Морські бурові установки
Необхідність буріння на глибинах моря, що перевищують можливості основ гравітаційного типу, призвела до створення на початку 60-х років так званихнапівнавантажених плавучих бурових установок (ППБУ)(рис. 9).
Відмінна риса ППБУ — відносна легкість переміщення, постановки на точку буріння та зняття з неї, підвищена стійкість до впливу вітру, хвилювання та течій, можливість буріння на глибинах акваторій до 6000 м, а також незначне збільшення вартості зі зростанням глибин моря.
Рис.9- Загальна схема ППБУ
ППБУ застосовують у розвідувальному бурінні на морських нафтових та газових структурах та родовищах в акваторіях з глибин 90—100 м, коли використання СПБУ стає економічно невиправданим, до глибин 200—300 м та більше.
ППБУ складаються з верхнього корпусу, стабілізуючих колон та нижніх понтонів. Колони у верхній частині приєднані до корпусу, а в нижній до понтонів. Понтони і корпус з'єднані між собою та з колонами міцними трубчастими зв'язками. Особливість конструкції установки при її зануренні у воду - різке скорочення площі дії ватерлінії, що призводить до зменшення навантаження хвильових на установку. Відповідно до Правил Реєстру СНД ППБУ повинна мати кліренс не менше:
м (1)
у стані штормового відстою та у робочому стані.
м (2)
Тутh50- висота хвилі 50-річного шторму для даного району моря, м.М.
Робоча (верхня) палуба зазвичай є конструкцією трьох-, чотири-, п'яти- і більш вугільної форми, на якій розміщені дво- і триярусні водонепроникні надбудови для розміщення екіпажу, а також енергетичні татехнологічні блоки, складські приміщення та інше обладнання.
Стабілізуючі колони ППБУ розділені на водонепроникні відсіки, в яких розміщено склади матеріалів, насосні відділення, ланцюгові ящики та інше обладнання. Відсіки стабілізуючих колон розміщуються в районі ватерлінії, іноді заповнюються поліуретановою піною або пінопластом. У нижніх понтонах та стабілізуючих колонах розміщені v цистерни баластної та технічної води, палива, олії та ін.
Існує три способи транспортування ППБУ: за допомогою буксирів, самохідний, комбінований (буксирування у поєднанні із самохідним).
Наразі розроблено низку буксированих та самохідних ППБУ. За способом утримання над свердловиною у процесі буріння їх можна поділити на три типи: з якірною системою утримання; з динамічним позиціонуванням; на натяжних опорах.
ППБУ з якірною системою утриманняскладається з основи та змонтованої на ньому платформи з буровим обладнанням. Основа включає понтони зі змінною плавучістю та опори під платформу, що мають позитивну плавучість. У транспортному положенні, незважаючи на велику масу ППБУ, верхня частина понтонів виступає над рівнем моря. На точці буріння понтони заповнюються водою, основа занурюється на 18-30 м під рівень моря і заякорюється. Платформа з обладнанням при її жорсткому з'єднанні з основою залишається на висоті, недосяжній для хвиль під час шторму, або її піднімають на таку ж висоту по опорах домкратами.
У напівзануреному положенні ППБУ утримується за рахунок плавучості опор. При цьому понтони, що володіють великою площею міделевого перетину, виявляються поза хвильовим впливом, що згасає з глибиною моря, а міделевий перетин опор, що сприймають тиск хвиль, незначно, причомузаповнені водою понтони знижують центр тяжкості ППБУ. Зменшення площі перерізу елементів, що сприймають сильні хвильові навантаження, та зниження центру тяжкості ППБУ підвищують її стійкість.
Максимальні глибини моря для ППБУ з якірною системою утримання над свердловиною обмежені 300 м, оскільки з глибиною суттєво зростають довжина якірних тросів, габарити та маса якірних лебідок, утруднюються процеси заякорювання та збільшується дрейф основи.
ППБУ з динамічним позиціонуваннямконструктивно відрізняється від ППБУ попереднього типу лише системою утримання установки над свердловиною у процесі буріння. У ППБУ, що розглядається, якірна система утримання замінена динамічною, яка включає 8 гвинтів поздовжнього і поперечного переміщення, акустичну апаратуру і обчислювальну машину. Випромінені сигнали відбиваються від дна, сприймаються гідрофонами, і обчислювальна машина визначає положення ППБУ. При зміщенні по відношенню до свердловини автоматично подається команда на відповідні двигуни, і установка повертається на вихідну точку із заданими координатами.
На відміну від якірних систем, ефективність динамічної системи збільшується зі зростанням глибини моря. У разі зростання глибини підвищується питома точність (ставлення горизонтального зміщення до глибини води), але вартість системи стабілізації не збільшується.
Тому ППБУ із динамічним позиціонуванням застосовують для роботи на глибинах моря до 6000 м.
ППБУ з якірною та динамічною системами стабілізаціїутримуються в напівзануреному стані за рахунок плавучості опор, що з'єднують підводні понтони з надводною платформою. Кількість та діаметри опор у конструкціях ППБУ обмежені щодо їх збільшення з метою зниження сил хвильового.впливу на стійкість основи.
Однак це призводить до зростання вертикальних коливань установки, оскільки через малу площу опор по ватерлінії ППБУ дуже чутлива до переміщень обладнання на платформі та зміни її навантаження.
В особливо напружених умовах заякорювані ПБУ та ППБУ працюють на припливно-відливних акваторіях. Тут у міру зміни рівня моря змінюється відстань установки від його дна: зменшується при відпливі на величину зниження рівня води та збільшується при припливі на величину підвищення рівня води.
Внаслідок цього при відливі якірні троси провисають і установка може зміститися по горизонталі від осі свердловини; при припливі троси сильно натягуються і можуть зривати якорі.
ППБУ нанатяжних опорахвільні від зазначених недоліків і займають чільне місце серед усіх відомих типів ППБУ. Основними елементами основи на натяжних опорах є понтони зі змінною плавучістю, опори під платформу, фундамент, що встановлюється на дні в точці буріння, та розтяжки, що з'єднують понтони з фундаментом, який виконує роль придонного якоря та утримує понтони у підводному положенні.
Як розтяжки, виходячи зі зручності транспортування, монтажу та демонтажу установки, використовують герметично закриті по кінцях труби, що мають позитивну плавучість. Конструкції фундаменту, що виконує роль придонного якоря, можуть бути різними: занурені в ґрунт палі великих діаметрів, масивні плити або пустотілі ємності.
Технологічні схеми монтажу ППБУз натяжними опорами суттєво залежать від конструкції фундаменту, але навіть при однаковій конструкції можуть бути різними. Якщо фундамент виконаний у вигляді масивної пустотілої ємності, розділеної на окремі секції, то йогопершим буксирують до точки закладання свердловини. Потім сюди доставляють попередньо виготовлені трубчасті розтяжки, довжини яких визначені виходячи з глибини моря в точці буріння і проектної величини занурення понтонів основи під рівень моря. Нижні кінці розтяжок з'єднують скобами з фундаментом, частину порожнистих відсіків фундаменту заповнюють водою, і він опускається під рівень моря, захоплюючи за собою трубчасті розтяжки, які внаслідок позитивної плавучості займають вертикальне положення.
Відповідно до розрахунку за надлишковою плавучістю розтяжок і вільних від води секцій фундаменту занурення останнього припиняється на відстані від дна приблизно рівному проектній величині занурення понтонів підстави під рівень моря. При цьому верхні кінці розтяжок піднімаються над поверхнею моря на рівні місць їх кріплення до понтонів. Тепер до місця монтажу буксують основу з платформою, закріплюють верхні кінці розтяжок на понтонах і заповнюють водою пустотілі секції фундаменту, що залишилися. При цьому фундамент опускається на дно, захоплюючи понтони основи необхідну глибину під рівень моря.
Стійкість ППБУ описуваного типу залежить від сили натягу трубчастих розтяжок, які називаються натяжними опорами, і практично не залежить від кількості та діаметра опор основи, що підтримують платформу.
Тому діаметр опор такої основи визначають з умови їхньої міцності, а не стійкості та непотоплюваності установки, тобто. використовують невелику кількість опор порівняно малих розмірів будь-якого профілю (рис. 10). Платформа складається з наступних основних вузлів: власне платформи, що включає колони1та понтони9, на якій встановлено бурове2, 3та промислове обладнання, обладнання для підготовки та відкачування нафти тадопоміжне обладнання4, 5, 6,житлові приміщення8, вертолітний майданчик7.
Платформа утримується в робочому положенні натяжними елементами 13 (трубами) які кріпляться до морського дна якірними пристроями пальового типу10, 11.
Підводна гирла система складається з опорної плити12, на якій розміщено гирлове обладнання для вилучення нафти, з'єднане системою стояків з платформою. При необхідності, яка може виникнути в процесі монтажно-демонтажних робіт, силу натягу розтяжок регулюють баластуванням понтонів основи, заповнюючи частину порожнистих секцій водою.
Сила натягу розтяжок майже не залежить від зміни рівня води внаслідок припливів та відливів, і положення ППБУ ні щодо дна акваторії, ні щодо придонного гирла свердловини не змінюється та не ускладнює процесів буріння.
За зарубіжними оцінками, ППБУ з натяжними опорами нині встановлюють на глибинах моря до 800 м, а в майбутньому зможуть встановлювати на глибинах до 2000 м. від 150 до 600 м).До переваг ППБУ на натяжних опорахможна віднести легкість транспортування та монтажу. Роздільна транспортування основи, розтяжок та фундаменту дозволяє використовувати для монтажу навіть відносно короткі періоди гарної погоди.
Рис.10-Платформа, встановлена на родовищі Хаттон в Північному морі.
Основа з бурової платформою може від'єднуватися від натяжних опор без підйому фундаменту, тобто. без втрати свердловини, а потім знову з'єднуватися з опорами, що дає можливість безпечно використовувати цю ППБУ на акваторіях, де існує ризик появи льодових полів абоайсбергів.
Використовуються також ППБУ інших конструкцій, такі як Медуза" (Україна) та - "Скат-600" (Великобританія).
Основними вимогами щодо розробки конструкції ППБУє:
§ забезпечення найбільшої безпеки та стійкості ППБУ;
§ мінімальне переміщення ППБУ при бурінні;
§ забезпечення мобільності та маневреності при пересуванні;
§ швидка установка на точку буріння;
§ достатня кількість технологічних та інших запасів;
§ зручне розташування обладнання, наявність достатньої кількості приміщень для зберігання зазначених запасів та механізація вантажно-розвантажувальних робіт;
§ простота та технологічність при будівництві, та зручність при експлуатації;
§ мінімальна витрата матеріалів та зниження трудомісткості;
§ облік конкретних районів застосування ППБУ.
Звісно, у перелічених вимогах є суперечливість, і здійснити в одній конструкції неможливо. Тому при проектуванні враховують конкретні умови передбачуваного району застосування ППБУ (глибина буріння, глибина води, хвилювання, вітер, льодовий покрив тощо).