Плавучие буровые установки

Лекция № 6. Морские буровые установки.(МБУ) при освоении шельфа. БС;

Удаление районов буровых работ от береговых баз, слож­ность и малая скорость буксировки, а также небольшая авто­номность снижают эффективность использования полупогружных буровых установок. Поэтому для поискового и разведочного бу­рения в отдаленных районах применяют буровые суда. (рис.11).

Основным режимом эксплуатации буровых судов является бурение скважины (85—90% от всего времени эксплуатации судна). Поэтому форма корпуса и соотношение главных размерений определяются требованиями остойчивости и обеспечения стоянки с возможно малыми перемещениями. Вместе с тем фор­ма корпуса должна соответствовать скорости передвижения суд­на 10—14 узлов и более. Характерная особенность для буровых судов — малое отношение ширины к осадке, равное 3—4.

При­чем наблюдается тенденция уменьшения этого отношения (у судов «Пеликан», «Сайпем II» и др.), что можно объяснить расширением районов работы и требованиями повышения море­ходности. Выбор главных размерений судна зависит от требуе­мой грузоподъемности, которая определяется расчетной глубиной бурения скважин и автономностью судна.

В практике бурения разведочных скважин на море широ­ко применяют однокорпусные и многокорпусные самоход­ные и несамоходные суда. С середины 50-х до конца 70-х годов для бурения использовались только суда с якорной и закольной системами стабилизации, их удельный вес в парке плавучих буровых установок составлял 20—24 %. Область применения для бурения судов с якорной системой стабили­зации ограничена глубинами моря до 300 м.

Новые перспективы в освоении морских месторождений открылись в 1970 г. благодаря созданию системы динамичес­кого позиционирования, использование которой позволило установить ряд рекордов по глубине разведываемых аквато­рий. С этого времени произошел относительно быстрый рост мирового парка судов для бурения на больших глубинах моря.

Примерами зарубежных судов с динамической системой стабилизации являются “Пеликан” (до глубины моря 350 м), “Седко-445” (до 1070 м), “Дисковерер Севен Сиз” (до 2440 м), “Пелерин” (до 1000 м первое и до 3000 м второе поколения), “Гломар Челенджер” (до 6000 м, фактически покорена глуби­на моря 7044 м), “Седко-471” (до 8235 м).

Самоходные буровые суда бывают однокорпусными и двухкорпусными (катамараны). В отечественных производст­венных организациях используются преимущественно однокорпусные. Обусловлено это меньшими капитальными затра­тами на их изготовление, так как они создавались на базе готовых проектов корпусов рыболовецких судов.

Однокорпусные буровые суда типа “Диорит”, “Диабаз”, “Чароит”, “Кимберлит”, эксплуатировавшиеся в производст­венных экспедициях ВМНПО “Союзморинжгеология”, осна­щены якорной системой стабилизации, буровыми станками шпиндельного типа и технологическим оборудованием для проведения инженерно-геологических изысканий при глубине воды от 15 до 100 м.

Опыт бурения с этих судов выявил ряд их конструктив­ных недостатков, основными из которых являются ненадеж­ная система стабилизации на скважине, малые размеры бу­ровой площадки и ограниченное число посадочных мест из-за использования серийных корпусов рыболовецких судов, невозможность передачи на забой необходимой осевой на­грузки при бурении станками шпиндельного типа без ком­пенсаторов вертикальных перемещений бурового снаряда, невозможность проведения комплекса скважинных геотехни­ческих исследований и отбора монолитов вдавливанием из-за использования бурильной колонны геолого-разведочного сор­тамента диаметром 0,050 — 0,064 м. Единственный вид сква­жинных исследований, которые можно производить с этих судов, — это прессиометрия.

Технологический комплекс каждого судна состоит из бу­ровой установки, системы для проведения скважинных гео­технологических исследований (статическое зондирование и пробоотбор) и донной пенетрационной установки. Использо­вание бурового кондуктора (водоотделяющей колонны) на этих судах не предусмотрено. Привод основных буровых механизмов гидравлический, спускоподъемные операции меха­низированы.

Специализированных судов для бурения разведочных скважин на глубинах морей свыше 300 м в России в настоя­щее время нет.

Более перспективным типом судов для бурения разведоч­ных скважин являются катамараны. По сравнению с однокорпусными судами такого же водоизмещения они имеют ряд преимуществ: более высокую остойчивость (амплитуда бортовой качки катамарана в 2—3 раза меньше, чем у одно-корпусных судов), что позволяет работать в лучших условиях при сильном волнении моря (коэффициент рабочего времени двухкорпусных судов больше, чем однокорпусных, минимум на 25 %); более удобную для работы по форме и значительно большую (на 50 %) полезную площадь палубы (поскольку ис- пользуется межкорпусное пространство), что дает возмож­ность разместить на палубе необходимое количество тяжело­го бурового оборудования; малую осадку и высокую манев­ренность (каждый корпус снабжен ходовым винтом), что способствует использованию их в условиях мелководного шельфа. Стоимость постройки однокорпусного судна со сравнимой площадью рабочей палубы на 20 — 30 % выше сто­имости судна-катамарана.

Американская фирма “Ридинг энд Бэтес” построила буро­вое судно “Катамаран”, состоящее из двух барж, скреплен­ных девятью балочными фермами (рис.12). Длина судна 79,25 м, ширина 38,1 м. С него можно бурить скважины глу­биной до 6000 м при любой глубине моря. На судне установ­лены: буровая вышка высотой 43,25 м с грузоподъемной си­лой 4500 кН; ротор; двухбарабанная лебедка с приводом от двух дизелей; два буровых насоса с приводом от двух других дизелей; цементировочный агрегат; резервуары для глинисто­го раствора; восемь якорных лебедок с электроприводом от двух дизель-генераторов переменного тока мощностью по 350 кВт; жилые помещения для 110 человек.

Из буровых судов-катамаранов значительно меньших гео­метрических и энергетических параметров следует отметить отечественные катамараны “Геолог-1” и “Геолог Приморья”, техническая характеристика которых приведена ниже.

“Геолог-1” “Геолог Приморья”

Водоизмещение, т. 330 791

Ширина, м. 14 18,2

Осадка без груза, м. 1,5 3,26

Высота надводного борта, м 1,7 4,47

главных. 2×106,7 2×225

вспомогательных. 2×50 2×50

Скорость хода, узлы. 8 9

Мореходность, баллы. 6 8

удаление от берега, км. До 3 До 360

минимальная глубина мо-

волнение моря, баллы. 3 4

Минимальная глубина моря, на которой возможно буре­ние с катамарана, определяется величиной его осадки, мак­симальная — длиной якорных тросов. Возможные глубины бурения скважин зависят от типа установленных на катама­ранах буровых установок.

Катамаран “Геолог-1” (рис.13) построен специально для инженерно-геологических изысканий в прибрежных аквато­риях Черного моря.

. На катамаране смонтированы: установка УГБ-50М с электроприводом для бурения скважин глуби­ной до 30 м по породам ударным, колонковым и шнековым способами; подводная пенетрационно-каротажная станция ПСПК-69 для исследования физико-механических свойств мягких грунтов и установления литологического строения морского дна; сейсмоакустическая станция “Грунт” для не­прерывного профилирования с целью получения сведений о литологическом строении морского дна по всей зоне между опорными скважинами. В точке исследования “Геолог-1” за­крепляется четырьмя якорями, а на глубинах моря до 7 м — дополнительно двумя закольными сваями длиной по 8 м.

Несамоходные плавучие буровые установки создают, ис­пользуя в качестве основания, не предназначенные для буре­ния несамоходные суда (баржи, плашкоуты, шаланды), дере­вянные плоты или специально изготовленные для бурения металлические понтоны, катамараны и тримараны.

Из несамоходных судов чаще всего используют баржи. Из всего многообразия типов барж не все пригодны для произ­водства буровых работ на море. Наиболее удобна сухогруз­ная баржа с открывающимися в днище люками, благодаря чему буровой станок можно установить в центре баржи. Пе­ред производством работ баржу загружают балластом для придания ей большей остойчивости.

Иногда для бурения применяют две однотипные баржи, спаренные поперечными брусьями. Образуется катамаран с зазором между баржами, в котором размещается устье сква­жины. Спаривание барж позволяет применять тяжелые буро­вые установки и вести бурение в неблагоприятных гидроди­намических условиях моря.

Буровые плоты наиболее доступны в изготовлении. Тяже­лые плоты глубоко погружены в воду. Это повышает их ос­тойчивость, но увеличивает осадку и не исключает захлестывание оборудования даже небольшой волной. Со временем плоты теряют свою плавучесть, и срок службы их сравни­тельно небольшой.

Буровые металлические понтоны по водоизмещению делят на легкие площадью 30—40 м 2 и тяжелые площадью 60—70 м 2 . Остойчивость понтонов невысокая, и используют их преимущественно на закрытых акваториях при волнении моря до 2 баллов.

В России при бурении на шельфе дальневосточных морей широкое применение получили катамараны типа “Амур” и тримараны типа “Приморец”, представляющие собой суда маломерного флота с ограничением плавания по волновому состоянию моря до 5 баллов. Первые несамоходные. Вторые могут передвигаться самостоятельно со скоростью до 4 узлов в тихую погоду на небольшие расстояния в пределах разве­дываемой бухты. Однако их тоже относят к несамоходным, так как условия работы в подавляющем большинстве случаев вынуждают использовать для их буксировки вспомогательные суда. Указанные катамараны и тримараны разработаны СКВ АО “Дальморгеология” для бурения ударно-забивным и вра­щательным способами разведочных скважин конкретных параметров и имеют следующие технические характеристи­ки:

Длина, м. 13,6 18,60

Ширина, м. 9,0 11,80

Высота борта, м. 1,5 1,85

Осадка, м. 0,8 0,95

Водоизмещение, т. 40 65

Число и масса (кг) якорей. 4×150 4×250

Грузоподъемная сила буро-

вой вышки, кН. 200 300

Параметры скважины, м:

глубина по воде. 25 50

глубина по породам. 25 50

Максимальный диаметр по

колонне обсадных труб. 0,146/0,166 0,219/0,243

Рис. 14- Плавучие буровые установки АО “Дальморгеология”:

а – ПБУ “Амур”: 1 – якорная лебедка, 2 – рубка, 3 – буровая лебедка, 4 — буровая вышка; б — ПБУ “Приморец”: 1 — надстройка, 2 — буровая вышка, 3 — буровая лебедка, 4 — талевая лебедка, 5 — вибратор, 6 — враща­тель

Тримаран “Приморец” — ПБУ с тремя корпусами серий­ных судов, соединенными плоским мостом из стального про­ката (рис.14, б). Ходовой двигатель и винторулевое устройство размещены в среднем корпусе, смещенном в корму от­носительно боковых. Дизель-генератор и промывочный на­сос расположены в двух параллельных боковых корпусах тримарана. На палубе в кормовой части установки находится надстройка бытовых и служебных помещений, в носовой — размещено буровое оборудование, содержащее Л-образную буровую вышку, лебедку для ударно-забивного бурения, тале­вую оснастку и лебедку для подъема труб, вращатель и ви­братор.

В палубе ПБУ “Амур” и “Приморец” имеются П-образные вырезы для отхода установки от скважины без извлечения обсадных труб на время шторма, плохой видимости или ре­монта и последующего подхода к скважине для продолжения бурения. Непотопляемость и устойчивость этих установок сохраняются при затоплении любого одного отсека.

Катамаран “Амур” — ПБУ с двумя параллельными корпу­сами серийных краболовных ботов, соединенными в верхней части плоским мостом из стального проката, образующим общую палубу (рис.14, а). Энергосиловое и вспомогательное оборудование установки расположено в корпусах катамара­на, что увеличило рабочую площадку. На палубе установлены А-образная буровая вышка, лебедка для ударно-забивного бурения, вибратор, обсадные трубы, рабочий инструмент, рубка, четыре якорные лебедки.

Осн.: 2. [ 74-77 ], 3. [ ]

Доп.: 7. [947-951]

Контрольные вопросы:

1. Для чего и на какие глубины предназначены БС?

2. Конструкция бурового судна.

3. Отличительная особенность в конструкции ППБУ от БС.

Плавучие буровые установки

Буровая баржа – вид морской буровой установки используемой на первом этапе разработки месторождения, для бурения скважин в основном на мелководных и защищенных участках.

Область применения – внутриконтинентальные место-рождения устья рек, озера, болота, каналы и на небольшой глубине (как правило от 2 до 5 метров).

Буровые баржи, обычно – несамоходные, и поэтому не в состоянии проводить работы в ситуации открытого моря.

Самоподъемная плавучая буровая установка (Jack-up drilling rig)

Этот тип морских буровых установок по способу перемещения, видам работ, форме корпуса и структуре производственной платформы напоминает буровую баржу, и иногда является модернизированной буровой баржей.

В конструкцию включены три, четыре или пять опор с башмаками, опускаемых и задавливаемых в дно на время осуществления буровых работ.

При этом также может производится заякоривание буровой установки, но стояние на опорах является более безопасным режимом эксплуатации, так как в этом случае корпус не касается поверхности воды.

Глубина воды на которой может работать самоподъемная буровая платформа ограниче-на, как правило длиной опор и не превышает 150 метров.

Буровое судно (Drillship)

Буровые суда – самоходные и поэтому не требуют буксировки на место проведения работ. Они проектируются специально для осуществления бурения скважин на большой глубине, хоть и обладают не такой устойчивостью как полупогружные морские буровые установки.

Состав оборудования включает в себя полный набор, необходимый для крупного океанского судна. С помощью GPS устройств реализуется активное управление буровым судном. Это позволяет проводить буровые операции непосредственно с корабля, но только в тех пределах, где его перемещения не мешают процессу бурения. На нижнем корпусе судна располагаются электрические двигатели, которые обеспечивают движение корабля в любом направлении.

Благодаря якорной системе, судно, оборудованное производственной, отгрузочной и хранилищной площадками, может вращаться вокруг вертикальной оси, в результате при воздействии ветра, его влиянию будет подвержена минимальная площадь. Буровая шахта (англ. moonpool) проходит через весь корпус судна, расширяясь к низу; буровые линии уходят от нее в глубину. На палубе располагается силовые установки и техническое оборудование. Нефть, добытая, а затем очищенная, хранится в резервуарах корпуса, впоследствии же ее загружают в челночные грузовые танкер ы.

Погружная буровая установка (Submersible rig)

Не очень распространенный тип буровых установок, особенность конструкции заключается в способности погружаться в воду, может использоваться на небольших глубинах.
Погружная установка представляет из себя платформу с двумя, помещенными друг на друга, корпусами.
В верхнем корпусе располагаются жилые помещения для экипажа, как и на обычной буровой платформе. Нижняя часть – заполняется воздухом (чем обеспечивает плавучесть) при перемещении, а после прихода на место назначения, воздух выпускается из нижнего корпуса, и буровая платформа погружается на дно.
Преимуществом погружных установок является высокая мобильность, однако при этом глубина выполнения буровых работ – невелика и не превышает 25 метров. На сегодняшний день эксплуатируются 6 установок этого типа.

Полупогружная буровая установка (Semisubmersible rig)

Наиболее распространенный тип морских буровых установок, сочетает в себе преимущества погружных конструкций и способность проводить буровые работы на глубине более 1500 метров.
Конструкция полупогружной установки включает опоры, которые обеспечивают плавучесть платформы и обеспечивают большой вес для сохранения вертикального положения. В процессе передвижения полупогружная морская буровая установка происходит закачивание и выкачивание воздуха из нижнего корпуса (когда выпускается воздух полупогружная установка притапливается лишь частично, не достигая при этом морского дна и остается на плаву).

В процессе буровых работ осуществляется заполнение нижнего корпуса водой, в результате чего достигается необходимая устойчивость. Укрепление тяжелыми 10-тонными якорями, дает гарантии безопасности при эксплуатации платформы в бурных морских водах. При необходимости удерживать установку на одном месте также применяется активное рулевое управление.

ППБУ (полупогружные плавучие буровые установки) — техника для бурения морских скважин

Ещё с конца XIX и до 30-х годов XX в. для бурения в акватории возводились искусственные острова. Однако постоянно возрастающие энергетические потребности стран в совокупности со сложностью возведения насыпных островов на всё больших глубинах послужили причиной появления в 60-х гг. XX века плавучих полупогружных буровых установок. Они сделали доступным бурение в тех местах, где гравитационные установки, опирающиеся на дно, использоваться не могли.

Виды плавучих буровых установок

До сих пор бурение морских скважин осуществляется с несколькими типами плавучих буровых платформ:

• Самоподъёмной плавучей установкой – монтируется на дно при помощи специальных опор, корпус поднимается над поверхностью воды на недосягаемую для волн высоту.
• Буровых судов – благодаря высокой автономности и мобильности используются в отдалённых районах. Не могут эксплуатироваться при большом волнении моря.
• Полупогружных плавучих установок, включающих собственно буровую площадку, понтоны, заполняемые забортной водой, и стабилизирующие колонны. — именно ППБУ являются наиболее востребованными при добычи нефти и газа.

Особенности применения полупогружных буровых установок

Создание полупогружных буровых (ППБУ) явилось следствием необходимости проведения бурения на глубинах более 100 м. По мере развития технологии появилась возможность при помощи данных платформ проводить бурение глубиной до 10000 м при глубине акватории до 6000 м. Размещается конструкция на понтонах непосредственно над местом бурения.

Фото полупогружной плавучей буровой установки

В основном ППБУ служат для разведочного бурения.

Однако поддерживать постоянную нагрузку на подобную плавучую конструкцию довольно сложно и дорого, поэтому в современных ППБУ, таких как Deepwater Horizon, применяется цифровая система позиционирования, которая постоянно удерживает платформу при помощи подводных двигателей. Используя данную систему, от заданного места платформа может отклониться всего на несколько метров.

Конструкция

В конструкцию таких платформ входят верхний корпус, нижние понтоны, стабилизирующие колонны. Последние сверху присоединяются к корпусу, а в нижней части – к понтонам. При заполнении понтонов морской водой происходит их погружение (обычно на 18-30 м), при этом над поверхностью воды находится часть колонн и сам верхний корпус. Далее система заякоривается. В результате площадь ватерлинии резко уменьшается, что способствует уменьшению волновых нагрузок и облегчает задачу неподвижного удерживания платформы на месте.

Внутреннее пространство колонн имеет водонепроницаемые отсеки, в которых размещается различное оборудование, складские помещения, технологические и энергетические блоки. Понтоны также имеют внутренние отсеки, предназначенные для размещения технической и балластной воды, масла, топлива и т. п.

Схема полупогружной буровой установки

Виды ППБУ

Конструкций ППБУ сегодня много, различаются они как по способу транспортировки, о чём выше уже было упомянуто, так и по способу удержания. Последняя классификация предусматривает возможность создания следующих типов платформ:

• с системой удерживания при помощи якорей,
• с динамическим позиционированием,
• с удерживанием при помощи натяжных опор.

Динамическое позиционирование платформы позволяет значительно упростить задачу удержания установки в неподвижном состоянии. Данная система состоит из вычислительной машины, акустической аппаратуры и восьми винтов продольного и поперечного направлений.

Принцип работы системы удерживания платформы

Акустическая аппаратура принимает свои же сигналы, отражаемые ото дна, а вычислительная машина, соответственно, определяет текущие координаты установки и при необходимости подаёт сигналы на двигатели, возвращая платформу в исходное местоположение. Эффективность данной системы с глубиной только возрастает, поэтому используют ППБУ с динамическим позиционированием для работ на глубинах до 6000 м.

ППБУ вышеперечисленных систем удерживаются полупогруженными в воду благодаря плавучести опор. Однако данная конструкция чрезвычайно чувствительна к изменениям схемы нагрузки платформы, возникающим, например, при перемещении тяжёлого оборудования на верхнем корпусе.

Схема монтажа данной ППБУ следующая:

1. Фундамент, часто выполняемый в виде пустотелой массивной ёмкости, первым буксируется на место, куда доставляются и растяжки нужной заранее просчитанной длины.
2. Растяжки нижними концами сцепляются скобами с фундаментом, отсеки которого заполняется водой пока лишь частично. Количество воды рассчитывается таким образом, чтобы фундамент погрузился не до самого дна, а на расстояние, на котором верхние части растяжек находились бы над поверхностью воды.
3. Фундамент опускается в воду. Растяжки имеют положительную плавучесть, поэтому под водой они сами занимают вертикальное положение.
4. Далее приходит платформа, верхние края растяжек закрепляются на понтонах, после чего оставшиеся секции фундамента полностью заполняются водой. Далее фундамент погружается на дно, увлекая понтоны на просчитанную глубину.

Популярные модели

В мире построено много плавучих нефте- и газодобывающих платформ, и каждая из них способна поразить обывателя своими масштабами. Это настоящие плавучие города посреди моря, в которых живут и работают десятки и даже сотни человек.

West Alpha

Одной из известнейших ППБУ можно смело назвать West Alpha. Именно на этой платформе в сентябре 2014 года в Карском море при бурении скважины «Университетская-1» было обнаружено крупное месторождение, названное в последствие «Победа». Сама же West Alpha – это норвежская буровая, построенная в 1986 году.

ППБУ West Alpha

До вышеназванного события эксплуатировалась исключительно в норвежских водах, но для работы в условиях крайнего севера была соответствующим образом модернизирована – добавили оборудование для мониторинга ледовой обстановки и установили систему для предотвращения столкновений с айсбергами.

Характеристики West Alpha:

Гиганты в море: морские буровые платформы

Эту публикацию мы делаем для тех, кому всегда было интересно, как устроена морская буровая платформа и как работает это чудо инженерной мысли.

Типы морских платформ:

Устройство нефтяной платформы

Четыре основных компонента нефтяной платформы: корпус, буровая палуба, якорная система и буровая вышка – позволяют решать задачи по разведыванию и добыче черного золота в условиях большой воды.

Корпус – это по сути своей понтон с треугольным или четырехугольным основанием, которое поддерживают огромные колонны. Над корпусом находится буровая палуба, выдерживающая сотни тонн бурильных труб, несколько грузоподъемных кранов и полноразмерную вертолетную площадку. Над буровой палубой возвышается буровая вышка, задачей которой является опускать/поднимать к морскому дну бур. В море всю конструкцию удерживает на месте якорная система. Несколько лебедок крепко натягивают стальные швартовые тросы, заякоренные на океанском дне, и удерживающие платформу на месте.

Принцип работы

Процесс добычи нефти начинается с сейсмической разведки. В море сейсмическая разведка проводится с помощью специальных кораблей, обычно водоизмещением до 3 000 тонн. Такие суда разматывают за собой сейсмические косы, на которых расположены гидрофоны (приемные устройства) и создают акустические волны с помощью источника колебаний (пневмопушки). Ударные акустические волны отражаются от пластов земли, и, возвращаясь к поверхности, улавливаются гидрофонами. Благодаря таким данным создают двухмерные и трехмерными сейсмические карты, на которых видны потенциальные резервуары с углеводородами. Однако никто не может гарантировать, что он нашел нефть, пока она не хлынет из скважины.

Итак, после разведки, начинается процесс бурения. Для бурения команда собирает бур секционно. Каждая секция имеет высоту 28 метров и состоит из железных труб. Например, нефтяная платформа EVA-4000 способна соединить максимум 300 секций, что позволяет углубиться в земную кору на 9,5 км. Шестьдесят секций в час, с такой скоростью опускают бур. После сверления бур вынимается для запечатывания скважины, чтобы нефть не вытекала в море. Для этого на дно опускают противовыбросовое оборудование или превентор, благодаря которому ни одно вещество не покинет скважину. Превентор высотой 15 м и весом 27 тонн снаряжен контрольным оборудованием. Он действует как огромная втулка и способен за 15 секунд перекрыть нефтяной поток.

Когда нефть найдена, нефтяная платформа может перемещаться в другое место для поиска нефти, а на ее место прибывает плавучая установка для добычи, хранения и отгрузки нефти (FPSO), которая выкачает нефть из Земли и отправит ее на нефтеперерабатывающие заводы на берегу.

Нефтедобывающая платформа может стоять на якоре десятилетиями, невзирая на любые сюрпризы моря. Ее задача извлекать нефть и природный газ из недр морского дна, отделяя загрязняющие элементы и отправляя нефть и газ на берег.

Совсем скоро мы опубликуем рейтинг самых больших гигантов инженерного чуда, будет еще интереснее!