7. Назначение, Монтаж и Особенности эксплуатации Плавучих полупогружных буровых установок(ппбу)

Назначение ППБУ

ППБУ применяют в разведочном бурении на морских нефтя­ных и газовых структурах и месторождениях в акваториях до глубин 200-300 м и более [1], [28].

ППБУ состоит 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.

Стабилизирующие колонны ППБУ разделены на водонепрони­цаемые отсеки, в которых размещены склады материалов, на­сосные отделения и другое оборудование. Отсеки стабилизирующих колонн размещаются в районе ватерлинии, иногда заполняются полиуретановой пеной или пенопластом. В нижних понтонах и стабилизирующих колоннах размещены цистерны балластной и технической воды, топлива, масла и др.

Существует три способа транспортировки ППБУ на точку бурения: с помощью буксиров, самоходный, комбинированный (буксировка в сочета­нии с самоходным). По способу фиксации ППБУ над устьем бурящейся скважины установки различают: с глубинами вод до 200-300 м - установки с якорным креплением, в более глубоких водах - установки с динамическим позицированием.

Основными требованиями при разработке конструкции ППБУ являются: обеспечение наибольшей безопасности и остойчивости ППБУ; минимальное перемещение ППБУ при бурении; обеспечение мобильности и маневренности при передвижении; быстрая установка на точку бурения; достаточное количество технологических и других запасов; удобное расположение оборудования, наличие достаточного количества помещений для хранения указанных запасов и меха­низация погрузочно-разгрузочных работ; простота и технологичность при строительстве и удобство при эксплуатации; минимальный расход материалов и снижение трудоемкости; учет конкретных районов применения ППБУ.

Плавучая полупогружная буровая установка

типа “Шельф”

Плавучая полупогружная буровая установка ППБУ - 6500/200 типа “Шельф” (рис. 4.1) 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. 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 1,21,8 м, которые опираются на стаби­лизирующие колонны и раскосы.

Водонепроницаемость понтонов, стабилизирующих колонн, верхнего корпуса и рубок обеспечивается в соответствии с тре­бованиями Регистра России.

Рис. 4.1 - Общий вид ППБУ типа «Шельф»

ППБУ в рабочем состоянии (при строительстве скважины) обеспечивает работу при волнении моря до 6 баллов и ветре до 17 м/с. Якорная система обеспечивает перемещение в режиме эксплуатации не более 4% глубины моря; в режиме шторма (ежегодного) - не более 8% глубины моря, а в режиме штормового отстоя (выживания) - не более 15% от глубины моря.

Эксплуатация ППБУ в Баренцевом и Балтийском морях на глубине 60-90 м обеспечивается при ограничениях:

- в режиме бурения - волнение моря не более 5 баллов и ско­рость ветра не более 12 м/с;

- в режиме штормового отстоя - волнение моря не более 10 баллов и скорость ветра не более 25 м/с.

Морские переходы ППБУ осуществляются при волнении не более 6 баллов. Судовые и технологические запасы должны обеспечивать автономность эксплуатации установки в течение 30 сут.

Для сбора отходов бурения на ППБУ установлены шесть кон­тейнеров вместимостью 3,6 м³ каждый.

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

Общая численность обслуживающего персонала составляет 73 чел. Персонал размещается в одно- и двухместных каютах, а начальник - в блок-каюте.

Технологическое оборудование ППБУ

Комплекс технологического оборудования предназначен для обеспечения всего цикла строительства скважины и включает: комплектную 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 транспортировки и хранения порошкообразных материалов; компрессорные станции высокого и низкого давлений; лабораторию буровых растворов и грунтов с фотолаборато­рией; помещение для хранения источников нейтронов; кладовую ЗИП технологического комплекса; комплект палубного технологического оборудования “Поиск” КПТО-1600-ОМ1; комплект подводного устьевого оборудования; комплект каротажного оборудования; глубоководный водолазный комплекс и др.

Комплект цементировочного оборудования состоит из трех насосных агрегатов 11-Т и одного агрегата 4Р-700 и 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 — по пес­ку 0,09 м³/с и по илу 0,045 м³/с. 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. 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 составляет 328,5 м³. Производительность пневмотранспорта при транспортировании барита — 33,2 кг/с, бентонита — 33,3 кг/с, 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.

Подводно-устьевое оборудование (ПУО) состоит из одного комплекта противовыбросового оборудования 540Х210, одного комплекта противовыбросового оборудования 350Х700, морского стояка СМ 610 и морского стояка СМ 406 и др.

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, 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 и др.

При выходе из строя источника энергии для питания пожарной сигнализации на ППБУ установлены восемь щелочных аккумуляторных батарей типа 5НК-55К, объединенных в две группы, напряжением 24 В. Одна группа батарей работает на разряд, а другая находится в резерве.

Управление и контроль работы ППБУ, уровень и объем средств автоматизации выполняются с учетом обеспечения высоких технико-экономических показателей, удобства эксплуатации и в соответствии с требованиями, предъявляемыми к судам Регистром России.

На ППБУ также установлена информационно-измерительная систе­ма стабилизации положения ППБУ (система “Якорь”), измеряю­щая горизонтальное смещение установки. Система включает: гидроакустическое и инклинометрическое устройства позицирования, установленные в помещении инфор­мационно-вычислительного комплекса: пульт управления, раз­мещенный в главном посту управления (ГУП); устройство регистрации, установленное в ГПУ; шкаф питания, расположенный в поме­щении информационно-вычислительного комплекса.

Применение двух устройств позицирования обусловлено обеспечением высокой надежности системы “Якорь”.

Перегон ППБУ на новую точку

Перед транспортировкой ППБУ проводят: подготовку установки, заключающуюся в проверке оставшихся технологических и судо­вых запасов, 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 буксировка производится в пределах площади бурения и при благоприятной погоде, то переход допускается осущест­влять при осадке бурения, т. е. без всплытия установки.

До начала транспортировки 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 безопасную транспортировку.

По окончании транспортировки 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 производят подтягивание якорных цепей, создавая предварительно их на­тяжение.

Натяжение определяется исходя из условия, при котором смещение ППБУ от первоначального 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 величины расчетной осадки для рабочего положения ППБУ.

В мировой практике применяют способ транспортирования плавучих буровых платформ на дальние расстояния на транспортном судне большой грузоподъемности.

Особенности эксплуатации ППБУ

Особенностью эксплуатации ППБУ в рабочем положении, т. е. при бурении скважин, является то, что установка, в отличие от СПБУ, находится на плаву и жестко не связана с морским дном. Связь ППБУ с морским дном осуществляется через водоотделяющую колонну (морской стояк, райзер). 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. Бурильная колонна подве­шена через компенсатор вертикального перемещения на талевом блоке. Телескопическое соединение морского стояка и компенсатор 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 конструкцией шарнира морского стояка. Обычно вели­чина горизонтального перемещения находится в пределах до 4% глубины моря. Вертикальное перемещение ограничивается величиной хода компенсатора.

В процессе спускоподъемных операций нагрузка на кронблок меняется в широких пределах. Изменяются также нагрузки от натяжения морского стояка, якорных цепей, технологических и судовых запасов, сил тяжести балласта. Воздействие нагрузок от этих сил вызывает вертикаль­ные и горизонтальные перемещения ППБУ. Величины этих пере­мещений ограничиваются конструкцией узлов и материала бу­рильной и обсадной колонн, а также конструкцией узлов мор­ского стояка.

Современные ППБУ в режиме бурения могут выдерживать воздействие волн высотой 10-12 м, скорости ветра 18-24 м/с, скорость течения до 1,5 м/с и более. Например, ППБУ нового поколения “Зейн барнес”, рассчитанная на работу в море до 1520 м, может бурить при ветре 38 м/с и высоте волн 20 м.

С увеличением скорости ветра и высоты волн выше допус­каемых для данного типа установки бурение прекращают и ППБУ переводят в другой эксплуатационный режим — штормо­вой отстой. Для этого бурильную колонну поднимают из скважи­ны, ослабляют натяжение якорных цепей и тросов натяжения морского стояка с целью уменьшения усилий на них от ветра и волн. При этом горизонтальные перемещения допускаются 7-10% от глубины моря. Подход судов и посадка вертолета запрещаются.

В случае жесткого шторма бурильные свечи из-за пальца убирают и укладывают их в горизонтальное положение на палуб­ные стеллажи. Морской стояк разбирают и секции укладывают на палубу. Якорные цепи ослабляют больше, чем в первом случае. Во избежание ударов волн в конструкцию верхнего корпуса ППБУ увеличивают клиренс установки путем откачки балласта из нижних понтонов и уменьшения осадки. Указанные операции производят в соответствии с требованиями соответст­вующих нормативных документов, правил, предписаний и т. п.

В мировой практике ППБУ применяются не только для бурения разведочных нефтяных и газовых скважин, но и для добычи нефти и газа. Поэтому подводная часть конструкции установки десятилетиями находится под водой и подвергается постоянному воздействию коррозии (понтоны, стабилизирующие колонны и др.). Для уменьшения влияния коррозии подводную и надводную поверхность установки необходимо покрывать антикоррозийными защитными средствами (специальные краски, электрозащита, и др.) исключающими влияние коррозии на снижение прочностных характеристик корпуса всей установки и особенно в подводной ее части и на контакте воздух-вода. Наоборот, невнимательное отношение к этой проблеме может привести к значительной коррозии понтонов установки, их разгерметизацию и заполнение морской водой, что приводит к гибели всей установки и огромным убыткам. Это наглядно видно из рис. 4.2., когда произошла разгерметизация левого понтона, заполнение его морской водой и платформу спасти не удалось: она затонула, хотя предпринимались огромные усилия по ее спасению.

Рис. 4.2. Тонущая ППБУ в одном из регионов моря