книги / Нефтегазовое дело. Полный курс

линдр для подъема и спуска в скваж ину бурильной колонны. При этом отпадает необходимость в буровой вы ш ке и лебедке, что позволит сни­ зить общий вес бурового оборудования.

На современных буровы х установках используется система верх ­ него привода (СВП), исклю чаю щ ая использование ротора и ведущ ей бурильной трубы. СВП — это силовой в е р т л ю г, который подвеш ивает­ ся на талевом блоке и перем ещ ается по направляю щ им рельсам, при ­ нимающим на себя реактивны й вращ аю щ ий момент. СВП им еет эл ек т­ рический или гидравлический двигатель, редуктор и ввинчивается не­ посредственно в бурильную свечу. При использовании СВП бурильная колонна наращ ивается трехтрубны м и свечами.

Система контроля давления в скваж ине, препятствую щ ая выбросу углеводородов, имеет следую щ ую особенность: при проведении буровых работ на стационарной платф орме, самоподъемной П БУ и при наземном бурении превенторы располагаю тся непосредственно под буровой пло­ щадкой; в случае применения полупогружных П БУ и буровых судов пре­ венторы располагаю тся на морском дне. Система циркуляции промы ­ вочной жидкости явл яется закры той напорной.

Буровые установки обеспечиваю т сами себя электроэнергией. Со­ временные буровые установки переводятся на использование перем ен ­ ного тока для всех типов электродвигателей . Потребность установки в энергии зависит от типа оборудования. Б ольш ая полупогруж ная ПБУ развивает мощность до 8 МВт.

Строительство морских сооруж ений требует проведения большого комплекса инж енерны х изы сканий на месте строительства: бурение большого числа ш урф ов; взяти е проб грунтов в придонной зоне; испы ­ тание пород пенетрометром. Б урение ш урф ов и испытание пород осу­ ществляются с буровы х судов, удерж иваем ы х на якорях (глубина воды до 200 м), или судов с динамической стабилизацией при глубине воды более 200 м. На сбор и обработку необходимой информации мож ет по­ требоваться более одного года.

На этапе проектирования морских нефтепромы словы х сооруж ений требуются в больш их объем ах данные по степени воздействия окру ж а ­ ющей среды на эти сооруж ения, а такж е гидрометеорологические дан ­ ные, отнесенные к больш им акваториям . Сюда входят:

• максимальная высота волн и соответствую щ ий ей период;

•экстремальны е изм енения уровня воды с учетом приливов и ш тор ­ мовых нагонов;

•максимальное значение скорости ветра и течений;

•ледовые условия.

Д ля северны х и арктических условий влияние окруж аю щ ей среды является определяю щ им ф актором стоимости работ по добыче нефти и газа.

Особенность разработки морских и газовы х месторож дений состо­ ит в том, что в проектах с целью сниж ения затрат предусматривают разработку м есторож дения, вклю чая бурение скваж ин, добычу и под­ готовку неф ти с кустовы х стационарны х платф орм . П ри этом часть эк­ сплуатационного оборудования разм ещ аю т на буровой стационарной п латф орм е, а вторую часть разм ещ аю т на отдельной стационарной платф орме.

П ри выборе сетки разработки м есторож дений стараю тся исключать необходимость сгущ ения сетки путем бурения дополнительных сква­ жин. В морских условиях это связано с необходимостью сооружения до­ полнительны х стационарны х платф орм и сети подводных коммуника­

м оре при глубине воды 73 м. М есторождение им еет ч еты ре куста скваж и н , каж д ы й из кото­

ры х пробурен со стационарной металлической п л атф орм ы . К аж д ы й куст со д ер ж и т 27 сква­ ж и н п ри с е тк е р а зр а б о т к и 48 га на каждую скваж ину . М аксим альны й зенитны й угол ство­ лов скваж и н 55°.

С кваж ины , пробуренные на ш ельф е и подго­ товленны е к эксплуатации, можно разделить на скваж ины с подводным заканчиванием , которые оснащ аю тся устьевы м оборудованием, располо­ ж енны м на морском дне, и скваж ины с располо-

ж ением устьевого оборудования на платформе, Подводные скваж ины эф ф ективн ы в тех случаях, когда небольш ие зал еж и углеводородов рас-

полож ены поблизости от сущ ествую щ ей инф раструктуры или все от­ верстия платф орм ы у ж е задействованы для других скважин.

На некоторы х м есторож ден и ях использую тся только подводные скваж ины , присоединенны е к плавучей установке добычи и хранения неф ти при помощи стояка высокого давления. Ремонт подводных сква­ ж ин требует использования плавучей буровой установки, техническое обеспечение которой обходится дорого.

8.3.ИСКУССТВЕННЫ Е О СТРО ВА

И скусственные острова ш ироко применяю тся при разведоч ­ ном бурении на м елких водах в морских регионах с ледовой обстанов­ кой. Обычно острова строятся с помощью зем снаряда, намываю щ его морские отложения. На искусственном острове полезная площ адка дол­ жна иметь площ адь не менее 18 тыс. м2. Н едостатком создания островов является вредное воздействие проводимых работ на окруж аю щ ую сре ­ ду. Альтернативой намывным работам является отсыпка в воду кар ь­ ерных материалов, доставляем ы х с материка.

Наиболее часто приним ается круглая форма островов в плане. Т а ­ кая форма требуется в случаях открытого моря, когда воздействие волн и льда можно ож идать с разны х направлений.

Намывные острова возводятся в летнее время. Грунт заб и рается земснарядами из подводных морских карьеров и транспортируется по плавучим трубопроводам непосредственно в тело острова. О бразую щ и­ еся при этом откосы имею т малы е уклоны — до 1: 20, поэтому намы в­ ной остров заним ает значительную площ адь и требует большого коли­ чества грунта.

Основным м атериалом для насыпных островов является песок и гра­ вий. Летом грунт доставляется с берегового карьера на сам оразгруж а- ющихся барж ах, с которы х производится отсыпка нижней части ост­ рова. Верхняя часть отсы пается такж е с барж , но с применением грей ­ феров. Уклоны откосов насыпных островов обычно принимаю тся 1 : 3. Плотность отсы паем ы х в тело островов грунтов приним ается около 1740 кг/м ;\ Д ля защ иты откосов прим еняется камень, бетонные блоки и железобетонные плиты . По всему перим етру рабочей территории уст­ раивается защ итны й парапет.

Разведы вательны е острова имею т относительно небольш ой срок службы — до 3 лет. Впоследствии они разм ы ваю тся волнами. Э ксплуа­ тационные острова имею т срок служ бы до 30 лет.

Стоимость и воздействие работ по созданию острова значительно увеличиваются с увеличением глубины ш ельфа. Считается, что при глу­ бине более 20 м строительство острова становится экономически невы ­ годным. По сравнению с другими вариантам и искусственны е острова требуют значительны х средств по их удалению при демонтаже. На м ел­ ководье альтернативой использованию искусственного острова явл я ­ ется использование погруж ной буровой баржи.

На глубинах около 60 м в установках применяю т не более четы рех опор, начиная с глубины 90 м, использую т установки только с трем я ферменными опорами. Высота опрных колонн м ож ет достигать 170 м. Н/окние концы опор заканчиваю тся башмаками:, которые могут вдав­ ливаться в грунт на дне м оря на глубину до 15 м, или общей опорной плитой, связы ваю щ ей опорные колонны м еж ду собой (рис. 8.3).

Стоимость сам оподъем ны х П БУ традиционны х конструкций д ля бурения скваж ин глубиной 6000 м на глубине моря 60— 90 м составляет от 7 до 18 млн долл. Стоимость их эксплуатации 5-—7 млн долл, в год.

Бурение с помощью самоподъемного П БУ начинаю т с установки на морское дно направляю щ ей обсадной колонны (направления). П ри з а ­ легании на дне мягких грунтов трубу забиваю т с помощью копра, в твер ­ дых породах для этого бурится скваж ина, в которую вставляю т колон­ ну и цементируют ее. Н аправляю щ ая колонна вы дается над поверхно­ стью воды и д о х о д и т до пола буровой п л атф о р м ы . З а т е м скво зь направляющую обсадную колонну в морском дне бурят скваж ину, опус­ кают кондуктор и цем ентирую т его. Д алее в верхней части кондуктора монтируют блок противовыбросового оборудования и продолж аю т бу­ рение, как на суше.

8.5.П О ЛУП О ГРУЖ Н Ы Е ПЛАВУЧИЕ БУРО ВЫ Е УСТАНОВКИ

П олупогруж ны е П БУ прим еняю тся при разведочном буре­ нии на морских и газовы х стру ктурах на глубинах до 200— 300 м и бо­ лее, когда использование самоподъемной П БУ становится экономичес­ ки не оправданным.

Установка состоит из верхнего корпуса, стабилизирую щ их колонн и Нижних понтонов (рис. 8.4). Понтоны служ ат для поддерж ания уста­ новки на плаву как во врем я транспортировки, так и в рабочем состоя­ нии. Колонны поддерж иваю т верхню ю рабочую Площадку, на которой расположено все оборудование д л я бурения и ж ц Лые помещ ения. На точке бурения сооруж ение приним ает балласт в Отсеки понтонов и по­ степенно погруж ается на заданную глубину. Понтоны в рабочем поло­ жении находятся под водой, а остойчивость установки обеспечивается за счет верхней части погрузивш ихся колонн. В ерхняя рабочая площ ад­ ка находится вне зоны волнового воздействия, поитоны — в 30не ослаб­ ленного действия волн.

Рис. 8.4. Полупогружная плавучая буровая установка типа катамаран

С табилизирую щ ие колонны разделены на водонепроницаемые от­ секи, в которы х разм ещ ены склады м атериалов и насосные отделения. По способу ф иксации установки над устьем скваж ины различают; до глубин 300 м — с якорны м зацеплением ; в более глубоких водах — с динамическим позиционированием. С ущ ествует три способа транспор­ тирования; с помощью буксиров, самоходный и комбинированный. По окончании транспортировки установку располагаю т таким образом, чтобы направление м аксимальной удерж иваю щ ей силы системы удер­ ж ан и я совпадало с направлением м аксим альны х внеш них воздействии. После раскладки якорей для создания н атяж ен ия производится под­ тягивание якорны х цепей. Д алее платф орм а погруж ается на расчетную глубину за счет заполнения понтонов балластной водой.

П еред началом бурения скваж ины с полупогруж ной П БУ или буро­ вого судна (БС) на дно моря опускаю т направляю щ ую платф орму (опор­ ную плиту). Это стальная рам а ш естиугольной ф ормы , в центре кото­ рой им еется отверстие д л я скваж ины . О т направляю щ ей платформы к П БУ ведут четы ре стальны е направляю щ ие опоры, которые использу­ ются для опускания и позиционирования оборудования над скважиной. Затем бурят скваж ину глубиной до 40 м под ф ундам ентную колонну

(направление), спускаю т направляю щ ую рам у и ф ундам ентную колон­ ну (направление), к верху которой присоединен корпус головки обсад­ ной колонны. Затем ф ундам ентную колонну цем ентирую т и продолж а­ ют бурение.

Подводный блок превенторов опускаю т на дно и закрепляю т на ус­ тье скважины (рис. 8.5). Д алее превенторы присоединяю т к П БУ с по­ мощью гибкой металлической трубы — водоотделяю щ ей колонны (с т о ­ яка). Бурильная колонна проходит в скваж ину внутри водоотделяю щ ей трубы, которая заверш ает закры тую систему циркуляции промывоч­ ной жидкости. П ромывочная ж идкость проходит вниз к забою по бу­ рильной колонне, а вверх от забоя поднимается по кольцевому простран­ ству между бурильной и водоотделяю щ ей колоннами.

Рис, 8.5, Система противовыбросовых превенторов на морском дне

На ПБУ устанавливается система натяж ен ия для закрепления вер ­ ха водоотделяющей колонны, а такж е телескопическая секция для ком­ пенсации вертикальной качки. Помимо этого м еж ду талевы м блоком и крюком бурильной установки располагается компенсатор вертикаль-

ной качки. В экстренной ситуации, например, при приближении айс­ берга, превенторы закры ваю тся, водоотделяю щ ая колонна отделяете* от блока превенторов и П БУ перем ещ ается в безопасное место.

8.6. М ОРСКИЕ СТА Ц И О Н А РН Ы Е ПЛА ТФ ОРМ Ы

г

М орская стационарная платф орм а (МСП) — гидротехничес­ кое сооруж ение, предназначенное для установки на ней бурового, неф­ тепромыслового и вспомогательного оборудования. МСП являются ин­ дивидуальны м и конструкциями, предназначенны м и для конкретного района работ. С реди стационарны х платф орм одной из крупнейших явл яется баш ня «Баллуинкл», установленная в М ексиканском заливе на глубине 411 м. О бщ ая м асса платф орм ы , рассчитанной на бурен:

и обслуж ивание 60 скваж ин, составляет 78 тыс. т, р азм ер фундамен 121 х 146 м, стоимость 500 млн долл.

По способу опирания и крепления к морскому дну МСП бывают: свайные; гравитационные; свайно-гравитационны е; маятниковые и на­ тяж ны е. По м атериалу: м еталлические; ж елезобетонны е; комбиниро­ ванные. С увеличением глубины м оря увеличивается доля конструк­ ций с м еталлическим и опорами: при глубинах 300— 365 м стальные опо­ ры составляю т 13%, а при глубинах 365— 520 м доля стальных — 50%.

К оличество платф орм и количество скваж ин на одной платформе определяю т, исходя из площ ади м есторож дения и глубины залегания продуктивного горизонта, обеспечивающего проводку наклонно-направ­ ленного ствола скваж ины соврем енны ми техническим и средствами. Э ф ф ективность разработки м орских м есторож дений повышается за счет совмещ ения бурения скваж ин и добычи неф ти или газа с пробу­ ренны х скваж ин на этой платф орме. Д ля обеспечения одновременного проведения этих работ сначала устанавливаю т все направления, затем д ел ят скваж ины куста на м елкие группы и спускаю т кондукторы в од­ ной группе, после чего поочередно бурят все скваж ины этой группы. Затем переходят к бурению следую щ ей группы, а из законченных сква­ ж ин добываю т нефть.

Обычно на дне бурят от 32 до 40 скваж ин с помощью опорной плиты, которая служ ит д л я позиционирования скваж ин. П лита представляет собой стальную раму с отверстием для каж дой скважины . На этой пли­ те устанавливаю т оборудование, необходимое для бурения и добычи.

Подводный м онтаж оборудования осущ ествляю т водолазы или ме­ ханизм ы с дистанционным управлением . В одолаз с аппаратом автоном­

ного дыхания ды ш ит смесью гелия и кислорода и м ож ет работать на глубине до 300 м. Водолаз в ж естком скаф андре с м анипуляторам и, дав­ ление в котором равно одной атм осф ере, м ож ет работать на глубине до 700 м. М еханизм с дистанционным управлением способен эф ф ективно работать на глубине до 4600 м.

Стационарная платформа может быть снабжена опирающимися на дно опорными колоннами. Одним из ее типов является массивное ж елезобе­ тонное основание, которое удерж ивается от внешних силовых воздействий своим весом (рис. 8.6, а). В конструкции основания имеются пустоты, кото­ рые повышают плавучесть платформы при ее буксировке на место буре­ ния. Во время эксплуатации пустоты могут заполняться балластной ж и д ­ костью. Этот тип платформ применяется в очень бурных морях.

Рис, 8.6, Морские стационарные платформы:

a — на опорных колоннах с гравитационным фундаментом; б — на осно­ вании со стальным каркасом

Более распространенны й тип платф орм им еет закрепленное на дне основание со стальным каркасом (рис. 8.6, б). Основание изготавливает­ ся на суше, транспортируется на место в горизонтальном положении на барже, устанавливается в вертикальное полож ение и прикрепляет­ ся к вбитым в морское дно сваям.