 2,5 млрд. т.у.т., что чрезвычайно важно для социально-экономического развития Юга России и обеспечения возможных экспортных поставок;

- проведены работы по изучению юго-западной части моря Лаптевых. Прирост прогнозных ресурсов составил 150 млн. т.у.т;

- завершены полевые работы по изучению юго-западной части Охотского моря (Шантарский возможно нефтегазоносный бассейн), получены новые данные, позволяющие с оптимизмом оценивать его ресурсный потенциал. Оценка прогнозных ресурсов Шантарского ВНГБ составляет 700 млн. т.у.т.

С 2007 г. продолжалось региональное геологическое изучение континентального шельфа России - геолого-геофизические и геолого-съемочные работы, в результате которых получены новые данные о геологическом (прежде всего, глубинном) строении земной коры, необходимые для определения основных приоритетных направлений работ в минерально-сырьевом аспекте. Работы проводились по 26 объектам. Общий объем финансирования региональных работ на нефть и газ за счет средств федерального бюджета п составил 1,355 млрд. руб.

По состоянию на 01.01.2008 недропользователям было выдано 57 лицензий на изучение и освоение углеводородного сырья и 10 лицензий на твердые полезные ископаемые (железомарганцевые конкреции Балтийского моря, строительные пески, лечебные грязи).

Также велись работы по геологическому изучению шельфа и среднемасштабному картографированию архипелага Шпицберген. Объем финансирования по геологическому картографированию масштаба 1:100 000 и 1:200 000 (арх. Шпицберген), шельфа арктических морей и прилегающей суши по 9 объектам составил 142,41 млн. руб.

Всего по оценкам экспертов до 2050 года на изучение и освоение континентального шельфа Российской Федерации потребуется сумма порядка 61,6 трлн. рублей.

По оценкам профильных экспертов, к 2020 году нефтегазовые провинции континентального шельфа станут основными источниками обеспечения экономической и энергетической безопасности России. Для повышения эффективности выполнения работ по их освоению и координации соответствующих мероприятий, реализуемых в рамках других программ, в соответствии с поручениями Президента Российской Федерации и Правительства Российской Федерации Минэкономразвития России совместно с заинтересованными федеральными органами исполнительной власти и ведущими нефтегазовыми компаниями разрабатывает проект концепции федеральной программы изучения, поиска, разведки и разработки минеральных ресурсов континентального шельфа Российской Федерации до 2020 года. Целью указанной программы является обеспечение конкурентного преимущества Российской Федерации на глобальных рынках углеводородов и энергетически безопасного развития национальной экономики и социальной сферы.

Для решения задачи увеличения разведанных запасов нефти и газа на арктическом шельфе необходимо вовлечение в хозяйственный оборот новых перспективных районов. За короткий период времени (начиная с 1995 г.) создан каркас опорных профилей по изучению глубинного строения на Баренцево-Карском шельфе, который не имеет аналогов в мире, как по комплексу исследований, так и по глубинности и детальности работ. Но отсутствие средств на проведение буровых работ в Арктике привело к тому, что за последние 20 лет в данном регионе не было пробурено ни одной опорно-параметрической скважины, что существенно осложняет проблему оценки прогнозных ресурсов нефти и газа. Так, например, в 2003-2007 годы геологоразведочными организациями Архангельской области не зафиксировано прироста запасов за счёт разведки углеводородных ресурсов континентального шельфа на Арктическом региональном направлении. Увеличение объемов обусловлено перерасчётом по материалам ранее проведённых разведочных работ.

Тем не менее, в 2007 году на континентальном шельфе Российской Федерации основные объемы работ за счет средств федерального бюджета были направлены на геологическое изучение его недр с целью расширения и повышения качества оценки нефтегазового ресурсного потенциала и подготовки участков для вовлечения их в недропользование.

Получены следующие основные результаты:

- в Баренцевом море уточнены геологическое строение и перспективы нефтегазоносности восточного борта Северо-Баренцевской впадины, Пинегинской площади, Центрально- и Восточно-Баренцевской области, а также в мелководной части Печорского моря. Ожидаемый прирост прогнозных ресурсов определен в объеме не менее 1200 млн. т.у.т.;

- в Карском море проводились работы по изучению геологического строения и уточнению перспектив нефтегазоносности (Обская губа, восточное Приновоземелье, Северо-Карская область). Получен прирост прогнозных ресурсов газа в объеме около 900 трлн. м³;

- работы в южных морях не проводились и оценка прогнозных ресурсов углеводородов в недрах Каспийского, Черного и Азовского морей осталась на прежнем уровне - не менее 2,5 млрд. т.у.т., что чрезвычайно важно для социально-экономического развития Юга России и обеспечения возможных экспортных поставок;

- проведены работы по изучению юго-западной части моря Лаптевых. Прирост прогнозных ресурсов составил 150 млн. т.у.т;

- завершены полевые работы по изучению юго-западной части Охотского моря (Шантарский возможно нефтегазоносный бассейн), получены новые данные, позволяющие с оптимизмом оценивать его ресурсный потенциал. Оценка прогнозных ресурсов Шантарского ВНГБ составляет 700 млн. т.у.т.

С 2007 г. продолжалось региональное геологическое изучение континентального шельфа России - геолого-геофизические и геолого-съемочные работы, в результате которых получены новые данные о геологическом (прежде всего, глубинном) строении земной коры, необходимые для определения основных приоритетных направлений работ в минерально-сырьевом аспекте. Работы проводились по 26 объектам. Общий объем финансирования региональных работ на нефть и газ за счет средств федерального бюджета п составил 1,355 млрд. руб.

По состоянию на 01.01.2008 недропользователям было выдано 57 лицензий на изучение и освоение углеводородного сырья и 10 лицензий на твердые полезные ископаемые (железомарганцевые конкреции Балтийского моря, строительные пески, лечебные грязи).

Также велись работы по геологическому изучению шельфа и среднемасштабному картографированию архипелага Шпицберген. Объем финансирования по геологическому картографированию масштаба 1:100 000 и 1:200 000 (арх. Шпицберген), шельфа арктических морей и прилегающей суши по 9 объектам составил 142,41 млн. руб.

Всего по оценкам экспертов до 2050 года на изучение и освоение континентального шельфа Российской Федерации потребуется сумма порядка 61,6 трлн. рублей.

По оценкам профильных экспертов, к 2020 году нефтегазовые провинции континентального шельфа станут основными источниками обеспечения экономической и энергетической безопасности России

ЛЕКЦИЯ 6

Самоподъемные буровые установки (СПБУ).

Плавучие буровые средства классифицируют по способу их установки над скважиной в процессе бурения, разделяя на два основных класса:

1. Опирающиеся при бурении на морское дно (относят плавучие БУ самоподъемного (СПБУ) и погружного (ПУ) типов);

2. Находящиеся при бурении и освоении в плавучем состоянии (полупогружные буровые установки (ППБУ) и буровые суда (БС)).

  Самоподъемные плавучие буровые установки (СПБУ) применяют преимущественно в разведочном бурении на морских нефтяных и газовых месторождениях в акваториях с глубинами вод 30—120 м. (рис. 4).

Существует ряд конструкций и типов СПБУ. Их различают по конструкции корпуса, числу и конструкции опорных колонн и подъемных устройств. Ha определение числа опорных колонн влияет ряд факторов: глубина моря, гидрометеорологические условия, способ задавливания опорных колонн в грунт и извле­чение их из грунта, морское дно, общая масса поднимаемого корпуса, технологичность и трудоемкость изготовления и др. На больших глубинах возрастают волновые нагрузки на каждую колонну.

В целях обеспечения прочности на изгиб большой длины колонн требуется увеличение ее поперечного сечения.

Рис. 4 -Общая схема СПБУ

 

Поэтому на глубинах более 60 м в установках применяют не более четы­рех опор со значительным преобладанием установок с тремя опорами и начиная с глубины 90 м используют установки толь­ко с тремя опорами.

Установки с цилиндрическими опорами применяют на глуби­нах до 45 м (примерно 65—70%) и в диапазоне глубин 45—75м — установки с цилиндрическими и ферменными опорами, а на глубинах свыше 75м используют установки только с фер­менными опорами. Конструкции ферменных опор проектируют прямоугольной, квадратной и треугольной формы. Наиболее удачная конструкция — опора треугольного сечения. Последняя удачно вписывается в треугольную форму корпуса и имеет относительно меньшее число элементов, подверженных воздей­ствию волн. Нижние концы опор заканчиваются башмаками или общей опорной плитой, связывающей опорные колонны между собой.

Механизмы подъемных устройств применяют механические или гидравлические. В мировой практике предпочтение отдается механическим механизмам подъема. Обусловливается это прос­тотой конструкции (они менее сложны в эксплуатации) и дру­гими факторами. Механические устройства подъема, состоящие из зубчатой рейки, встроенной в конструкцию опор, установлены на корпусе шестеренчатого механизма, шестерня которого нахо­дится постоянно в зацеплении с рейкой. Привод механизма осу­ществляется от электродвигателя с редуктором или гидродви­гателя. Имеются подъемные устройства, состоящие из пары ве­дущих колес, находящихся в зацеплении с двойной зубчатой рейкой. Число пар ведущих колес может быть от двух до шести и более в зависимости от грузоподъемности подъемной системы СПБУ.Отличительная особенность этих устройств — непрерывный подъем корпуса, при этом исключаются паузы в процессе подъ­ема платформы СПБУ. Подъем и спуск опор могут осущест­вляться одновременно и раздельно.

 

Перегон СПБУ на новую точку бурения — весьма ответст­венная операция. Большинство СПБУ являются несамоходными, и для их буксировки применяют специальные буксирные суда. Различают два вида буксировки СПБУ: короткий перегон (пере­ход) с точки на точку в пределах разведываемой структуры и длительный перегон — буксировка СПБУ на дальние расстояния из одного разведанного района в другой, намечаемый к разведке, или на базу профилактического ремонта и осмотра. (Рис. 5). Коротким обычно считают такой переход, для которого требуется время не более времени гарантированного прогноза погоды (продолжи­тельность примерно до 12 ч). Перегон СПБУ более 12 ч произ­водят при благоприятном прогнозе погодных условий (ветер, волнение и пр.). Допустимые величины ветра и волнения опре­деляются проектом СПБУ.

На СПБУ при движении действуют следующие внешние силы (сопротивления):

1.Буксировочное со­противление, т. е. сопротивление находящейся в покое жидкости;

2. Сопротивление встречного ветра:

3. Сопротивление, вызванное взаимодействием волн с СПБУ.

Экспериментальными исследованиями установлено, что букси­ровочное сопротивление составляет 80% общего сопротивления воды и 20% приходится на волновое сопротивление. Незначи­тельную величину составляет сопротивление трения. Буксировоч­ное сопротивление также зависит от скорости буксировки. Воз­действие на конструкцию буксировочных и волновых сопро­тивлений исследуют на моделях в специальных бассейнах, а сопротивления ветра — обдувкой моделей в аэродинамической трубе. Буксировочное сопротивление СПБУ вследствие малой об­текаемости ее корпуса и большой парусности велико. Опасны случаи, когда СПБУ идет против ветра. Поэтому для буксировки применяют мощные буксирные суда.

Перед буксировкой выполняют ряд мероприятий по обеспе­чению надежности и безопасности перегона установки, в част­ности подвижный портал и все грузы закрепляются, все палуб­ные отверстия и отверстия, ведущие в подпалубные помещения, должны быть задраены. На СПБУ оставляют минимальный со­став команды, который выполняет работы по буксировке и уста­новке на точку СПБУ.

До начала буксировки разрабатывают проект перегона, в котором в зависимости от расстояния, района плавания, досто­верности и долгосрочности метеопрогноза указываются скорость буксировки, число и мощность буксиров, схема их расположения и другие мероприятия по осуществлению безопасного перехода. Производятся расчеты на прочность и остойчивость установки с целью определения надежности буксировки. Особое внимание обращают на длину опорных ног. При необходимости, в целях снижения парусности, верхние секции ног снимают.

В мировой практике для транспортирования СПБУ приме­няют специальные транспортные суда. Например, СПБУ «Го­рилла 11» массой 18 тыс. т и высотой опорных колонн 154 м транспортировали из Сингапура до Роттердама на судне «Майнти сервант 3» грузоподъемностью 25. тыс. т. с размером палубы 180 140 м.

 

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.

 

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.

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.

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.

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.

Лекция №7.

Полупогружные буровые установки. (ППБУ).

Необходимость бурения на глубинах моря, превышающих возможности оснований гравитационного типа, привела к созданию в начале 60-х годов так называемых полупогружных плавучих буровых установок (ППБУ) (рис. 9).

Отличительная особенность ППБУ — относительная лег­кость перемещения, постановки на точку бурения и снятия с нее, повышенная устойчивость к воздействию ветра, волне­ния и течений, возможность бурения на глубинах акваторий до 6000 м, а также незначительное увеличение стоимости по мере роста глубин моря.

 

Рис.9- Общая схема ППБУ

 

ППБУ применяют в разведочном бурении на морских нефтяных и газовых структурах и месторождениях в акваториях с глубин 90—100 м, когда использование СПБУ становится экономически не оправданным, до глубин 200—300 м и более.

ППБУ состоят из верхнего корпуса, стабилизирующих колонн и нижних понтонов. Колонны в верхней части присоединены к корпусу, а в нижней — к понтонам. Понтоны и корпус соединены между собой и с колоннами прочными трубчатыми связями. Особенность конструкции установки при ее погружении в воду — резкое сокращение площади действия ватерлинии, что приводит к уменьшению волновых нагрузок на установку.

Рабочая (верхняя) палуба обычно представляет собой конст­рукцию трех-, четырех-, пяти- и более угольной формы, на кото­рой размещены двух- и трехъярусные водонепроницаемые над­стройки для размещения экипажа, а также энергетические и технологические блоки, складские помещения и другое оборудо­вание.

Стабилизирующие колонны ППБУ разделены на водонепрони­цаемые отсеки, в которых размещены склады материалов, на­сосные отделения, цепные ящики и другое оборудование. Отсеки стабилизирующих колонн размещаются в районе ватерлинии, иногда заполняются полиуретановой пеной или пенопластом. В нижних понтонах и стабилизирующих колоннах размещены v цистерны балластной и технической воды, топлива, масла и др.

Существует три способа транспортировки ППБУ: с помощью буксиров, самоходный, комбинированный (буксировка в сочетании с самоходным).

К настоящему времени разработан ряд буксируемых и са­моходных ППБУ. По способу удержания над скважиной в процессе бурения их можно разделить на три типа: с якор­ной системой удержания; с динамическим позиционировани­ем; на натяжных опорах.

ППБУ с якорной системой удержания состоит из основа­ния и смонтированной на нем платформы с буровым обору­дованием. Основание включает понтоны с переменной плаву­честью и опоры под платформу, обладающие положительной плавучестью. В транспортном положении, несмотря на большую массу ППБУ, верхняя часть понтонов выступает над уровнем моря. На точке бурения понтоны заполняются водой, основание погружается на 18—30 м под уровень моря и заякоривается. Платформа с оборудованием при ее жест­ком соединении с основанием остается на высоте, недосягае­мой для волн во время шторма, или ее поднимают на такую же высоту по опорам домкратами. 

В полупогруженном положении ППБУ удерживается за счет плавучести опор. При этом понтоны, обладающие боль­шой площадью миделевого сечения, оказываются вне волно­вого воздействия, затухающего с глубиной моря, а миделевое сечение опор, воспринимающих давление волн, незначитель­но, причем заполненные водой понтоны снижают центр тя­жести ППБУ. Уменьшение площади сечения элементов, вос­принимающих сильные волновые нагрузки, и снижение цен­тра тяжести ППБУ повышают ее устойчивость.

Максимальные глубины моря для ППБУ с якорной систе­мой удержания над скважиной ограничены 300 м, так как с глубиной существенно возрастают длина якорных тросов, габариты и масса якорных лебедок, затрудняются процессы заякоривания и увеличивается дрейф основания.

ППБУ с динамическим позиционированием конструктивно отличается от ППБУ предыдущего типа только системой удержания установки над скважиной в процессе бурения. В рассматриваемой ППБУ якорная система удержания заменена динамической, которая включает 8 винтов продоль­ного и поперечного перемещения, акустическую аппаратуру и вычислительную машину. Излучаемые сигналы отражаются от дна, воспринимаются гидрофонами, и вычислительная маши на определяет положение ППБУ. При смещении ее по отно­шению к скважине автоматически подается команда на соот­ветствующие двигатели, и установка возвращается на исход­ную точку с заданными координатами.

В отличие от якорных систем эффективность динамичес­кой системы увеличивается с ростом глубины моря. При воз­растании глубины повышается удельная точность (отношение горизонтального смещения к глубине воды), но стоимость системы стабилизации не увеличивается.

Поэтому ППБУ с динамическим позиционированием применяют для работы на глубинах моря до 6000 м.

ППБУ с якорной и динамической системами стабилизации удерживаются в полупогруженном состоянии за счет плавуче­сти опор, соединяющих подводные понтоны с надводной платформой. Количество и диаметры опор в конструкциях ППБУ ограничены относительно их увеличения в целях сни­жения сил волнового воздействия на устойчивость основа­ния.

Однако это приводит к росту вертикальных колебаний ус­тановки, так как из-за малой площади опор по ватерлинии ППБУ очень чувствительна к перемещениям оборудования на платформе и изменению ее нагружения.

В особенно напряженных условиях заякориваемые ПБУ и ППБУ работают на приливно-отливных акваториях. Здесь по мере изменения уровня моря изменяется расстояние установ­ки от его дна: уменьшается при отливе на величину пониже­ния уровня воды и увеличивается при приливе на величину поднятия уровня воды.

 Вследствие этого при отливе якорные тросы провисают, и установка может сместиться по горизонтали от оси скважи­ны; при приливе тросы сильно натягиваются и могут срывать якоря.

ППБУ на натяжных опорах свободны от отмеченных не­достатков и занимают ведущее место среди всех известных типов ППБУ. Основными элементами основания на натяжных опорах являются понтоны с переменной плавучестью, опоры под платформу, фундамент, устанавливаемый на дне в точке бурения, и растяжки, соединяющие понтоны с фундаментом, который выполняет роль придонного якоря и удерживает понтоны в подводном положении.

В качестве растяжек, ис­ходя из удобства транспортирования, монтажа и демонта­жа установки, используют герметично закрытые по кон­цам трубы, обладающие положительной плавучестью. Кон­струкции фундамента, выполняющего роль придонного якоря, могут быть различными: погруженные в грунт сваи больших диаметров, массивные плиты или пустотелые емкости.

Технологические схемы монтажа ППБУ с натяжными опо­рами существенно зависят от конструкции фундамента, но даже при одинаковой его конструкции могут быть различ­ными. Если фундамент выполнен в виде массивной пустоте­лой емкости, разделенной на отдельные секции, то его пер­вым буксируют к точке заложения скважины. Затем сюда же доставляют предварительно изготовленные трубчатые рас­тяжки, длины которых определены исходя из глубины моря в точке бурения и проектной величины погружения понтонов основания под уровень моря. Нижние концы растяжек со­единяют скобами с фундаментом, часть пустотелых отсеков фундамента заполняют водой, и он опускается под уровень моря, увлекая за собой трубчатые растяжки, которые вслед­ствие положительной плавучести занимают вертикальное по­ложение.

В соответствии с расчетом по избыточной плавучести рас­тяжек и свободных от воды секций фундамента погружение последнего прекращается на расстоянии от дна, примерно равном проектной величине погружения понтонов основания под уровень моря. При этом верхние концы растяжек воз­вышаются над поверхностью моря на уровне мест их креп­ления к понтонам. Теперь к месту монтажа буксируют осно­вание с платформой, закрепляют верхние концы растяжек на понтонах и заполняют водой оставшиеся пустотелые секции фундамента. При этом фундамент опускается на дно, увлекая понтоны основания на необходимую глубину под уровень моря.

Устойчивость ППБУ описываемого типа зависит от силы натяжения трубчатых растяжек, называемых натяжными опорами, и практически не зависит от количества и диаметра опор основания, поддерживающих платформу.

Поэтому диа­метр опор такого основания определяют из условия их проч­ности, а не устойчивости и непотопляемости установки, т.е. используют небольшое количество опор сравнительно малых размеров любого профиля (рис. 10). Платформа состоит из следующих основных узлов: собственно платформы, вклющающей колонны 1 и понтоны 9, на которой установлено буровое 2, 3 и промысловое оборудование, оборудование для подготовки и откачки нефти и вспомогательное оборудование 4, 5, 6, жилые помещения 8, вертолетная площадка 7.

Платформа удерживается в рабочем положении натяжными элементами 13 (трубами) которые крепятся к морскому дну якорными устройствами свайного типа 10, 11.

Подводная устьевая система состоит из опорной плиты 12, на которой размещено устьевое оборудование для извлечения нефти, соединенное системой стояков с платформой. При необходимости, которая может возникнуть в про­цессе монтажно-демонтажных работ, силу натяжения растя­жек регулируют балластировкой понтонов основания, запол­няя часть их полых секций водой.

Сила натяжения растяжек почти не зависит от изменения уровня воды вследствие приливов и отливов, и положение ППБУ ни относительно дна акватории, ни относительно при­донного устья скважины не меняется и не осложняет процес­сов бурения.

По зарубежным оценкам, ППБУ с натяжными опорами в настоящее время устанавливают на глубинах моря до 800 м, а в будущем смогут устанавливать на глубинах до 2000 м. При этом стоимость ППБУ незначительно зависит от глубины мо­ря (возрастает на 10—15 % с увеличением глубины моря от 150 до 600 м). К достоинствам ППБУ на натяжных опорах можно отнес­ти легкость транспортировки и монтажа. Раздельная транс­портировка основания, растяжек и фундамента позволяет использовать для монтажа даже относительно короткие пе­риоды хорошей погоды.

Рис.10- Платформа, установленная на месторождении Хаттон в Северном море.

Основание с буровой платформой может отсоединяться от натяжных опор без подъема фунда­мента, т.е. без потери скважины, и затем снова соединяться с опорами, что дает возможность безопасно использовать эту ППБУ на акваториях, где существует риск появления ледовых полей или айсбергов.

Используются также ППБУ других конструкции, такие как Медуза" (Россия) и - "Скат-600" (Великобритания).

Основными требованиями при разработке конструкции ППБУ являются:

• обеспечение наибольшей безопасности и устойчивости ППБУ;

• минимальное перемещение ППБУ при бурении;

• обеспечение мобильности и маневренности при передвижении;

• быстрая установка на точку бурения;

• достаточное количество технологических и других запасов;

• удобное расположение оборудования, наличие достаточного количества помещений для хранения указанных запасов и меха­низация погрузочно-разгрузочных работ;

• простота и технологичность при строительстве, и удобство при эксплуатации;

• минимальный расход материалов и снижение трудоемкости;

• учет конкретных районов применения ППБУ.

Естественно, в перечисленных требованиях есть противоре­чивость, и осуществить их в одной конструкции невозможно. Поэтому при проектировании учитывают конкретные условия предполагаемого района.