Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин

Рис. 25.3. Система приема, хранения и транспортирования порошкообразных материалов

сферу, а порошок, накопившийся в циклонах, периодически выгружается в мешок и подается на склад сыпучих материалов. Поступление и расход порошка контролируются с помощью бункеров-весов. Трубопроводная система пневмотранспорта выполнена так, что обеспечивает подачу сыпучих материалов из любого бункера к оборудованию по приготовлению буровых растворов, а также перемещение их между бункерами. Ниже дана краткая техническая характеристика этой системы:

При приготовлении бурового раствора бентонит или барит подают из разгрузочного бункера в гидросмесители, и приготовленный в гидросмесителях раствор поступает в запасные или рабочие емкости.

В помещении установлено цементировочное оборудование, состоящее из насосных агрегатов, установки для приготовления раствора, манифольда пульта управления процессом цементирования скважины.

Цементировочное оборудование (рис. 25.4) размещено в трюме среднего понтона и состоит из: цементировочного агрегата 5 с насосом 11-Т, продавочного насоса 4, водоподающего блока 3, бункера хранения цемента 1, бункера разгрузки 15, шиберной заслонки 14, распределителя цемента 13, цементно-смесительной воронки 12, приемной емкости цементного растворе 11, мерной емкости для продавочного раствора 9, устройства устья

927

Рис. 25.4. Цементировочное оборудование СПБУ «Бакы»

скважины 8, воздухопровода 2, цементопровода 7, всасывающего 10 и нагнетательного 6 трубопровода.

Цементный раствор приготовляют на специальной установке, состоящей из двух цементомешалок, приемного бака, водоподающего блока и разгрузочного бункера.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СПБУ

Специфика производства буровых работ в морских акваториях обусловила применение автономных энергетических установок, состоящих из дизель-генераторов, объединенных в единую энергетическую систему и устанавливаемых обычно в трюме, в машинном помещении с возможно большим удалением от устья скважины.

Непосредственно около исполнительных агрегатов и механизмов, размещаемых на открытых площадках и в помещениях, устанавливают индивидуальные электроприводы. Питание энергией этих приводов осуществляется с помощью электромашинной передачи, которая в условиях морского бурение приобретает решающее значение.

В последние годы преимущественное распространение получила система электропривода переменно-постоянного тока на базе силовых тиристорных преобразователей по схеме синхронный генератор − тиристорный преобразователь − электродвигатель постоянного тока.

Главный пост управления (ГПУ) СПБУ располагается вне машинных помещений на максимально возможном удалении от взрывоопасных пространств. Его оборудуют:

органами управления главных механизмов и механизмами подъема и спуска корпуса СПБУ;

приборами для контроля работы подъемных устройств; сигнализацией о готовности к работе подъемных устройств и системы

дистанционного управления;

928

Рис. 25.5. Упрощенная схема электроснабжения СПБУ «Бакы»:

Г – основные генераторы переменного тока (1250 кВ А, 400 В); БЛ – буровая лебедка: БН – буровой насос; Г1 – вспомогательные генераторы переменного тока (200 кВ А, 400 В); М – электродвигатель постоянного тока; М1 – электродвигатель переменного тока; НП – насос системы гидроподъема; Р – ротор; С – конденсаторная батарея; Тр – понижающий трансформатор 400/230 В; ЦН – цементировочный насос

929

приборами для контроля положения корпуса СПБУ; устройствами для отключения любого из подъемных механизмов в

случае его неисправности; устройствами для включения аварийных стопорных устройств, раз-

гружающих гидравлическую систему; средствами связи и сигнализацией о неисправности в устройствах

подъема и спуска корпуса СПБУ.

На рис. 25.5 приведена упрощенная схема электроснабжения на СПБУ «Бакы».

Приводная мощность буровых лебедок в зависимости от класса буровой установки колеблется в пределах 735−2200 кВт. Имеются случаи применения буровых лебедок приводной мощностью 3876 кВт (СПБУ «Дикси- лен-3-70») и насосной группы − 4853 кВт (СПБУ «Пенрод 61»).

Ниже в качестве примера приведены основное и вспомогательное оборудование энергетической установки СПБУ «Бакы» и их техническая характеристика:

ПЕРЕГОН И УСТАНОВКА СПБУ НА НОВУЮ ТОЧКУ

Перегон СПБУ на новую точку бурения − ответственная операция. Большинство СПБУ являются несамоходными, и для их буксировки применяют специальные буксирные суда. Различают два вида буксировки СПБУ: короткий перегон (переход) − буксировка с точки на точку в пределах разведываемой структуры и длительной перегон − буксировка СПБУ на дальние расстояния из одного разведочного района в другой, намечаемый к

930

разведке, или на базу профилактического ремонта и осмотра. 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 осуществляют 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): буксировочное сопротивление, т.е. сопротивление находящейся в покое жидкости; сопротивление встречного ветра; сопротивление, вызванное взаимодействием волн с СПБУ. Буксировочное сопротивление составляет 80 % общего сопротивления воды, 20 % приходится на волновое сопротивление. Незначительную величину составляет сопротивление трения. Буксировочное сопротивление также зависит от скорости буксировки. Воздействие на конструкцию буксировочного и волнового сопротивления исследуют на моделях в специальных бассейнах, а сопротивление 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 подвижный портал и все грузы закрепляют; 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 долгосроч- ности метеопрогноза указывают скорость буксировки, число и мощность буксиров, схему их расположения и мероприятия по осуществлению безопасного перехода. Проводят расчеты на прочность и остойчивость установки в целях определения надежности буксировки. Особое внимание обращают на длину опорных ног. При необходимости, для снижения парусности, верхние секции ног снимают.

В соответствии с Правилами Регистра РФ разрывное усилие буксирного троса (в кН) определяют по формуле

Fðàç = 0,716Sïvá2 ,

ãäå Sï − площадь лобового сопротивления погруженной части СПБУ, м2; vá − скорость буксировки, указанная в свидетельстве, узлы.

Длина буксирного троса для несамоходной СПБУ l = 350 + 0,045Nc ,

ãäå Nc – характеристика для выбора якорного снабжения:

Nc = K1K2∆2 / 3 + K3 A.

Здесь ∆2 / 3 − объемное водоизмещение, принятое при осадке до центра знака грузовой марки, м3; À − суммарная площадь проекции конструкций, возвышающихся над ватерлинией, которая проходит через центр знака грузовой марки, на плоскость, нормальную к горизонтальной проекции якорной линии, м2; K1 − коэффициент, учитывающий форму корпуса Ê1 =1,5 для ПБУ с понтоном прямоугольной формы, Ê1 =1,75 äëÿ ÏÁÓ ñ

931

понтоном катамаранного типа и других подобных типов); Ê2 − коэффициент, учитывающий волновое воздействие; Ê3 − коэффициент, учитывающий ветровые условия якорной стоянки, принимают в соответствии с

В мировой практике для транспортирования СПБУ применяют специальные транспортные суда. Например, СПБУ «Горилла 11» массой 18 тыс. т и с высотой опорных колонн 154 м транспортировали от Сингапура до Роттердама на судне «Майнти сервант 3» грузоподъемностью 25 тыс. т с размером палубы 180Ч140 м.

До установки СПБУ на точке бурения проводят инженерные изыскания грунта морского дна. Порядок и объем инженерных изысканий определяют в соответствии с программами изыскательских организаций, они регламентируются действующими инструкциями, методиками и другой нормативно-технической документацией проектных организаций и органов надзора. Устанавливают 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 батиметриче- ской съемки мелкой координатной сетки на площади 1 км2 с центром в точке установки СПБУ. Промерные линии располагают на расстоянии не более 100 м друг от друга.

Керн отбирают на глубинах, превышающих глубину предполагаемого проникновения опор в грунт, а мелководную сейсмическую съемку проводят на 50 % глубже предполагаемого заглубления опор.

До подхода СПБУ к точке установки подготавливают якоря, якорные цепи и рейдовые бочки. 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) диаметральную плоскость СПБУ устанавливают 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 в результате действия веса СПБУ на опорные колонны. При этом крен платформы, возникающий вследствие неровностей и прочности грунта морского дна, 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.

932

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 начи- нается, когда давление в цилиндрах достигнет 25 % давления, соответствующего номинальной нагрузке на колонну gâí. 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 gâí. 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 gâí. После этого проводят повторное задавливание колонн, пока в гидроцилиндрах задавливаемых колонн давление не достигнет 75 % от gâí. Затем давление опять выравнивают, и подъем корпуса продолжают. Следующее задавливание осуществляют при достижении давления 70 % от gâí è ò.ä.

Подъем проводят 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.

Перед снятием СПБУ со скважины ее готовят к перегону на новую точку бурения. Снимают лишние грузы, а оставшиеся закрепляют, передвигают портал и закрепляют. Затем с помощью гидроподъемников приподнимают корпус и снимают механические стопоры колонн, после чего начинают спускать корпус. При спуске следят за керном и дифферентом корпуса и при их наличии проводят выравнивание, а также следят за распределением нагрузки от корпуса между колоннами.

Увеличение давления в нижней, неработающей, полости свидетельствует о снижении нагрузки на колонну.

После опускании и вхождения корпуса в воду приступают к выдергиванию опор из грунта. При выдергивании опоры могут легко выходить из грунта или вследствие присоса прочно держаться в грунте, корпус СПБУ в этом случае «затягивается» в воду. При этом может быть большой крен (или дифферент). В этом случае колонны выдергиваются попарно по диагонали корпуса, сначала по одной, потом по другой. После выдергивания колонн СПБУ поднимают в транспортное положение и закрепляют механическими стопорами.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ СПБУ

В течение всего срока эксплуатации СПБУ должна обеспечи- вать безопасность производства работ при строительстве нефтяных и газовых скважин, что определяется живучестью установки, т.е. ее способностью противостоять аварийным повреждениям, возникновению и распространению пожаров, взрывов, сохраняя при этом в достаточной мере мореходные качества установки на плаву и ее эксплуатационные качества в

933

рабочем положении при строительстве скважин. Живучесть СПБУ в положении на плаву обеспечивается выполнением «Наставления по борьбе за живучесть судов морского флота РФ», а в рабочем положении − по судовой части − выполнением Правил Регистра РФ, соответствующих инструкций и нормативно-технических документов.

При бурении могут быть опасны образования грифона вблизи работы СПБУ, нефтегазопроявления из бурящейся скважины, просадка опорных колонн в грунт, ледоход.

При появлении грифона за ним организуют круглосуточное наблюдение. В случае его продвижения к опорным колоннам работу на СПБУ прекращают, 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 проводят 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 воспринимается тремя колоннами, что может привести к аварии, поэтому надо систематически контролировать положение СПБУ (не реже одного раза в неделю), а после шторма − несущую способность грунта под колоннами. Для этого корпус СПБУ приподнимают 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 составляют расписание тревог, устанавливают порядок оповещения по системе авральной сигнализации и радиотрансляции, назначают ответственных лиц 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 статическим данным, значительная часть аварий происходит именно в этих случаях.

В остальном технология и техника строительства морских скважин и скважин на суше существенно не различаются.

934

25.5. ПОЛУПОГРУЖНЫЕ ПЛАВУЧИЕ БУРОВЫЕ УСТАНОВКИ (ППБУ)

НАЗНАЧЕНИЕ И ТИПЫ 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 неоправданным, до глубин 200 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. В соответствии с Правилами Регистра РФ, ППБУ должна иметь клиренс не менее H1, ì:

âсостоянии штормового отстоя H1 = 0,6h50 + 0,5,

âрабочем состоянии

H1 = 0,5h50 + 0,5.

Рабочая (верхняя) палуба обычно представляет собой конструкцию трех-, четырех- и более), на которой расположены 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 находятся склады материалов, насосные отделения, цепные ящики и другое оборудование. Отсеки стабилизирующих колонн размещают на уровне ватерлинии, иногда их заполняют полиуретановой пеной или пенопластом. В нижних понтонах и стабилизирующих колоннах размещают цистерны с балластной и технической водой, топливом, маслом

èäð.

Âпоследние годы на основании накопленного опыта конструирования

èпроектирования, а также эксплуатации ППБУ определилось направление в их создании, характеризующееся разработкой и изготовлением ППБУ двухпонтонной конструкции преимущественно с шестью-восемью стабилизирующими колоннами и прямоугольным корпусом.

Существуют три способа транспортирования ППБУ: с помощью буксиров, самоходный, комбинированный (буксировка в сочетании с само-

ходным). По способу фиксации ППБУ над устьем бурящейся скважины различают установки с якорным креплением при глубинах вод до 300 м и установки с динамическим позицированием – при более глубоких водах.

При разработке конструкции ППБУ должны быть выполнены следующие основные требования:

обеспечение наибольшей безопасности и остойчивости ППБУ; минимальное перемещение ППБУ при бурении;

935

обеспечение мобильности и маневренности при передвижении; быстрая установка на точку бурения; достаточное количество технологических и других запасов;

удобное расположение оборудования, наличие достаточного числа помещений для хранения указанных запасов и механизация погрузочноразгрузочных работ;

простота и технологичность при строительстве и удобство при эксплуатации;

Рис. 25.6. Схема расположения оборудования на ППБУ «Садко-730»:

1 – вышка; 2, 6 – поворотные краны; 3 – бункеры для цемента, барита и бентонита; 4 – стеллажи для труб; 5 – склад бурильного инструмента; 7 – установка каротажа; 8 – буровые насосы; 9 – нижний корпус установки; 10 – крановый путь для подъемного крана противовыбросового оборудования; 11, 12, 13 – емкости для технической воды, топлива и балластной воды; 14 – ëèôò; 15 – распределительное устройство, приборы управления и защиты; 16 – генераторы; 17 – спасательные шлюпки; 18 – кабина капитана; 19 – вертолетная площадка; 20 – помещение управления; 21 – столовая; 22 – служебные помещения (офисы); 23 – буровая лебедка; 24 – ротор

936