книги / Морская нефть. Развитие технических средств для освоения морских арктических месторождений нефти и газа. Переработка продукции скважин

Рисунок 1.21 —	Схема размещения резервуаров в понтонной конструкции:
1 — насосная; 2 —	отсек для двигателей; ВБ — резервуары для балластной воды;
	Н — резервуары для нефти

Расположение производственных площадей на главной палубе показано на рис. 1.22.

Преимущества «ГВА 10000» по сравнению с другими полупогружными платформами заключались в следующем:

—Переменная нагрузка на основную и нижние палубы достигала 125 тыс. Н.

—Емкость резервуаров для хранения добытой нефти составляла 32,5 тыс. м5, что позволяло отказаться от самостоятельных промежуточных нефтехра­ нилищ и связанной с ними системы транспортирования.

—Добытая нефть хранилась в отсеках, изолированных от резервуаров с бал­ ластной водой.

—Хорошие мореходные качества, а также высокая прочность сооружения обеспечивали безопасность как неповрежденной, так и получившей по­ вреждения платформы.

—Большие палубные пространства облегчали работу эксплуатационного, ремонтного и силового оборудования.

—При проектировании были учтены все новейшие требования к остойчи­ вости, принятые Морским директоратом Норвегии.

—Конструктивные особенности платформы позволяли использовать ее в ледовых условиях.

—Двигательно-движительный комплекс платформы позволял уменьшить нагрузку на якорную систему.

	Рисунок 1.22 — Схема размещения оборудования на главной палубе:
1—	помещения для электрогенераторов; 2 — площадка для эксплуатационного оборудования;
3 —	помещение для вентиляционного оборудования; 4 —	противопожарное оборудование;
5 —	склад; 6 — аварийные генераторы; 7 — кафе; 8 —	цементировочное оборудование;
9 —	система очистки бурового раствора и буровые насосы; 1 0 — лазарет; 11 — офис;
1 2 — приемные мостки; 1 3 — стеллажи для труб; 1 4 —		спасательная капсула на 50 чел.

Основные технико-эксплуатационные характеристики платформы «ГВА 10000» представлены в табл. 1.2.

Нормальная рабочая осадка платформы поддерживалась как при пустых резервуарах, так и при полностью заполненных нефтью.

Если считать, что прогресс технологии морского бурения характеризуется глубиной моря, при которой можно осуществлять бурение, то рекорд в этой области был установлен в 1979 г. компанией «Тексако» у берегов Ньюфаунд­ ленда, где была пробурена скважина в водах глубиной более 1500 м. Наибо­ лее современные буровые суда и полупогружные платформы могли бурить скважины в водах глубиной около 1800 м.

Таблица 1.2 — Технико-эксплуатационные характеристики платформы «ГВА 10000»

Параметры

О с н о в н ы е р а з м е р ы , м :
общ ая длина	120,0
общ ая ширина	90,0
высота от киля до главной палубы	47,5
высота понтона	11,0
длина понтона	82,40
ш ирина понтона	16,48
расстояние от центральной линии (ЦЛ) платформы до ЦЛ понтонов	32,96
диаметр колонн	16,48
П л о щ а д ь, м 2:
главной палубы	6000
первой нижней палубы	3700
второй нижней палубы	4400
жилых помещений	2900
Р а б о ч и е х а р а к т е р и с т и к и , м:
глубина моря	460
нормальная рабочая осадка	24,5
осадка отстоя	23,5
осадка порожнем (при перегоне)	8,0
воздушный зазор при спокойной воде для норм альной рабочей осадки	15,0
В о д о и зм е щ е н и е , т :
в нормальном рабочем положении	63900
при отстое	63000
при перегоне	37700
Е м к о ст ь р е з е р в у а р о в , м 3:
нефти в понтонах	21000
нефти в колоннах	11300
водного балласта в понтонах	23380
водного балласта в колоннах	7690
дизельного топлива в колоннах	1310
технической воды в колоннах	550
питьевой воды на второй нижней палубе	260

Правительство США и частные компании, используя средства националь­ ного научного фонда, финансировали специальную программу бурения на

шельфе и континентальном склоне при глубинах моря до 3965 м. Программа предусматривала модернизацию бурового судна «Гломар эксплорер», принад­ лежащего Центральному разведывательному управлению США, в крупней­ шее на 1981 г. из построенных буровых судов (рис. 1.23).

Рисунок 1.23 — Общий вид бурового

судна «Гломар эксплорер» после

переоборудования. Максимальная

нагрузка на крюке 9060 кН, стояк имеет длину 4026 м:

I — главный мостовой кран для стояка и обсадной колонны; 2 — направляю­ щие труб обсадной колонны и стояка; 3 — компенсатор волновой качки суд­ н а ^ — мостки для труб; 5 — устройст­ во для натяжения стояка; 6 — настил буровой вышки; 7 — поворотный кран

для бурильных труб; 8 —					переводник;
9 —	верхнее		шаровое		соединение;
1 0 —	телескопическое				соединение;
I I —	верхняя секция стояка; 12 — со­
единительный узел стояка; 13 —						верх­
ний	узел	отсоединения			платформы;
1 4 —	блок для			поддержания		плаву­
чести; 15 —		соединительный элемент
стояка; 1 6 —			неизолированный стояк;
1 7 —	соединительный узел					нижне­
го стояка;		1 8 —		стойка	противовыб­
росового		устройства;			1 9 —	устье
скважины;		2 0 —		корпус	диаметром
508 мм; 2 1 —			кондуктор		диаметром

762 мм; 22 — труба диаметром 508 мм;

2 3 — хвостовик диаметром 400 мм и длиной 1200 м; 2 4 — обсадная ко­ лонна диаметром 241 мм и длиной 5400 мм; 2 5 — хвостовик диаметром 194 мм и длиной 2100 м; 2 6 — колон­ на диаметром 346 мм и длиной 3000 м;

27 — колонна диаметром		424 мм
и длиной 3000 м; 28 —	устройство под­
вески обсадной колонны; 29 —		корпус
диаметром 762 мм;	30 — обсадная

колонна диаметром 346 мм и длиной 1800 м

С 1984 по 1990 г. в 10 различных точках Тихого и Атлантического океа­ нов, в антарктических морях и в Мексиканском заливе должны были быть

пробурены скважины при глубинах вод от 2590 до 4025 м. Буровое судно «Гломар эксплорер» было рассчитано на бурение скважин глубиной до 6000 м (считая от дна моря или океана).

Судно «Гломар эксплорер» нужно было подготовить для проведения буро­ вых операций в сверхглубоких водах к концу 1984 г. Хотя предлагались вари­ анты строительства нового бурового судна или полупогружной платформы, было определено, что с экономической точки зрения наиболее целесообразно переоборудование судна «Гломар эксплорер».

После модернизации корпус этого судна должен был представлять собой настоящую буровую платформу с более чем достаточной несущей способ­ ностью для размещения как бурового оборудования, так и жилых помеще­ ний. Предполагалось, что всего на судне будет работать 142 человека, из них 102 — буровики и члены экипажа, а 40 — ученые.

Конструкционная прочность корпуса судна превышала ожидаемые в про­ цессе бурения нагрузки в предполагаемых точках бурения. В качестве кри­ тических принимались преобладающая высота волн 7,8 м с периодом 11с, скорость ветра 76 км/ч (порывами до 111 км/ч), скорость, наведенных ветром поверхностных течений 2,8 км/ч.

До переоборудования судно имело проем в центре корпуса размером 22,5 х 60 м специально для постановки его в док. Этот проем должен был быть уменьшен до 12,3 * 14,4 м с целью спуска через него бурового обору­ дования. На судне должны были установить следующее основное оборудо­ вание:

—лебедку мощностью 2980 кВт;

—буровую вышку, рассчитанную на нагрузку на крюке 9060 кН;

—компенсатор колебаний судна под действием волн и ветра, рассчитанный на нагрузку 4530 кН;

—ротор с выемкой 953 мм под квадрат;

—автоматическое оборудование для управления спуском и подъемом стояка, бурильных и обсадных труб;

—три буровых трехцилиндровых насоса мощностью по 1192 кВт;

—система шинохозяйства емкостью 800 м5;

—хранилище для сухого глинопорошка емкостью 3600 м3;

—десять натяжных устройств для стояка, обеспечивающих натяжение силой 630 кН;

—палубную конструкцию несущей способностью 15 900 кН;

—трубы для стояка наружным диаметром 473 мм, внутренним 432 мм и об­ щей длиной 4026 м;

—противовыбросовое устройство проходным диаметром 425 мм, рассчитан­ ное на давление 68,9 и 34,5 МПа;

—систему динамического позиционирования с дополнительными двигате­ лями-толкателями.

Кроме того, предполагалось смонтировать дизель-генераторные установки для повышения эффективности работы системы позиционирования, а также для обеспечения некоторых других потребностей. Кроме того, дополнительно устанавливались хранилища для глинопорошка и цемента, буровые цирку­ ляционные насосы, некоторое буровое оборудование, натяжные устройства, оборудование для спуска и подъема труб, стояка и обсадной колонны управ­ ления противовыбросовым устройством и т.д. Монтировалась также система автоматизированного управления силовыми буровыми установками и сило­ выми установками самого судна.

Сравнение силовой системы судна «Гломар Эксплорер» с силовыми сис­ темами других буровых судов показывало, что «Гломар эксплорер» до пере­ оборудования имел такую же относительную мощность для прямолинейного перемещения, как и другие подобные суда, однако меньшую относительную мощность дчя бокового перемещения. До переоборудования судно имело два главных винта на корме и пять дополнительных туннельных толкателей (три в носовой и два в кормовой части). Мощность главных ходовых двигателей составляла 9834 кВт, дополнительных двигателей-толкателей— 6519 кВт.

На модернизированном судне устанавливались три новых двигателятолкателя мощностью по 1304 кВт, таким образом, общее число двигателейтолкателей доводилось до восьми, причем два использовались в качестве резервных в процессе бурения. После завершения реконструкции система динамического позиционирования положения судна будет состоять из трех отдельных подсистем: 1) с использованием акустических датчиков при бурении в глубоких водах; 2) раздельной акустической, применяемой при бурении в неглубоких водах; 3) общего позиционирования с применением спутников.

Мощность подъемного оборудования модифицированного бурового судна «Гломар эксплорер» была вполне достаточна для обеспечения процесса буре­ ния во всех намеченных точках Мирового океана. Максимальная нагрузка на крюке наблюдалась в следующих случаях:

1.При спуске обсадной колонны длиной 8600 м и диаметром 245 мм.

2.При посадке на грунт стояка длиной 4026 м и внутренним диаметром 432 мм с закрепленным на нем противовыбросовым устройством, диаметр

проходного отверстия которого составлял 425 мм.

Оборудование, установленное под водой, должно было быть универсаль­ ным. Было проведено детальное исследование грунтов в точках Мирового океана, в которых предполагалось бурение, и спроектировано соответствую­ щее подводное основание для проведения через него бурения. В качестве

основного критерия при проектировании основания приняли ожидаемые нагрузки на основание.

Основание и системы повторного входа в устье скважины проектирова­ лись с учетом применения обсадных колонн диаметром 508 и 762 мм, которые хорошо зарекомендовали себя при предыдущих работах по глубоководному бурению. Основные компоненты подводного оборудования таковы (перечис­ ляются сверху вниз):

—гибкое соединение;

—один кольцевой превентор диаметром 425 мм на давление 34,5 МПа;

—устройство разъединения стояка, допускающее отклонение под большим углом;

—один кольцевой превентор диаметром 425 мм на давление 34,5 МПа;

—четыре плашечных превентора проходным диаметром 425 мм на давление 68,9 МПа;

—система дистанционного управления;

—устройство отсоединения от устья скважины;

—оборудование устья скважины;

—временное основание;

—кондуктор, обсадные колонны.

Система подводного оборудования включала в себя штуцер и задавочную

линию с дистанционно управляемыми задвижками. Некоторые детали систе­ мы уточнялись, особенно конструкция подводного штуцера и линии регули­ рования давления бурового раствора в период глушения выброса. Изучалась также возможность установки кольцевых превенторов на давление 69 МПа вместо превенторов на давление 34,5 МПа.

При проводке скважин из 30-90% обшей длины ствола должен был от­ бираться керн (обычным мет одом или путем использования инструмента, спускаемого на тросе). Противовыбросовое устройство устанавливалось на обсадной колонне диаметром 340 мм в очень глубоких водах и на колонне диаметром 508 мм в водах средней глубины (или же в мелких водах при более высоком, чем обычно, градиенте давления разрыва пласта). Противо­ выбросовое устройство и стояк устанавливались в тех случаях, когда давле­ ние разрыва пласта было эквивалентно давлению столба бурового раствора плотностью 1,26 г/см3. В процессе бурения в водах глубиной 4026 м градиент давления разрыва пласта у башмака колонны мог быть достигнут при глубине скважины примерно 1800 м.

Основные проектные критерии для программы бурения были приняты исходя из результатов моделирования процесса бурения на выбранных десяти точках Мирового океана. Максимальные нагрузки определялись для случая бурения скважины глубиной 6000 м в водах глубиной 4026 м. Таким образом,

Новые суда имели длину 141 м и 163 м, ширину 27 м, высоту корпусов 11 м. В зависимости от предъявляемых требований суда могли представлять собой любой вид плавсредства от несамоходной баржи с якорной швартов­ кой до бурового судна с динамическим позиционированием. Разработанные фирмой варианты отвечали требованиям Американского бюро судоходства и Береговой охраны США (табл. 1.3).

Таблица 1.3 — Технические характеристики буровых судов, разработанных фирмой «Пенн энджиниринг»

	Параметры	Варианты судов
		1	II
	Размеры, м:
	длина	141	163
	ширина	27	27
	высота	11	11
	Осадка с грузом, м	5,4	5,4
	Водоизмещение, т	15000	18000
	Максимальный переменный груз,т	9000	11000
	Жилые помещения на число человек	114	больш е 114
	Объем, м3:
	горючего	768	768
	пресной воды	352	570
	технической воды	4160	4480
	жидкого бурового раствора	448	448
	Площ ади участков для складирования труб, м2:
	на твиндеке	14,4x12,6	28,8 X 12,6
	в носовой части главной палубы	14,4x10,2	14,4 X I 0,2
	в корм овой части главной палубы	21,6 х17,4	38,4 х17,4
	Нагрузка, кН:
	на крюке	5800	5800
	от подсвечника	3100	3100
	от ротора	5800	5800

Высокие мореходные качества разработанных судов достигались благо­ даря использованию системы успокоения качки «Сло-Рол», созданной кор­ порацией «Си тек» (рис. 1.25). Составными элементами системы являлись

большие резервуары. Они располагались вдоль обоих бортов судна и в дон­ ной части сообщались с морем. Резервуары связывались между собой воздухо­ проводом. Поступающий от компрессора воздух вытеснял из них часть воды, и при отсутствии волн, когда судно стояло на ровном киле, резервуары были заполнены наполовину.

Рисунок 1.25 — Система успокоения качки «Сло-Рол»:

1 — воздухопровод; 2 — воздушный компрессор; 3 — пиллерсы с отбойными устройствами; 4 — внешние резервуары; 5 — вода; 6 — воздух

При бортовой качке резервуары, находящиеся со стороны набегающей вол­ ны, заполнялись водой и тем самым создавали балласт. Вытесняемый водой воздух перераспределялся в резервуар, находящийся на противоположном борту, вытесняя, в свою очередь, из него воду и обеспечивая дополнительную плавучесть судна. Это также способствовало уменьшению кренящего момен­ та. Сами резервуары работали как скуловые кили и дополнительно гасили как бортовую, так и вертикальную качку. С помощью системы «Сло-Рол» можно было уменьшить воздействие бортовой качки на 90%, а вертикальной — на 40%. Система успешно применялась на судах «Революсьон» и «Реформа» мексиканской фирмы «Перфорадора» в течение четырех лет.

В отличие от других систем успокоения качки система «Сло-Рол» не резонировала с волной. Поэтому значительное изменение метацентрической высоты судна, возникающее при спуске-подъеме колонны бурильных труб и при установке их на подсвечник буровой вышки, не оказывало большого влияния на его остойчивость. Таким образом, суда, проектируемые фирмой «Пенн энджиниринг», могли работать на тех акваториях, которые в 1982 г. классифицировались как подлежащие освоению только с полупогружных платформ.

Рентабельность постройки новых судов была достаточно высокой. Расхо­ ды на их строительство были значительно ниже, чем на строительство полупо­ гружных платформ, при сооружении которых необходимо было вести работы