8. Назначение, Монтаж и Особенности эксплуатации Буровых судов

Назначение и особенности конструкции

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

Конструктивная особенность бурового судна — расположение на палубе оснащенной буровой вышки с подвышечным основа­нием, а внутри судна и на палубе — комплекса бурового и другого технологического оборудования и систем, обеспечиваю­щих бурение нефтяных и газовых скважин в морских аквато­риях.

Буровая вышка, лебедка устанавливаются в центральной части судна и скважину бурят через шахту, встроенную в судне. Шах­та прямоугольного или квадратного сечения. На некото­рых судах буровые вышки после окончания бурением скважины опускаются с помощью специальных устройств и укладываются в горизонтальном положении, снижая этим парусность и пони­жая центр тяжести судна на переходах и перегонах.

Дедвейт современных буровых судов достигает до 5000-7000 т и включает: жидкое топливо, жидкий буровой раствор, порошкообразные материалы, химические реагенты для приго­товления бурового раствора, цемент, питьевую и техническую пресную воду, обсадные и бурильные трубы и другие материалы и оборудование. Например, дедвейт бурового судна “Валентин Шашин” составляет 6990 т.

Буровое судно “Валентин Шашин”

Дизель-электрическое буровое судно “Валентин Шашин” от­носится к буровым судам типа “НС” и предназначено для бурения поисковых и разведочных нефтяных и газовых скважин глубиной до 6500 м на глубинах акваторий до 300 м (рис. 5.1).

Корпус судна, оборудование, трубопроводы, кабели, распо­ложенные на верхней палубе судна, изготовлены из материалов, обеспечивающих устойчивость длительному воздействию низких температур (до -40° С). Запасы расходных материалов, продо­вольствия, пресной воды и другие должны обеспечивать работу судна в течение 100 сут.

Максимально допустимое отклонение судна от центра сква­жины при бурении не должно превышать 5% от глубины моря, а при находящейся в скважине бурильной колонне (без ведения буре­ния) – 5-16% от глубины моря. Минимальная температура воздуха, при которой судно может эксплуатироваться для огра­ниченного района эксплуатации, составляет - 25°С. Максималь­ная температура воды +32° С и минимальная - 3° С.

Безопасность судна улучшена за счет двойных бортов средней части корпуса. Спасательные средства рассчитаны на 100 чел.

Нефть, извле­ченная из бурового раствора, сжигается в специальной форсунке на факеле. Буровое судно состоит из трех отделений.

В носовом отделении имеется помещение подрули­вающих устройств и вспомогательных двигателей, размещены рефрижера­торные помещения для сухой провизии, две емкости для питьевой и две для бытовой воды.

Рис. 5.1. Буровое судно “Валентин Шашин”

В средней части судна расположены палуба обработки бурового раствора, буровая шахта для пропуска бурового инструмента, подводного противовыбросового оборудования, колодец для водолазного колокола. Слева и справа от буровой шахты на палубе танков установлены бункеры для цемента, барита и бетонита.

Спереди буровой шахты, со стороны носовой части, смонтированы узлы гидравлической системы натяжного устройства. В этой части имеется также танк для балластной воды. За водолазным колодцем расположена лаборатория бурового раствора и др.

Имеются также помещения для хранения превенторного оборудования, мастерская превенторного оборудования, склады, компрессорное отделение, склад баллонов сжатого воздуха, декомпрессорные камеры, лаборатория, аппаратная подводного телевидения для водолазного оборудования и др.

По левому борту размещены три цистерны циркуляционной системы бурового раствора, на которых установлены вибросита, дегазаторы, пескоотделители и другое оборудование для приготовления бурового раствора и его очистки.

В кормовой части судна расположены отделения двигателей с приводами и буровых и вспомогательных насосов, главное машинное отделение, емкости для топлива и масла, рулевая машина, вентиляционное отделение, помещение аварийного генератора, установка для сжигания отходов и другие механизмы для обеспечения нормальной и постоянной работы судна.

Взлетно-посадочная площадка (ВПП) служит для посадки и взлета вертолетов. Она ограждена брусом (комингсом). На ней предусмотрены устройства для швартовки и закреп­ления вертолета.

Буровое судно построено в соответствии с правилами и под надзором Регистра России.

Технологическое оборудование

Буровое судно во время бурения перемещается относительно подводного противовыбросового оборудования, раз­мещенного над устьем бурящейся скважины и закрепленного на морском дне. Для компенсации вертикальных перемещений бурильной колонны между талевым блоком и крюком монти­руется специальное устройство — компенсатор вертикальных перемещений. Горизонтальные перемещения судна компенси­руются специальным устройством — водоотделяющей колонной (стояком), устанавливаемым между подводным противовыбросовым оборудованием и корпусом установки.

Буровая вышка испытывает дополнительные динамические нагрузки, возникающие во время качки как при бурении, так и при переходе с оконченной бурением скважины на новую точку.

Циркуляционная система промывки скважины, очистки и приготовления бурового раствора выполняется закрытой и замкнутой, так как применение открытой желобной системы из-за качки судна затруднено.

Технологическое оборудование расположено на буровом судне с таким расчетом, чтобы при обеспечении технологических требований проводки скважины не нарушить общесудовых требований к проектирова­нию буровых судов (мореходные качества, прочность, безопас­ность плавания и др.). Остальные узлы бурового оборудования аналогичны узлам, применяемым на суше. Рассмотрим технологическое оборудование, используемое на судне “Валентин Шашин”.

Буровая вышка башенного типа оснащена механизмами спускоподъемных операций, компенсатором для компенсации вертикальных колебаний, талевым бло­ком, крюком, вертлюгом, гибкими буровыми шлангами на рабочее давление 34,0 МПа.

Сварная конструкция подвышечного основания служит рабо­чей площадкой и базой для установки буровой вышки и другого оборудования. В центральной части пола осно­вания имеется проем 4100-4100 мм для пропуска блока ПУО. В кормовой части размещена площадка с тележкой для затаскивания секций водоотделяющей колонны в буровую. В центре пола основания установлен ротор с проходным отверстием стола 1257 мм.

На полу подвышечного основания установлена буровая лебедка с приводом от электромоторов постоянного тока.

На полу буровой размещены три и две пневматические лебедки с допускаемыми нагрузками соответственно по 18 и 32 кН.

Система натяжения морского стояка состоит из трех пар натяжных устройств, и с помощью ее регулируют натяжение каждого под­держивающего каната, прикрепленного к верхней части водоотделяющей колонны.

Для питания сжатым воздухом пневмосистем имеются две компрессорные установки с давлением нагнетания 30 МПа. Система обвязки этих компрессоров соединена с системой обвяз­ки компрессорных установок компенсатора вертикальных перемещений, что обеспечивает, в случае необходимости, исполь­зование компрессорных установок. Число натяжных устройств, устанавливаемых на буровом судне или ППБУ, определяется в зависимости от глу­бины моря. Например, при глубине моря до 914 м рекоменду­ется применять восемь натяжных устройств, для глубин моря 914—1829 м—12—14.

На буровом судне имеется все необходимое оборудование и материалы, требуемые для всего цикла строительства скважины.

Система приготовления и очистки бурового раствора

Современная технология бурения морских скважин предъявляет особые требования к приготовлению и качеству буровых растворов. Применяемое оборудование должно обеспечивать приготовление раствора, очистку его от выбуренной породы, дегазацию, перемешивание в приемных емкостях, утяжеление раствора, обработку различными химреагентами для поддержания заданных параметров, механизацию приготовления раствора и др. Контроль за параметрами раствора осуществляет лаборатория.

Комплект оборудования по очистке бурового раствора включает: два вибрационных сита, три рабочие цистерны вмести­мостью 62, 62 и 66 м³ для бурового раствора. На второй и третьей цистернах установлены по два перемешивателя, дега­затор производительностью 63 л/с, пескоотделители из шести циклонов, илоотделитель из 16 циклонов со сменными полиуретановыми вставками.

В отделении, где установлены буровые насосы, размещены две цистерны для хранения бурового раствора вместимостью по 82 м³, две цистерны вместимостью по 55 м³, емкость вмес­тимостью 20 м³ для приготовления бурового раствора и емкость вместимостью 20 м³ для приготовления химических реагентов. На четырех емкостях для хранения бурового раствора установ­лены восемь перемешивателей, два перемешивателя на емкости для приготовления бурового и два - на емкости приготовления химических реагентов. В складе, где хранятся мешки с сыпу­чими материалами, установлены два смесительных бункера для барита и бентонита. Два смесительных бункера с химическими реагентами размещены в складе мешков над емкостью для приготовления химических реагентов. Один бункер с баритом, один бункер с химическими реагентами и два бункера с буровым раствором установлены на цистернах.

Все электрооборудование, смонтированное в установке, выполнено во взрывобезопасном исполнении.

Порошкообразные материалы (глинопорошок, цемент и химические реагенты) хранятся в 12 бункерах объемом при­мерно по 45-46 м³, расположенных по правому и левому борту судна в складах хранения сыпучих материалов. В системе предусмот­рены также два двухкубовых уравнительных бака для бентонита и цемента в контейнерном отделении, один бак для барита на рабочей цистерне с буровым раствором и один бак в от­делении буровых насосов. Все четыре бака снабжены измери­телями массы.

Все трубопроводы для транспортировки сухого цемента, барита и бентонита выполнены из бесшовных труб, в соответствии с требованиями к судовым трубопроводам.

Для осушки бентонита, барита и цемента на судне установ­лены воздухоосушители.

В складе хранения мешков установлен мостовой кран.

Вспомогательное оборудование

На буровом судне установлена каротажная станция для производства каротажных работ, оснащенная лебедкой с кабелем длиной 7000 м и диаметром 11 мм, каверномером, наклономером, скважинным манометром, перфоратором, скважинным прихватоопределителем и другой аппаратурой для выполнения полного комплекса каротажных работ.

На судне также размещено оборудование для опробования скважин, включающее наземный и скважинный комплекты, обеспечивающие производство полного комплекса работ по освоению скважины после бурения.

Компенсатор вертикальных перемещений

Компенсатор вертикальных перемещений (рис. 5.2) предназначен для устранения влияния вертикальных перемещений судна на буриль­ную колонну и другие устройства, подвешенные на талевом блоке. Кроме этого, компенсатор поддерживает постоянную на­грузку на долото и обеспечивает постоянное положение буриль­ной колонны относительно забоя скважины. Он также способствует надежности операций по защите от выбросов, так как по закрытии плашек превентора бурильная колонна неподвижна, благодаря чему не про­исходит повреждения резино­вых уплотнений плашек.

Существуют различные конструкции компенсаторов с расположением их на кронблоке или между талевым блоком и крюком. К преимуществам компенсаторов, размещенных на кронблоке, можно отнести отсутствие гибких шлангов высокого давления и возмож­ность использования стан­дартных вышек. Однако су­щественный недостаток их — увеличение массы и повыше­ние центра тяжести буровой вышки, увеличение износа ка­натов и др. Вследствие этих причин компенсаторы с верхним расположением менее распространены.

Компенсаторы, подвешенные на талевом блоке, широко применяются из-за их меньшей массы, возможности быстрой установки на стандар­тном талевом блоке. Во избежание увеличения высоты вышки компенсаторы выполняются с двумя силовыми цилиндрами, раз­мещенными по боковым сторонам талевого блока.

Рис. 5.2. Компенсатор вертикальных перемещений

Большинство компенсаторов применяется пассивного типа из-за простоты их эксплуатации. В этих конструкциях исполь­зуется естественный процесс расширения и сжатия газа в бал­лонах аккумулятора и изменение параметров газа происходит от воздействия нагрузки на крюке, без внесения другой допол­нительной энергии.

В активных системах компенсации на параметры газа или жидкости воздействуют дополнительно, например с помощью принудительного перемещения поршня аккумулятора от гид­равлической следящей системы. Такая система применена в компенсаторах, установленных на научно-исследовательском судне “Гломар Челенджер”. Использование активных систем компенсации увеличивает точность поддержания нагрузки на долото в пределах ±7 кН, что является важным в научно-исследовательских работах (при отборе керна и т. п.).

На судне “Валентин Шашин” установлен компенсатор вертикальных перемещений, который состоит из верхней траверсы 14, шарнирно соединенной с талевым блоком 13, и нижней траверсы 15, на которой подвешен крюк. К траверсе 14 присоединены два гидро­пневматических цилиндра 7 и концы шести цепей 9. Цепи пере­кинуты через звездочки 11, закрепленные на концах штоков 12 гидропневматических цилиндров 7. Нижние концы цепей 16 соединены с нижней траверсой 15. Такая конструкция компенсатора обеспечивает увеличение хода компенсатора в 2 раза, определяемого расстоянием между траверсами 14 и 15, по срав­нению с ходом поршней в гидропневматических цилиндрах.

Штоковая полость 19 цилиндров 7 заполнена рабочей жид­костью, а в полостях сжатым воздухом, который поступает от компрессора 2 или баллонов.

На траверсе 14 установлены также два (по одному для каж­дого из цилиндров 7) масловоздушных резервуара 8 с раздели­тельными поршнями. Пространства с жидкостью этих резервуа­ров через клапаны 10 сообщены со штоковыми полостями 19 цилиндров 7.

С пульта управления контролируются давление сжатого воз­духа, нагрузки на рабочие цилиндры, давление в резервуарах рабочей жидкости. Рукава высокого давления 6 на обоих концах имеют автоматический отсечной клапан 5, который срабатывает при обрыве рукавов. Регистрирующая и показывающая аппара­тура дает сведения о расстоянии между траверсами, давлении воздуха и компенсируемой нагрузке.

Компенсатор имеет фиксатор 17, при помощи которого тра­версы 14 и 15 могут быть соединены и талевая система может работать как в обычных буровых установках на суше.

Особенности строительства морских скважин с БС

Бурение скважин с БС за рубежом проводилось на глубинах моря до 6145 м. Это достигнуто благодаря созданию надежного технологического оборудо­вания и систем, в частности систем ориентации для повторного попадания в ствол бурящейся скважины, систем динамической стабилизации, узлов под­водного устьевого оборудования, систем контроля и управления и др. На­пример, при бурении скважины в одном из районов на глубине моря 4200 м повторный вход в ствол производили 9 раз. Время попадания составляло от 5 мин до 10,5 ч, а среднее - 2ч.

При выборе типа БС в данном районе проводят детальное изучение окру­жающей среды и по достоверным данным определяют необходимые пара­метры и технические данные БС, которые бы в полной мере удовлетворяли требованиям технологии строительства скважины в этом районе. Учитывая, что БС применяют в глубоководных акваториях, особое внимание обращают на надежность системы динамической стабилизации, мощность движителей и т. п. Очень важное значение имеет подбор комплекта подводного устьевого оборудования[28].

В мировой практике установлено, что при глубинах моря до 760 м осложнений с подвешенным к судну и отсоединенным от скважины стояком не бывает. Однако при больших глубинах моря в стояке могут возникать значительные напряжения вследствие его вертикального колебания. Выясняют и опреде­ляют условия бурения, учитывая, что ствол должен быть вертикальным, т. е. судно с учетом скорости течения должно занимать такое положение, чтобы бурильная колонна была отвесной.

Специфика технологии строительства скважин в глубоководных аквато­риях потребовала создания специальных технических средств, включающих комплекс подводного устьевого оборудования, систем дистанционного управления и контроля, комплекс специальных узлов подвески обсадных колонн в соответствии с разработанными конструкциями скважин и специаль­ного спускоподъемного инструмента, с помощью которого производятся спуск и крепление этих узлов в обсадных колоннах и др.