§ 3. Основные этапы развития конструкций для морского бурения

В конце сороковых и начале пятидесятых годов на Каспийском море и в Мексиканском заливе было предпринято широкое наступ­ление на морские залежи нефти, которые успешно завершились созданием морских нефтепромыслов. Морские эстакады, индиви­дуальные и плавучие основания для бурения разведочных и эк­сплуатационных скважин, подводные трубопроводы и парки то­варной нефти, целые города в море - это реальность сегодняшнего дня.

Разведка и добыча нефти ведутся в настоящее время на всех континентах как на морских акваториях, так и на внутренних во­доемах. Наиболее интенсивно ведется работа в Мексиканском и Персидском заливах, в Каспийском и Северном морях и на озере Моракаибо, на Черном, Азовском и Охотском морях. Происходит непрерывный рост добычи нефти с морских акваторий.

Специфические условия работы в море позволили при освоении нефтяных месторождений широко использовать целый флот раз­личных передвижных сооружений, с помощью которых произво­дятся разнообразнейшие работы при строительстве нефтепромы­слов. К ним относятся плавучие буровые установки и буровые су­да для бурения разведочных и эксплуатационных скважин. Вслед­ствие высокой мобильности и автономности их применение оказа­лось чрезвычайно эффективным, несмотря на значительную пер­воначальную стоимость.

59

Рис. 3.2. Классификация типов оснований и установок, применяемых для бурения неглубоких разведочных, инженерно-геологических и картировочных скважин

На первом этапе развития конструкций МНГС первое металли­ческое свайное основание было разработано Н.С. Тимофеевым, металлические сваи которого погружались методом забуривания. После бурения шурфов под сваи и установки и цементирования свай в морском дне пролётное строение собиралось и сваривалось на месте строительства. В 1940 г. Б.А. Рагинский предложил круп­ноблочную конструкцию верхнего строения морского основания, которая устанавливалась и монтировалась на зацементированых сваях. Применение крупноблочных элементов заводского изготов­ления резко сократило время строительства.

В процессе разработки морских месторождений потребовалось надежное сообщение между отдельными объектами, расположен­ными на морских стационарных основаниях. Доставка грузов на судах при волнении свыше 4 баллов и ветре свыше 5 баллов была затруднена. Кроме этого, несудоходность акватории в местах раз­работки (например, район Нефтяных камней) обусловила создание эстакад как средств сообщения между объектами существующего промысла.

Следующим шагом в развитии конструкций было создание ме­таллических стационарных оснований ЛАМ конструкции Л.А. Межлумова, металлических оснований МОС конструкции Л.А. Межлумова, С.А. Оруджева и Ю.А. Саттарова. В 1976 г. на место­рождении им. 28 апреля построено стационарное металлическое основание на глубине моря 84 м.

В зарубежной практике освоение морских нефтяных месторож­дений также было начато с применением стационарных оснований на деревянных сваях. Характерной особенностью американской практики строительства стационарных морских оснований было использование железобетонных и бетонных конструкций в виде кессонов, массивов, отпускных колодцев и свай. Например, осно­вание Коллинса, представляющее собой цилиндрическую бетон­ную колонну-массив диаметром 5,8 м, погруженную в грунт на требуемую глубину. Применялись гигантские массивы на кессонах с размером в плане 12x20 м, по периметру которой забивали ряд шпунтовых свай. Все пространство, окруженное шпунтовым ря­дом, засыпалось песком. Ввиду высокой стоимости эти конструк­ции не получили широкого распространения.

На Марокарибском озере на глубинах до 30 м устанавливали железобетонные стойки диаметром 1,5 м с толщиной стенок 15 см и общей длиной 55-60 м, на которых строили основание. На мень­шей глубине применяли сваи с сечением 60x60 см, которые заби­вали в грунт с помощью паровых копров. Металлические стацио­нарные морские основания для бурения скважин и добычи нефти за рубежом начали свое развитие с простейших конструкций на

61

глубину 6 м до сложных конструкций на глубины до 305 м и бо­лее.

Вторым этапом в развитии конструкций морских гидротехни­ческих сооружений для бурения скважин и добычи нефти было создание морских стационарных платформ (МСП), состоящих из опорной части, массивного моноблока и съемного многопалубного верхнего строения Особенность этих конструкций - применение массивных блоков (модулей) заводского изготовления, укомплек­тованных определенным технологическим оборудованием и раз­мещаемых на разных по высоте палубах многопалубного верхнего строения стационарной платформы. Это обеспечило одновремен­ное проведение буровых работ и добычу нефти.

Наиболее ускоренное развитие конструкций МСП произошло при освоении нефтяных и газовых месторождений Северного мо­ря. Наряду с массивными стационарными металлическими плат­формами, закрепляемыми к морскому дну сваями, в Северном мо­ре широко применяются массивные железобетонные платформы гравитационного типа. Используют также конструкции комбини­рованные: низ конструкции изготовляют из железобетона, а верх -из металла.

Для глубоководных акваторий имеется ряд разработок плат­форм с натяжными опорами, проекты которых осуществляются в настоящее время.

Выполнен ряд проектов как по совершенствованию жестких металлических конструкций, так и по исследованиям и разработке проектов упругих конструкций платформ на большие глубины (от 300 до 1050 м). В проектах используется эффект взаимной компен­сации волновых нагрузок при резонансных частотах. Разработан ряд конструкций платформ для работы в ледовых условиях.

В последние годы наметилась тенденция применения плавучих систем освоения морских нефтяных и газовых месторождений. Плавучие системы используют при разработке малодебитных ме­сторождений, а также на первом этапе для освоения месторожде­ний с большими извлекаемыми запасами.

Об эффективности применения плавучих буровых установок (ПБУ) может служить пример плавучего основания, построенного на Каспии для структурно-поискового бурения в 1959 г. За один год эксплуатации ПБУ пробурено 22 скважины, общая проходка составила 14 тыс.м, т.е. 1200 м на станок в месяц, в то время как на стационарных индивидуальных основаниях проходка составляла 400 м на станок в месяц.

Не менее успешна работа буровых судов (БС). Одно из них, БС «Сокол», ведущее геологическую разведку в море, за 10 месяцев 1960 г. пробурило 140 скважин со скоростью 1600 м на станок в

62

месяц.

Создание первых действующих плавучих буровых агрегатов относится к концу сороковых и началу пятидесятых годов, в пер­вую очередь, в бывшем СССР и США, начавших первыми осваи­вать морские месторождения.

К первой попытке создания передвижного основания в море относится затапливаемое передвижное деревянное основание братьев Хубецовых, построенное ими в 1937 г. на Каспийском мо­ре. Вследствие недостаточной прочности деревянного корпуса ос­нования оно было разрушено штормом после бурения первой же скважины. В 1947 г. инженером Тарасовичем был разработан про­ект плавучего стального острова, который не был построен. Лишь в 1959 г. на Каспии была построена по проекту Гипроморнефти успешно действовавшая затапливаемая передвижная буровая ус­тановка. Затем в начале шестидесятых годов были сооружены таюке ПБУ с опорными колоннами для глубокого разведочного бурения.

Первая ПБУ в США была создана в 1949 г., после чего быстро развивался флот передвижных буровых агрегатов, а к 1957 г. в строю было уже 38 ПБУ.

Первые буровые суда (БС) появились в США и в бывшем СССР почти одновременно, в начале пятидесятых годов. Первоначально они предназначались лишь для неглубокого структурно-поискового бурения и геологических изысканий при строительстве морских сооружений в море. Обычно они переоборудовались из различных небольших морских судов путем установки обычного бурового станка, предназначавшегося для суши. На Каспийском море для этой цели использовались спаренные кержимы, а позже переоборудовались самоходные суда типа «Багратион» и букси­ровщики типа «Скорый» и «Казах».

В США в 1956 г. с плавучего судна компанией «Кусе» была пробурена морская скважина. Для этой цели была переоборудо­вана морская несамоходная баржа, которая имела центральное расположение устья скважины и обычную сухопутную буровую установку. Позже, в конце 50-х годов, в США был разработан под­водный комплекс бурового оборудования, позволяющий бурить глубокие скважины на глубоководных акваториях моря.

За рубежом для выполнения необходимого объема разведоч­ного и эксплуатационного бурения в основном используют пере­движные плавучие буровые агрегаты: при глубине моря до 100 м -самоподъемные ПБУ, при большей глубине моря - буровые суда и полупогружные установки. К началу 70-х годов было построено 273 подобных установок; из 214 находящихся в эксплуатации еди­ниц 108 (50%) составили самоподъемные ПБУ, 56 (27%) - буровые

63

суда, 50 (23%) - полупогружные ПБУ.

Для обеспечения флотом этих установок за рубежом (в США, Голландии, Японии, Норвегии и Франции) было признано целесо­образным создание целой отрасли кораблестроения, позволяющей во все возрастающем количестве производить плавучие буровые агрегаты. Нефтяные фирмы проводят многолетние программы на­учно-исследовательских и экспериментальных работ по разработке техники и технологии бурения в морских условиях, в которых уча­ствует большое количество компаний всех отраслей промыш­ленности. Программа этих исследований включает в себя также работы по проекту Мохол, связанные с бурением сверхглубокой скважины на дне океана до слоя Мохоровича с целью научных изысканий строения земной коры. Стоимость только этой про­граммы оценивается в 400 млн.$, к ее разработке привлечены Ака­демия наук, университеты и крупнейшие лаборатории США. Практическое и научное значение всех этих работ трудно перео­ценить.

С другой стороны, современным достижением в области мор­ской нефтегазодобычи (например, в Норвегии) считается переход от дорогостоящих и грандиозных платформ и сооружений к дон­ным установкам по заканчиванию скважин, которые позволяют устранить влияние на работу установки ледового покрытия и вы­носить установки сбора и первичной подготовки скважинной про­дукции на берег.