Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин

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 применения ППБУ (глубину бурения, глубину воды, волнение моря, скорость ветра, ледовую обстановку и др.). На рис. 25.6 показана схема расположения технологического и общесудового оборудования на ППБУ «Садко-730». Ниже приведены некоторые технические данные этой установки (наиболее легкой из всего ряда «Садко»):

Мощность подруливающих устройств системы динамической стабилизации 4706–18 382 кВт; допускаемая высота волны в рабочем положении 12,2–27,5 м, на стоянке 30,5 м; глубина воды 244 м.

ПЛАВУЧАЯ ПОЛУПОГРУЖНАЯ БУРОВАЯ УСТАНОВКА ТИПА «ШЕЛЬФ»

ППБУ 6500/200 типа «Шельф» предназначена для бурения разведочных нефтяных и газовых скважин глубиной до 6000 м при глубине моря до 200 м, а в Балтийском море – от 90 до 200 м. Конструкция установки включает шесть цилиндрических стабилизирующих колонн, два понтона прямоугольной формы и верхний корпус. Понтоны увязаны горизонтальными раскосами диаметром 2,35 м и наклонными подкосами диаметром 1,55 м. По наружному контуру под продольными и поперечными переборками установлены опорные балки прямоугольного сечения 1,8Ч1,2 м, которые опираются на стабилизирующие колонны и раскосы.

Водонепроницаемость понтонов, стабилизирующих колонн, верхнего корпуса и рубок обеспечивается в соответствии с требованиями норм «Суда металлические морские. Методы и нормы испытания корпусов на непроницаемость».

Основные размеры установки и ее составных частей (в м) приведены ниже:

937

Данные о водоизмещении и осадке ППБУ указаны в табл. 25.1.

Ò à á ë è ö à 25.1

Водоизмещение и осадка ППБУ в зависимости от ее состояния

dñð, dí, dê – осадка судна средняя, нормальная и при качке.

ППБУ в рабочем состоянии (при строительстве скважины) обеспечи- вает работу при волнении до 6 баллов и скорости ветра до 17 м/с. Якорная система обеспечивает перемещение:

âрежиме эксплуатации не более 4 % глубины моря (в Балтийском море начиная с 90 м и в Баренцевом – от 120 до 200 м);

âрежиме шторма (ежегодного) – не более 8 % глубины моря;

âрежиме штормового отстоя (выживания) – не более 15 % глубины

ìîðÿ.

Эксплуатация ППБУ в Баренцевом и Балтийском морях на глубине 60–90 м обеспечивается:

âрежиме бурения – при волнении моря не более 5 баллов и скорости

ветра не более 12 м/с; в режиме штормового отстоя – при волнении моря не более 10 бал-

лов и скорости ветра не более 25 м/с.

Морские переходы ППБУ осуществляются при волнении не более 6 баллов. В табл. 25.2 указаны судовые и технологические запасы, обеспе- чивающие автономность эксплуатации установки в течение 30 сут.

Ò à á ë è ö à 25.2

Судовые и технологические запасы ППБУ

Для сбора отходов бурения на ППБУ установлены шесть контейнеров вместимостью 3,625 м3 каждый.

938

Требуемая осадка ППБУ при переходе и в эксплуатации обеспечивается заполнением или осушением цистерн жидкого балласта в понтонах.

Общая численность обслуживающего персонала составляет 73 чел. Персонал размещается в одно- и двухместных каютах.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ППБУ

Комплекс технологического оборудования предназначен для обеспечения всего цикла строительства скважины. Он включает:

комплексную буровую установку в блочном исполнении Уралмаш 6000/200 ППЭМ;

компенсатор вертикальных перемещений бурильной колонны на талевом блоке;

комплект цементировочного оборудования, состоящий из цементировочной насосной станции и системы приготовления тампонажных растворов;

установку для транспортирования и хранения порошкообразных материалов;

компрессорные станции высокого и низкого давлений; лабораторию буровых растворов и грунтов, фотолабораторию; помещение для хранения источников нейтронов; кладовую ЗИП технологического комплекса; комплекс подводного устьевого оборудования;

комплекс палубного технологического оборудования «Поиск» КПТО- 1600-ОМ1;

комплекс каротажного оборудования; глубоководный водолазный комплекс.

Ниже приведена техническая характеристика буровой установки Уралмаш 6000/200 ППЭМ:

Комплекс механизмов с дистанционным управлением подъема, переноса и установки свечей.

Комплект цементировочного оборудования, состоящий из трех насосных агрегатов 11-Т и одного агрегата 4Р-700, обеспечивает наибольшее давление 70 МПа при подаче 5,82 л/с и 40 МПа при подаче 35,5 л/с. Оборудование расположено в помещении цементировочных насосов. Циркуляционная система состоит из пяти резервуаров для бурового раствора вместимостью 360 м3. Производительность системы по грубой очистке – 76 л/с, по тонкой очистке – 0,09 м3/с (по песку) и 0,045 м3/с (по илу). Имеется пять резервуаров вместимостью 36 м3 для жидких химических реагентов. Рабочие резервуары для бурового раствора снабжены 11-ю механическими перемешивателями.

Оборудование для очистки и приготовления бурового раствора расположено на верхней палубе на платформе по правому борту. Емкости для бурового раствора установлены на главной палубе по правому борту.

Оборудование для транспортирования и хранения порошкообразных материалов состоит из девяти бункеров хранения, двух разгрузочных (для барита и бентонита), двух циклонов СК-ЦН, системы трубопроводов, запорных и соединительных элементов. Общая полезная вместимость всех бункеров хранения 328,5 м3. Производительность пневмотранспорта при транспортировании: барита – 33,2, бентонита – 33,3, цемента – 50 кг/с.

Компрессорная станция состоит из установки низкого давления, обеспечивающей сжатым воздухом пневмотранспорт, управление буровым комплексом и систему управления подводным устьевым оборудованием; установки высокого давления для обеспечения сжатым воздухом буровой установки, систем натяжения направляющих канатов, морского стояка, систем водолазного комплекса и процесса опробования скважин. В комплект входят три компрессора ВШВ-2,3/230, два блока осушки. Максимальное давление воздуха в системе – 23 МПа, подача одного компрессора – 0,038 м3/ñ (2,3 ì3/мин). Станция размещена на главной палубе по правому борту.

Подводное устьевое оборудование (ПУО) состоит из одного комплекта противовыбросового оборудования 540Ч210, одного комплекта противовыбросового оборудования 350Ч700, морских стояков СМ 610 и СМ 406, системы натяжения направляющих канатов, системы управления подводным противовыбросовым оборудованием, дивертором, устьевыми соединениями аварийной акустической системы манифольда и системы управления ПУО.

Стационарно устанавливаемое оборудование размещают на спайдерной и верхней палубах, а также подвышечном портале, нестационарно устанавливаемое – на спайдерной и верхней палубах (секции морского стояка, блоки превенторов, телескопической компенсатор, приспособления и инструмент).

Комплекс палубного технологического оборудования «Поиск» состоит из блока устьевого нагревателя, блока сепарации и измерения, мерной емкости, насосного блока, блока приема продукции, блока сжигания, установки утилизации пластовых вод, комплекта трубопроводной обвязки и системы контроля и управления.

940

Для обслуживания технологического оборудования на ППБУ установлены мостовые электрические краны, подвесные ручные краны и тали.

Комплекс энергетического оборудования ППБУ включает: автономные энергетические установки, состоящие из дизель-

генераторов, объединенных в единую энергетическую систему, в которую входят основные дизель-генераторы переменно-постоянного тока, тиристорные преобразователи и электропривод постоянного тока, тиристорные преобразователи и электропривод постоянного тока, соединенные по схеме синхронный генератор – тиристорный преобразователь – электродвигатель постоянного тока (аналогично системе, примененной на СПБУ);

вспомогательные дизель-генераторы переменного тока, питающие энергией электроприводы вспомогательных механизмов;

котельную установку, состоящую из двух котлоагрегатов КАВ 2,5/7 производительностью по 0,694 кг/с (2500 кг/ч), трех утилизационных котлов производительностью по 0,111–0,14 кг/с (400–500 кг/ч);

две опреснительные установки Д4У производительностью 0,16– 0,135 кг/с (10–12,5 т/сут) каждая.

На ППБУ имеется 15 щелочных аккумуляторных батарей, объединенных в три параллельно соединенные группы напряжением 27,6 В для питания сигнальных огней «Не могу управлять», автоматики дизельгенераторов, прибора автоматической коммутации проблесковым огнем, предупредительного проблескового огня, пожарной системы жидкостного (химического) тушения и авральной сигнализации при выходе из строя основного питания или его отключении. ППБУ также снабжена пятью щелочными аккумуляторными батареями типа 5НК-125-Т, объединенными в пять параллельно соединенных групп с использованием в каждой группе в одной из батарей трех аккумуляторов напряжением 27,6 В для питания светильников малого аварийного освещения при выходе из строя основного питания или его отключении.

Для питания потребителей, имеющих напряжение, отличное от напряжения судовой сети, на ППБУ установлены соответствующие трансформаторы и преобразователи.

УПРАВЛЕНИЕ И КОНТРОЛЬ РАБОТЫ ППБУ

Управление и контроль работ ППБУ, уровень и объем средств автоматизации должны обеспечивать высокие технико-экономические показатели, удобство эксплуатации и соответствовать требованиям, предъявляемым к судам со знаком автоматизации А2 Правил Регистра РФ. Управление всем комплексом ППБУ осуществляют с главного поста управления (ГПУ), центрального поста управления (ЦПУ), центрального пожарного поста (ЦПП), постов управления буровым и технологическим комплексами и местных постов управления.

ГПУ размещают на палубе рубки 1-го яруса. В помещении ГПУ расположены пост управления положением ППБУ, в том числе погружением и всплытием, и судовой вертолетный командный пункт (СВКП). Пост управления положением ППБУ включает: пульт информационно-измерительной и управляющей системы стабилизации положения ППБУ системы «Якорь», средства внутрисудовой связи, пульт управления погружением и всплытием ППБУ с органами дистанционного управления балластными насосами,

941

арматурой и приборами контроля параметров балластной системы, а также щитом сигнализации системы газоанализа.

СВКП предназначен для управления средствами обеспечения полетов вертолетов и оборудован выносным постом связи с вертолетом, приборами коммутации огней вертолетной площадки и средствами внутрисудовой связи.

ЦПУ расположен в выгородке машинного отделения, имеющего шумопоглощающую изоляцию и систему кондиционирования воздуха. За механизмами машинного отделения оператор наблюдает через иллюминаторы. Из ЦПУ осуществляют контроль и управление электроэнергетической установкой, вспомогательными механизмами, общесудовыми системами и тиристорными преобразователями с периодическим обслуживанием механизмов с местных постов. На пульте ЦПУ в приборных щитах установлены органы управления и приборы контроля.

В помещении ЦПУ расположены: центральный пожарный пост, органы управления пожарными и охлаждающими насосами, приборы контроля параметров пожарной системы, сигнализация о предельно допустимых концентрациях (ПДК) сероводорода, взрывоопасных концентрациях паров нефти и нефтяных газов, о падении давления продува электрооборудования и уменьшении перепада давления между технологическими помещениями. ЦПУ – основное место несения вахты машинной команды, оборудованное средствами внутрисудовой связи.

Пост управления буровыми и технологическими комплексами состоит из постов: бурильщика, бурового мастера, управления буровыми насосами, управления цементировочной системой, управления компрессорной станцией низкого давления.

С поста бурильщика управляют главными электроприводами, компенсатором вертикальных перемещений, ключом АКБ и вспомогательной лебедкой. Пост оборудован органами управления перечисленными механизмами, приборами, средствами внутрисудовой связи, пультом телевизионного контроля подводного устьевого оборудования. С поста бурового мастера осуществляют контроль работы бурового и технологического оборудования, газовый контроль воздушной среды в помещениях и пространствах технологического комплекса и контроль давления продува электрооборудования. Пост снабжен пультом показывающих приборов бурового мастера, приборами системы газового контроля, регистраторами, панелью технологической сигнализации, щитом автоматики газоанализа и продува электрооборудования технологического комплекса, средствами внутрисудовой связи, видеоконтрольным устройством ТВ ПУО, пультом аварийного закрытия превенторов, аппаратурой гидроакустического срабатывания типа «Охта».

Пост управления буровыми насосами установлен в помещении буровых насосов. Он включает пульты управления буровыми насосами и насосом глиноприготовления, пульт показывающих приборов циркуляционной системы и средства внутрисудовой связи. С поста управляют буровыми насосами и насосами глиноприготовления при бурении скважины.

Пульт управления цементировочной системой состоит из поста управления цементировочными насосами, пульта показывающих приборов цементирования, средств внутрисудовой связи. С поста осуществляют кон-

942

троль и управление цементировочной системой при цементировании скважин. Пост установлен в помещении цементировочных насосов.

Пост управления компрессорной станцией находится в помещении компрессорной станции и состоит из щита управления компрессорами воздуха низкого давления и средств внутрисудовой связи. С поста осуществляют контроль и управление компрессорами воздуха низкого давления для технических нужд.

Местные посты управления расположены непосредственно у механизмов и предназначены для управления ими.

ППБУ также снабжена системами контроля и управления, включая дистанционное автоматическое управление работой основных и вспомогательных механизмов, основных и вспомогательных технологических и общесудовых установок и устройств.

ППБУ располагает:

системой контроля и управления механической установкой; системой контроля и управления вспомогательными механизмами и

системами; системой контроля и управления судовыми системами;

системой контроля и управления судовой электростанцией; системой контроля и управления охлаждением тиристорных преобра-

зователей; системой контроля и управления положением ППБУ;

системой контроля крена, дифферента и осадки;

Рис. 25.7. Схема расположения оборудования на ППБУ типа «Шельф»:

1 – вышка; 2 – трубы; 3 – ÏÏÁÓ; 4 – вертолетная площадка; 5 – жилые и культурнобытовые помещения; 6 – поворотный кран грузоподъемностью 63 т

943

Рис. 25.8. Общий вид ППБУ типа «Шельф»

системой централизованного контроля; системой контроля технологических процессов строительства сква-

жин; системой газового контроля технологических помещений;

системой контроля давления продува электрооборудования и перепада давления в технологических помещениях;

системой контроля и управления комплексом оборудования опробования и освоения скважин «Поиск».

На рис. 25.7 показана схема расположения мест установки оборудования на ППБУ типа «Шельф», а на рис. 25.8 – общий вид этой ППБУ.

ПЕРЕГОН ППБУ НА НОВУЮ ТОЧКУ

Перед транспортированием проводят подготовку установки, заключающуюся в проверке оставшихся технологических и судовых запасов,

944

которые можно оставить на установке, исходя из обеспечения требуемой осадки и остойчивости при перегоне, убирают якорные цепи в цепные ящики, а якоря укладывают на специальные кронштейны.

Если буксировку проводят в пределах площади бурения и при благоприятной погоде, то переход допускается осуществлять при осадке, т.е. без всплытия установки.

Остойчивость ППБУ проверяют по формуле K = Mc/Mv ≥ 1,3,

ãäå Ìñ – опрокидывающий момент; Mv – кренящий момент.

До начала транспортирования разрабатывают проект перегона, в котором в зависимости от района плавания, расстояния, достоверности и долгосрочности метеопрогноза указывают скорость буксировки, мощность и схему расположения буксиров и другие мероприятия, обеспечивающие безопасное транспортирование.

Буксировку ППБУ осуществляют с ограничением по погодным условиям. Обычно волнение ограничивается 5–6 баллами и ветер – 7–8 баллами. В практике расчеты прочности узлов и системы буксировки выполняют в соответствии с требованиями контролирующих органов и с учетом накопленного опыта. Основа определения расчетных нагрузок – скорость буксировки и нагрузки в наихудшем их сочетании. Если имеются две точки крепления буксиров, то буксировочные узлы рассчитывают каждый в отдельности на прочность, исходя из приложения к каждому полной буксировочной нагрузки на ППБУ.

Буксирное оборудование обычно включает в себя лебедку, буксирный трос, амортизационные узлы, устройства и снаряжения.

Лебедка должна быть надежно закреплена и иметь достаточное тяговое усилие для выбирания троса на барабан лебедки. Буксир должен иметь резервный буксирный трос на своем барабане для быстрой замены слу- чайно разорвавшегося троса. Кроме статического тягового усилия, трос должен выдерживать и динамические нагрузки, вызываемые движением буксира и буксируемой установки. Коэффициент запаса буксируемого троса рекомендуется равным 2,5. Так как около 30 % повреждений троса происходит на кормовой палубе, то рекомендуется подготовить палубу в местах трения троса, обеспечивая его защиту различными защитными средствами.

По окончании транспортирования ППБУ наводят на точку бурения, по имеющейся схеме развозят якоря и якорные цепи. При наводке установку располагают таким образом, чтобы направление максимальной удерживающей силы системы удержания совпадало с направлением максимальных внешних воздействий окружающей среды. После раскладки всех якорей подтягивают якорные цепи, предварительно создавая их натяжение.

Натяжение определяется условием, при котором смещение ППБУ от начального положения при действии максимальных внешних сил было в допустимых пределах. Эти пределы для различных районов разные. По окончании раскладки якорей ППБУ переводят в рабочее положение путем заполнения балластом нижних понтонов до расчетного значения осадки для рабочего положения ППБУ.

945

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ППБУ

При определении типа ППБУ для конкретного района работ изучают окружающую среду и, располагая достоверными данными о скорости ветра, высоте волн, скорости течения, ледовой обстановке и другими сведениями, приступают к рассмотрению характеристики ППБУ, ее возможности по обеспечению безопасности ведения буровых работ в этом районе с наибольшей экономической отдачей.

Особенностью эксплуатации ППБУ при бурении скважин является то, что такая установка, в отличие от СПБУ, находится на плаву и жестко не связана с морским дном. Связь ППБУ с морским дном осуществляется че- рез водоотделяющую колонну (морской стояк). Ее верхний подвижный конец присоединен к ППБУ, а нижний с помощью телескопического соединения – к верхнему концу нижней секции, нижний конец которой шарнирно прикреплен к подводному устьевому оборудованию (ПУО), установленному на морском дне.

Морской стояк обеспечивает замкнутую циркуляцию бурового раствора и изоляцию ствола бурящейся скважины от морской воды. Находящаяся в морском стояке бурильная колонна подвешена через компенсатор вертикального перемещения на талевом блоке. Телескопическое соединение морского стояка и наличие компенсатора вертикального перемещения обеспечивают ограниченное перемещение ППБУ по вертикали по отношению к ПУО, жестко закрепленному на морском дне. Горизонтальное перемещение ППБУ по отношению к устью скважины ограничивается допустимой гибкостью бурильной и обсадной колонн и конструкции шарнира морского стояка. Обычно горизонтальное перемещение составляет 3–5 % глубины моря. Вертикальное перемещение ограничивается длиной хода компенсатора.

На рис. 25.9 показана схема сил, действующих на ППБУ. Эти силы подразделяют на три группы. К первой группе относят F1, F2, F3 – силы внешних воздействий (ветра, волн, течений); ко второй – Ð2 – посто-

Ð3 – силы тяжести технологиче- ских и судовых запасов, относящихся к медленно изменяющимся нагрузкам; к ним относятся также силы тяжести Ð4, Ð5 балласта в нижних понтонах. И, наконец, в третью группу входят Ð1 – допускаемая максимальная нагрузка на кронблок буровой вышки, создаваемая бурильной или обсадной колонной; Ò1, Ò2 – функциональные нагрузки от натяжения якорных цепей; Ò3, Ò4 – функциональные нагрузки от сил натяжения морского стояка.

Рис. 25.9. Схема сил, действующих на ППБУ

946