Лекция №5. Морские буровые установки. Полупогружные плавучие буровые установки. (ППБУ).

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 15Следующая ⇒

Необходимость бурения на глубинах моря, превышающих возможности оснований гравитационного типа, привела к созданию в начале 60-х годов так называемых полупогружных плавучих буровых установок (ППБУ) (рис. 9).

Отличительная особенность ППБУ — относительная легкость перемещения, постановки на точку бурения и снятия с нее, повышенная устойчивость к воздействию ветра, волнения и течений, возможность бурения на глубинах акваторий до 6000 м, а также незначительное увеличение стоимости по мере роста глубин моря.

Рис.9- Общая схема ППБУ

ППБУ применяют в разведочном бурении на морских нефтяных и газовых структурах и месторождениях в акваториях с глубин 90—100 м, когда использование СПБУ становится экономически не оправданным, до глубин 200—300 м и более.

ППБУ состоят 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. Особенность конструкции установки при ее погружении в воду — резкое сокращение площади действия ватерлинии, что приводит к уменьшению волновых нагрузок на установку. В соответствии с Правилами Регистра СНГ ППБУ должна иметь клиренс не менее:

м (1)

в состоянии штормового отстоя и в рабочем состоянии.

м (2)

Здесь h₅₀ — высота волны 50-летнего шторма для данного района моря, м.

Рабочая (верхняя) палуба обычно представляет собой конструкцию трех-, четырех-, пяти- и более угольной формы, на которой размещены двух- и трехъярусные водонепроницаемые надстройки для размещения экипажа, а также энергетические и технологические блоки, складские помещения и другое оборудование.

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

Существует три способа транспортировки ППБУ: с помощью буксиров, самоходный, комбинированный (буксировка в сочетании с самоходным).

К настоящему времени разработан ряд буксируемых и самоходных ППБУ. По способу удержания над скважиной в процессе бурения их можно разделить на три типа: с якорной системой удержания; с динамическим позиционированием; на натяжных опорах.

ППБУ с якорной системой удержания состоит из основания и смонтированной на нем платформы с буровым оборудованием. Основание включает понтоны с переменной плавучестью и опоры под платформу, обладающие положительной плавучестью. В транспортном положении, несмотря на большую массу ППБУ, верхняя часть понтонов выступает над уровнем моря. На точке бурения понтоны заполняются водой, основание погружается на 18—30 м под уровень моря и заякоривается. Платформа с оборудованием при ее жестком соединении с основанием остается на высоте, недосягаемой для волн во время шторма, или ее поднимают на такую же высоту по опорам домкратами.

В полупогруженном положении ППБУ удерживается за счет плавучести опор. При этом понтоны, обладающие большой площадью миделевого сечения, оказываются вне волнового воздействия, затухающего с глубиной моря, а миделевое сечение опор, воспринимающих давление волн, незначительно, причем заполненные водой понтоны снижают центр тяжести ППБУ. Уменьшение площади сечения элементов, воспринимающих сильные волновые нагрузки, и снижение центра тяжести ППБУ повышают ее устойчивость.

Максимальные глубины моря для ППБУ с якорной системой удержания над скважиной ограничены 300 м, так как с глубиной существенно возрастают длина якорных тросов, габариты и масса якорных лебедок, затрудняются процессы заякоривания и увеличивается дрейф основания.

ППБУ с динамическим позиционированием конструктивно отличается от ППБУ предыдущего типа только системой удержания установки над скважиной в процессе бурения. В рассматриваемой ППБУ якорная система удержания заменена динамической, которая включает 8 винтов продольного и поперечного перемещения, акустическую аппаратуру и вычислительную машину. Излучаемые сигналы отражаются от дна, воспринимаются гидрофонами, и вычислительная маши на определяет положение ППБУ. При смещении ее по отношению к скважине автоматически подается команда на соответствующие двигатели, и установка возвращается на исходную точку с заданными координатами.

В отличие от якорных систем эффективность динамической системы увеличивается с ростом глубины моря. При возрастании глубины повышается удельная точность (отношение горизонтального смещения к глубине воды), но стоимость системы стабилизации не увеличивается.

Поэтому ППБУ с динамическим позиционированием применяют для работы на глубинах моря до 6000 м.

ППБУ с якорной и динамической системами стабилизации удерживаются в полупогруженном состоянии за счет плавучести опор, соединяющих подводные понтоны с надводной платформой. Количество и диаметры опор в конструкциях ППБУ ограничены относительно их увеличения в целях снижения сил волнового воздействия на устойчивость основания.

Однако это приводит к росту вертикальных колебаний установки, так как из-за малой площади опор по ватерлинии ППБУ очень чувствительна к перемещениям оборудования на платформе и изменению ее нагружения.

В особенно напряженных условиях заякориваемые ПБУ и ППБУ работают на приливно-отливных акваториях. Здесь по мере изменения уровня моря изменяется расстояние установки от его дна: уменьшается при отливе на величину понижения уровня воды и увеличивается при приливе на величину поднятия уровня воды.

Вследствие этого при отливе якорные тросы провисают, и установка может сместиться по горизонтали от оси скважины; при приливе тросы сильно натягиваются и могут срывать якоря.

ППБУ на натяжных опорах свободны от отмеченных недостатков и занимают ведущее место среди всех известных типов ППБУ. Основными элементами основания на натяжных опорах являются понтоны с переменной плавучестью, опоры под платформу, фундамент, устанавливаемый на дне в точке бурения, и растяжки, соединяющие понтоны с фундаментом, который выполняет роль придонного якоря и удерживает понтоны в подводном положении.

В качестве растяжек, исходя из удобства транспортирования, монтажа и демонтажа установки, используют герметично закрытые по концам трубы, обладающие положительной плавучестью. Конструкции фундамента, выполняющего роль придонного якоря, могут быть различными: погруженные в грунт сваи больших диаметров, массивные плиты или пустотелые емкости.

Технологические схемы монтажа ППБУ с натяжными опорами существенно зависят от конструкции фундамента, но даже при одинаковой его конструкции могут быть различными. Если фундамент выполнен в виде массивной пустотелой емкости, разделенной на отдельные секции, то его первым буксируют к точке заложения скважины. Затем сюда же доставляют предварительно изготовленные трубчатые растяжки, длины которых определены исходя из глубины моря в точке бурения и проектной величины погружения понтонов основания под уровень моря. Нижние концы растяжек соединяют скобами с фундаментом, часть пустотелых отсеков фундамента заполняют водой, и он опускается под уровень моря, увлекая за собой трубчатые растяжки, которые вследствие положительной плавучести занимают вертикальное положение.

В соответствии с расчетом по избыточной плавучести растяжек и свободных от воды секций фундамента погружение последнего прекращается на расстоянии от дна, примерно равном проектной величине погружения понтонов основания под уровень моря. При этом верхние концы растяжек возвышаются над поверхностью моря на уровне мест их крепления к понтонам. Теперь к месту монтажа буксируют основание с платформой, закрепляют верхние концы растяжек на понтонах и заполняют водой оставшиеся пустотелые секции фундамента. При этом фундамент опускается на дно, увлекая понтоны основания на необходимую глубину под уровень моря.

Устойчивость ППБУ описываемого типа зависит от силы натяжения трубчатых растяжек, называемых натяжными опорами, и практически не зависит от количества и диаметра опор основания, поддерживающих платформу.

Поэтому диаметр опор такого основания определяют из условия их прочности, а не устойчивости и непотопляемости установки, т.е. используют небольшое количество опор сравнительно малых размеров любого профиля (рис. 10). Платформа состоит из следующих основных узлов: собственно платформы, вклющающей колонны 1 и понтоны 9, на которой установлено буровое 2, 3 и промысловое оборудование, оборудование для подготовки и откачки нефти и вспомогательное оборудование 4, 5, 6, жилые помещения 8, вертолетная площадка 7.

Платформа удерживается в рабочем положении натяжными элементами 13 (трубами) которые крепятся к морскому дну якорными устройствами свайного типа 10, 11.

Подводная устьевая система состоит из опорной плиты 12, на которой размещено устьевое оборудование для извлечения нефти, соединенное системой стояков с платформой. При необходимости, которая может возникнуть в процессе монтажно-демонтажных работ, силу натяжения растяжек регулируют балластировкой понтонов основания, заполняя часть их полых секций водой.

Сила натяжения растяжек почти не зависит от изменения уровня воды вследствие приливов и отливов, и положение ППБУ ни относительно дна акватории, ни относительно придонного устья скважины не меняется и не осложняет процессов бурения.

По зарубежным оценкам, ППБУ с натяжными опорами в настоящее время устанавливают на глубинах моря до 800 м, а в будущем смогут устанавливать на глубинах до 2000 м. При этом стоимость ППБУ незначительно зависит от глубины моря (возрастает на 10—15 % с увеличением глубины моря от 150 до 600 м). К достоинствам ППБУ на натяжных опорах можно отнести легкость транспортировки и монтажа. Раздельная транспортировка основания, растяжек и фундамента позволяет использовать для монтажа даже относительно короткие периоды хорошей погоды.

Рис.10- Платформа, установленная на месторождении Хаттон в Северном море.

Основание с буровой платформой может отсоединяться от натяжных опор без подъема фундамента, т.е. без потери скважины, и затем снова соединяться с опорами, что дает возможность безопасно использовать эту ППБУ на акваториях, где существует риск появления ледовых полей или айсбергов.

Используются также ППБУ других конструкции, такие как Медуза" (Россия) и - " Скат-600" (Великобритания).

Основными требованиями при разработке конструкции ППБУ являются:

§ обеспечение наибольшей безопасности и устойчивости 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.

Естественно, в перечисленных требованиях есть противоречивость, и осуществить их в одной конструкции невозможно. Поэтому при проектировании учитывают конкретные условия предполагаемого района применения ППБУ (глубина бурения, глубина воды, волнение, ветер, ледовой покров и т.п.).

Осн.: 2. [ 63-69 ], 3. [ ]

Доп.: 7. [935-945]

Контрольные вопросы:

1. Для чего и на какие глубины предназначены ППБУ?

2. Конструкция ППБУ.

3. Отличительная особенность в конструкции ППБУ от СПБУ.

4. С помощью чего удерживаются ППБУ?

5. Что можно отнести кдостоинствам ППБУ на натяжных опорах?

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒