Курс «Применение трубопроводной арматуры». Модуль «Арматура и оборудование морских платформ»

Наибольшее число проектов (57%) разработано для вод глубиной 305—365 м, 30% —для глубин 365—460 м и 13% – на глубины больше 460 м.

В практике бурения скважин с плавучих буровых средств (БС, ППБУ) широко применяют комплексы подводного устьевого оборудования (ПУО), устанавливаемые на морском дне. Такое расположение позволяет наибольшие смещения плавсредства от центра скважины, при этом установленное на морском дне оборудование меньше подвержено механическим повреждениям.

Комплекс ПУО предназначен:

– для обеспечения при бурении скважины гибкой замкнутой технологической связи между перемещающимся от воздействия волн и течений БС или ППБУ и неподвижным подводным устьем, установленным на морском дне;

– для направления в скважину бурильного инструмента, обеспечения замкнутой циркуляции бурового раствора, управления скважиной при бурении и др.;

– для надежного закрытия бурящейся скважины в целях предупреждения возможного выброса из скважины при аварийных ситуациях или при отсоединении буровой установки в случае больших волнений моря.

Существует несколько конструкции ПУО, обеспечивающих бурение скважин на разных глубинах моря – от 50 до 1800 м и более.

Большая глубина установки ПУО предъявляет высокие требования к его свойствам:

– оборудование должно быть прочным, вибростойким, способным выдерживать большие внешние давления,

– быть герметичным и надежно управляемым на расстоянии.

Конструкция узлов комплекса должна обеспечивать точность стыковки и обеспечивать нормальную работу и управление ПУО.

Особое внимание уделяют расположению механизмов связи – надежным устройствам, установленным на БС или ППБУ, которые подвергаются действию волн, течения и ветра.

Недостатки размещения ПУО на дне моря – сложность управления, эксплуатации и ремонта.

Многолетний опыт бурения с плавучих буровых средств определил в основном две типовые конструкции скважин с подводным устьем.

В первой конструкции (для глубин скважин примерно 5000-6500 м) применяют фундаментальную колонну (направление) диаметром 762 мм, кондуктор диаметром 508 мм, первую промежуточную колонну диаметром 340 мм, вторую промежуточную колонну диаметром 178 мм. Диаметр эксплуатационной колонны обеспечивает спуск и установку двухколонных насосно-компрессорных труб (НКТ) для одновременно–раздельной эксплуатации пластов. Благодаря такому сочетанию диаметров с большими зазорами между колоннами обеспечивается надежное крепление скважин.

Вторую конструкцию преимущественно применяют в условиях бурения на меньшие глубины при более простой конструкции скважин. В этой конструкции используют фундаментальную колонну диаметром 762 мм, кондуктор диаметром 406 мм, промежуточную колонну диаметром 273 мм, эксплуатационную колонну диаметром 178 мм.

В практике буровых работ на море с БС и ППБУ применяют одно – или двухблочную конструкцию ПУО.

Некоторые одноблочные конструкции преимущественно используют на больших глубинах вод, в несложных двух – и трехколонных конструкциях скважин и на небольших глубинах бурения.

Двухблочные конструкции применяют преимущественно на небольших глубинах вод, в сложных четырех – и пятиколонных конструкциях скважин и на больших глубинах бурения.

Пример одноблочной конструкции показан на рис. 1.14.

Рис. 1.14. Одноблочный подводный устьевой комплекс.

1 – пульт бурильщика; 2 – пульт управления штуцерным манифольдом; 3 -аккумуляторная установка; 4 – гидравлическая силовая установка; 5 – дистанционный пульт управления; 6 – шланговые барабаны; 7 – гидравлический спайдер; 8 – верхнее соединение морского стояка; 9 – телескопический компенсатор; 10 – соединение; 11 – угловой компенсатор; 12 – нижний узел морского стояка; 13 – направляющие; 14 – подводные задвижки; 15 – цанговая муфта; 16 – опорная плита; 17- акустический датчик; 18 – плашечные превенторы; 19 – штуцерный манифольд; 20 – морской стояк.

Преимущества одноблочной конструкции ПУО – сокращение времени на установку и монтаж комплекса. Так, установленный одноблочный комплекс ПУО используется в течение всего времени бурения скважины.

МСП свайного и крупноблочного типов

Основания из металлоконструкций свайного и крупноблочного типов в отечественной практике использовались очень широко. Эти конструкции установлены в районе Баку.

Основания свайного типа применяют при глубине воды до 10 м и при резких изменениях рельефа дна. Под сваи в дне моря со специального судна бурят скважины. В каждую такую скважину спускают сваю-трубу и цементируют ее. Затем трубы обрезают так, чтобы их концы были над водой на одинаковом уровне. Концы труб связывают плоскими металлическими фермами, а на них настилают пол, устанавливают вышку и буровое оборудование. Высота свай над уровнем воды должна превышать высоту самых больших волн.

На Каспии в 40 км от берега было открыто месторождение Нефтяные Камни, при глубине воды до 18–22 м. В 1949 г. на нем пробурили первую в СССР морскую скважину. Потом построили на крупноблочных основаниях целый город, отдельные сооружения которого соединены дорогами-эстакадами на сваях. Общая длина эстакад на Нефтяных Камнях составляет теперь сотни километров. На рис.1.15. показан принцип возведения морских сооружений на крупноблочных основаниях.

а)

б)

Рис.1.15. Схема буровой установки на море при крупноблочных основаниях:

а) схема установки

1 – опорные блоки; 2 – фермы-секции; 3 – пешеходный мост; 4 – бытовые помещения

б) общий вид установки

Опорные блоки представляют собой пространственные конструкции из телескопических опорных стоек с башмаками, связанные фермами, тягами и распорками. Их устанавливают на дно моря крановым судном. После установки блоков с помощью специального бурового агрегата в каждую стойку спускают бурильную колонну с долотом и в дне моря забуривают скважину. Затем на канате во все стойки спускают в скважины патрубки. Пространство между патрубками и стойками заливают цементным раствором для надежной связи блоков с донным грунтом. Образуемые таким путем буровые основания связывают эстакадами, основания под которые сооружаются аналогично описанному методу.

Буровое оборудование размещают на приэстакадных буровых площадках так же, как и на суше, но более компактно. Для укрытия оборудования и защиты буровиков от дождя, снега и ветра строят помещение, примыкающее к вышке. Для отдыха персонала на некотором удалении от буровой вышки строят специальное помещение.

Строительство свайных, крупноблочных оснований и протяженных эстакад возможно только на мелководье, при глубине моря до 20–40 м. Подобные сооружения, кроме Каспия, имеются также на оз. Маракаибо в Венесуэле, в Персидском заливе, вблизи побережья США.

Полупогружные МП

Самое современное поколение морских платформ – полупогружные. Это гигантские понтоны с вертикальными стабилизационными колоннами, остойчивость которых регулируют заполнением балластных емкостей в горизонтальных погружных поплавках. Осадка платформы в рабочем состоянии составляет 15–25 м. На рис.1.16.а показан внешний вид первого поколения полупогружных платформ, на рис. 1.16.б – вид современной платформы с улучшенными навигационными характеристиками. Полупогружные платформы используют для бурения скважин при глубине вод, не доступной для стационарных и самоподъемных буровых оснований. В 2000 г. эта глубина составляла уже 1100 м, а двумя десятилетиями раньше – всего 500 м.

а)

б)

в)

Рис.1.16. Конструкции полупогружных платформ:

а – первые конструкции;

б – современные с улучшенными навигационными характеристиками

в – общий вид

Полупогружную платформу при бурении иногда крепят ко дну натяжными опорами. В этом случае обеспечивается хорошая фиксация платформы над точкой бурения. Одиночные скважины и кусты скважин, закрепленные на донных платах, обвязывают единой системой трубопроводов. Действующая система сбора продукции на морском промысле в Мексиканском заливе показана на рис.1.17.

Рис. 1.17. Схема подводного заканчивания скважин (Мексиканский залив):

1 – панель дистанционного управления; 2 –манифольд; 3 – замерное эксплуатационное оборудование; 4 – стояк 275мм; 5 – эксплуатационная платформа; 6 – поверхность моря; 7 – скважины; 8 – возможный вертикальный вход в скважину; 9 – насосно-компрессорные трубы; 10 – затрубное пространство; 11 – задвижки; 12 – подводное оборудование устья скважины для компрессорной эксплуатации; 13 –манифольд гидравлической линии для управляющих задвижек; 14 –пробка; 15 – продуктивный интервал; 16 – установочный патрубок; 17 – пакер; 18 – обсадная колонна; 19 – выкидные линии; 20 – дно океана; 21 – заглубленный трубопровод до берега или до центральной платформы; 22 – гидравлические линии для управляющих задвижек

Устьевое подводное оборудование может быть открытого или закрытого типа. Оборудование открытого типа устанавливают на устьях одиночных эксплуатационных скважин (рис. 1.18) или на донных платах для куста скважин (рис.1.19). На одиночных скважинах фонтанную елку монтируют на колонне обсадных труб. Донная плата для куста скважин требует дополнительного крепления ко дну с помощью свай.

а)