Полезные ископаемые

Освоению месторождений нефти и газа, залегающих в недрах морского дна, предшествуют их поиски и разведка. На этих стадиях применяются различные методы, и главным образом геофизические. Заключительным моментом всего комплекса этих работ является бурение. Только скважины открывают доступ к подводным кладовым нефти и газа.

Месторождения нефти и газа, расположенные под дном моря вблизи береговой линии, вскрывают с берега или острова путем бурения наклонных скважин. Однако отклонения скважины от вертикального направления незначительны и не превышают трех километров. Поэтому для размещения буровой вышки и оборудования в морских условиях необходимы искусственные сооружения, или, как их называют, нефтяные основания. Основаниями служат насыпные острова, стационарные платформы, лед, искусственные железобетонные острова, самоподъемные и долупогружные платформы, буровые суда и даже подводные камеры и лодки. Два последних типа существуют пока только в проектах. Но не исключено, что самые неожиданные и смелые проекты будут реализованы уже «на нашем веку».

Одним из видов оснований для размещения буровой вышки в мелководной зоне морей являются искусственные насыпные или намывные острова. Их сооружают из ила, песка, щебня, гравия, валунов или бетонных блоков и других строительных материалов.

Возведение искусственных дамб и площадок в море для бурения нефтяных скважин известно давно. Еще в 30-х годах такие основания сооружались на Каспии, Искусственные острова появились позднее. Так, в 1972 был намыт искусственный остров Имерек-44. Для его создания использовали несчано-гравийную смесь. Было перекачано около 300 тыс. м3 грунта, однако в результат воздействия течений и штормовых волн на месте осталась лишь третья часть общего объема.

В 1974 г. появились два новых острова, возведенные фирмой «Сан ойл компани» в дельте р. Маккензи. Одни из них (Унарк) отсыпали из гравия в море при глубине всего один метр. Остров размером 122X61 м был ориентирован с севера на юг в целях уменьшения воздействия сильных штормовых волн. По периферии его укрепили мешками с песком, уложенными слоем 1,2 м, закрепленными сеткой и якорными цепями. Расчетная высота острова составила 3,7 м с учетом воздействия характерных для района приливов, штормов и течений. На возведение острова пошло более 40 тыс. м3 гравия, более 90 тыс. мешков с песком, 4 тыс. фильтрового покрытия, такое же количество металлической сетки и якорные цепи. На острове установили приборы для регистрации величины ледовых нагрузок и возможных деформаций. Все работы были выполнены за два месяца.

Иное решение было выбрано для сооружения искусственного бурового основания Пелли. Здесь все оборудование решили разместить на затопленных баржах, которые окружили защитной бермой из проволочных ящиков (1,5X1,5X0,75 м), заполненных мешками с песком. Берма в плане образовала прямоугольник (156X82 м), внутреннее пространство которого было заполнено грунтом. На строительство острова, сооруженного на глубине 2,3 м, было израсходовано 3,5 тыс. ящиков, в которые уложили 300 тыс. мешков с песком и 35 тыс. м3 грунта. Баржи соединили общей палубой размером 73X26X4,3 м с продольной прорезью посередине, над которой была смонтирована вышка.

Давно бытует способ разработки нефтяных месторождений под дном моря с помощью стационарных оснований и эстакад. Всемирной известностью пользуются месторождения, эксплуатируемые в нашей стране на Каспийском море. Еще перед Великой Отечественной войной на Каспии были внедрены свайные основания трубчатой конструкции инж. Н. С. Тимофеева с верхним строением из труб конструкции инж. Б. А. Рагинского, а затем основания ригельно-пролетной конструкции, Позднее морские буровые платформы на Касггии стали собирать из нескольких крупных изготавливаемых в заводских условиях призматических опорных блоков и площадок при помощи плавучих кранов грузоподъемностью 100 т и более. С каждой из таких платформ можно было пробурить до 10 наклонно направленных скважин. Применение таких платформ ограничивалось глубиной моря 25 м.

Второй этап строительства морских сооружений на Каспии характеризуется широким применением нефтепромысловых эстакад. Основная часть эстакады — крупное стационарное основание, используемое для причаливания судов, размещения оборудования, инструмента и материалов, жилых и производственных помещений. С основанием соединены эстакады, по обеим сторонам которых сооружены площадки для кустового бурения. По эстакадам проложены трубопроводы и передвигаются транспортные средства.

В некоторых зарубежных странах также имеются морские нефтяные промыслы, устроенные на стационарных основаниях, но глубина моря обычно не превышает 10—15 м. Достоинством эстакадного способа является относительно небольшая зависимость эксплуатации нефтепромысла от морских условий.

Использование льда в качестве бурового основания может служить одним из экономически выгодных решений в условиях Арктики и Антарктики. При этом буровые вышки следует строить в таких районах, где отсутствуют подвижки и дрейф льда, т. е. преимущественно в заливах, между островами и в прибрежно-морских зонах. Для установки тяжелых стальных конструкций и размещения буровых труб и оборудования толщину льда искусственно наращивают путем налива его поверхности водой.

Весной 1973 г. вблизи о-ва Эллеф Рингес на расстоянии 2—8 км от берега велось успешное бурение на нефть со льда при глубине воды 42—88 м. Толщина льда в месте бурения (1,8—2,4 м) оказалась достаточной для работы на нем стандартной 150-тонной буровой вышки в течение восьми дней, за которые были пробурены четыре скважины на проектную глубину (254—518 м).

Так, для круглогодичной работы в южной части моря Бофорта предложена платформа «Монопод». Она состоит из палубного блока, смонтированного на колонне, опирающейся на круглое основание (диаметр 100 м, высота 7 м), устанавливаемое на дне при заполнении балластных отсеков. Для защиты от ударов льдин во время транспортировки служит наружное бетонное кольцо толщиной 1,5 м, которое одновременно является постоянным балластом для увеличения остойчивости колонны. Внутри центральной колонны (диаметр 9 м, высота 24 м) проходит буровой ствол. Палубный узел (25X50 м) несет на трех уровнях все буровое оборудование для проходки скважин глубиной до 6 тыс. м. Вся платформа весит 15 тыс. т. Она предназначена для бурения скважин на глубинах до 12 м„ Для установки платформы на дне подготавливается выемка, в которую основание погружается полностью во избежание повреждения движущимся льдом. Таким образом, воздействию льда подвергается лишь вертикальная мощная, относительно узкая колонна. По окончаний работ платформа дебалластируется; гидромониторы размывают грунт, устраняя эффект присасывания днища платформы к дну. Вначале до уровня поверхности воды подвсплывает один край основания, затем — уже все основание. Полная балластировка производится 8а 12 час, а операции по переводу платформы из рабочего состояния в транспортное — за три дня. Конструкция «Монопод» сравнительно проста, ее можно изготовить в заводских условиях, она безопасна в работе и позволяет вести бурение в неблагоприятных условиях, например в Арктике.

Фирмой «Тёрмодайнамик энд К» (США) разработан проект передвижной буровой платформы, предназначенной для кустового бурения 32 скважин. Платформа весом 16 тыс. т рассчитана на работу на глубинах до 20 м. В проекте предусмотрено использование замерзающей воды для придания прочности корпусу платформы, опирающейся на дно. Морская вода закачивается в вертикальные стальные трубы (диаметром по 12 м) и служит балластом для погружения установки, а затем уже замораживается при помощи холодильного оборудования. В целом конструкция искусственного «ледяного острова» представляет собой два усеченных конуса, обращенных вершинами друг к другу: нижний разрушает лед, а верхний — отводит льдины. У основания центральной трубы размещены насосные отделения, в ее верхней части — машинные отделения. Четыре трубы (диаметром по 2,4 м каждая) расположены рядом с центральной и служат кондукторами для бурения скважин, причем каждая обслуживает восемь отдельных скважин. Для перемещения острова на новую точку бурения потребуется не более двух недель, в течение которых будет растапливаться лед и откачиваться вода из балластных отсеков. Для буксировки платформы нужны четыре буксира по 7 тыс. л. с. каждый с использованием тросов длиной по 750 м.

Известен еще один вид буровой установки для работы в ледовых условиях, разработанный американскими фирмами. Ее корпус имеет в разрезе форму усеченного конуса с меньшим основанием в нижней части. Наклон образующей в районе ватерлинии равен 57°, что позволяет буровой установке под действием сил сжатия выдавливаться из воды до тех пор, пока под ее весом не раскрошится лед. Над точкой бурения установку удерживают восемь якорей (весом по 13,6 т) и якорных цепей (диаметр 84,6 мм, длина 860 м), наматываемых на лебедки, имеющие привод мощностью 20 л. с. Для местных пере мощений на основании предусмотрены два движителя с приводом мощностью по 350 л. с. Установка рассчитана для работы на глубинах до 180 м при толщине льда до 1,2—1,4 м. На палубе, кроме буровой вышки, установленной над центральной шахтой, и буровой лебедки, имеются два крана по 35 т. Здесь же находятся жилые помещения для 40 человек обслуживающего персонала, Буровые насосы и вспомогательное оборудование размещены внутри корпуса.

Морские буровые плавучие установки

В настоящее время известны различные виды плавучих буровых установок. Это и самоподъемные плавучие буровые установки, и полупогружные плавучие основания, и буровые суда. Сюда относятся и подводные аппараты, оборудованные буровой вышкой с комплектом труб и бурового оборудования, размещенных внутри прочного корпуса.

Самоподъемные плавучие буровые установки в отличие от стационарных платформ и оснований предназначены для работы на больших глубинах и на большем удалении от берега. Установки такого типа имеют плавучий корпус, на котором размещены буровая вышка, энергетическое, буровое и вспомогательное оборудование и помещения обслуживающего персонала. Самоподъемное основание снабжено металлическими опорами, которые могут перемещаться в вертикальной плоскости. Во время транспортировки основания эти опоры поднимаются над водой. Над точкой бурения опоры опускаются на дно и задавливаются в грунт, после чего корпус поднимается по опорам при помощи электроприводных механизмов или гидравлических домкратов на высоту, превышающую уровень наиболее высоких волн.

Форма плавучего корпуса и вид опор могут быть самыми разнообразными. В последние годы многие зарубежные компании с целью расширения области применения самоподъемных оснований до глубин 165—185 м предпринимают попытки их усовершенствования. В частности, это делается за счет использования телескопических опор, улучшающих остойчивость платформ и уменьшающих их парусность при транспортировке. Однако все это существенно увеличивает стоимость самоподъемного бурового основания. Относительно меньшая стоимость самоподъемных платформ (по сравнению с полупогружными и буровыми судами), а также высокая устойчивость в морских условиях — их основные достоинства, хотя область применения ограничивается глубинами 110 м.

К сожалению, самоподъемные установки не отвечаю современным требованиям поиска нефти и газа эксплуатации морских месторождений на глубинах мор; 200—300 м. На этих глубинах действуют платформы, не опирающиеся на дно, а находящиеся на плаву над устьем скважины при помощи якорящих и стабилизирующих систем.

Полупогружная платформа представляет собой два продольных корпуса понтонного типа, на которых закреплены вертикальные колонны, удерживающие верхнее палубное строение и связанные между собой поперечинами и растяжками. Грузоподъемность платформы позволяет рационально разместить на ней грузы, оборудование, буровые трубы и помещения обслуживающего персонала. В этом отношении особенно отличаются полупогружные платформы второго поколения. Они легче, дешевле первых платформ этого типа и обладают большей мощностью двигателей, значительно большей скоростью хода, лучшей остойчивостью, более приспособлены для работы в неблагоприятных климатических условиях. Полупогружные плавучие буровые основания универсальны и многофункциональны: их можно использовать для забивки свай в морское дно, а также в качестве кранового основания, склада трубопроводных плетей и трубоукладочного плавучего основания и т. п.

Буровая полупогружная платформа «Пенрод-71» способна бурить скважины глубиной до 9 тыс. м при глубине моря до 300 м. Длина ее нижнего корпуса 86,4 м, высота до верхней палубы от основания корпуса 41,4 м, грузоподъемность превышает 500 т, буровая мачта (высота 48 м) размещена на подвышечном основании (высотой 12 м). Установка выдерживает напор ветра, имеющего скорость 117 км/ч. Жилые помещения рассчитаны на одновременное пребывание 92 человек.

В 1976 г. была создана полупогружная буровая платформа «Седко-709». Она предназначена для бурения скважин при глубине воды до 1,8 тыс. м.

Полупогружная плавучая буровая установка типа «Щельф-1», изготовленная в 1980 г. астраханскими судостроителями, предназначена для нефтяников Каспия. С этой установки возможно бурение из одной точки одновременно трех скважин глубиной до 6 тыс, м при глубине воды до 200 м. «Щельф-1» — сооружение длиной 98 м и высотой 100 м. В колоннах, связывающих палубу с подводными понтонами, находятся лифты, цистерны питьевой воды и топлива, электроаппаратура. На палубе установки размещены технологическое оборудование, ЭВМ, краны грузоподъемностью до 63 т, вертолетная площадка и жилые помещения. Система из восьми якорей позволяет удерживать платформу над точкой бурения при волнении моря до 6 баллов.

Морские суда, построенные или переоборудованные для бурения глубоких скважин на нефть и газ, обладают высокой мобильностью и автономностью. Они быстрее, чем, например, полупогружные платформы, перемещаются из района в район, с одной точки бурения на другую и имеют относительно большую полезную грузоподъемность. Эти свойства делают такие суда незаменимыми при обследовании больших районов океана при глубинах свыше 300 м.

Технологический процесс бурения морских скважин принципиально мало чем отличается от процесса бурения наземных. Поэтому для комплектования морской буровой установки используют стандартные узлы и серийно выпускаемое буровое оборудование. Существенными отличительными особенностями морского бурового судна. являются подруливающие движители, комплекс устройств для подводного оборудования скважин и компенсаторы качки, устанавливаемые на буровой мачте.

В 1974 г. на расстоянии 80 км от побережья Габона буровое судно «Седко-445» закончило бурение скважины в пределах континентального шельфа при глубине воды 655 м. Буровая установка, снабженная компенсатором вертикальных перемещений судна грузоподъемностью 182 т, позволяет бурить скважины при смещениях по вертикали до 4,2 м. Судно рассчитано на ветровые нагрузки при скорости до 107 км/ч, волновое воздействие силой до 12 м и течения при скорости до 6,6 км/ч. Система динамической стабилизации включает 11 движителей мощностью по 850 л. с. каждый и два главных ходовых винта с мощностью 4,5 тыс. л. с, управляемых при помощи вычислительного устройства. На точке бурения судно удерживается восемью натяжными устройствами» Расчеты показали, что такая же система может быть использована для бурения скважин на глубинах 1,3 1,8 тыс. м.

Буровое судно «Дисковерер севен сеанс» (1976 г.) имеет оборудование для проходки скважин на глубинах до 1,1 тыс. м, а специализированное буровое судно «Гломар Челленджер» (1968 г.) рассчитано на ведение буровых работ на глубинах моря до 6,1 тыс. м.

Фирма «Раума-Репола» (Финляндия) выполняет заказ по строительству для нашей страны буровых судов с системой динамического позиционирования, предназначен для условий работы во льдах (ледовый класс Л-1) — при температуре — 40° и глубине моря до 600 м. Базирующиеся на проекте судов типа «Пеликан», они будут существенно отличаться от 17 действующих за рубежом установок этого типа. Совершенная технология дозволит новым судам покинуть точку бурения в течение трех минут во избежание аварийных ситуаций. Суда способны развивать максимальную скорость до 13 узлов (по сравнению с 9 узлами полупогружных платформ). Это современные буровые комплексы, обладающие значительной (до полугода) автономностью и приспособленные для работы в арктических условиях без пополнения запасов.

Человечество достигло больших успехов в области подводного бурения. Однако многие проблемы здесь остаются: еще не решенными. И одна из них, пожалуй, самая важная — это безопасность работ в суровых условиях моря. До сих пор штормы и ураганы, свирепствующие в районах морских нефтяных промыслов, нанося большой материальный ущерб, нередко приводят к человеческим жертвам.

Как избежать пагубного влияния морской стихии на эффективность морских промыслов? Над этим вопросом работают специалисты многих стран мира. К числу многочисленных предложений и разработок следует отнести проект фирмы «Нортон корпорейшн» (США). Его суть — в размещении буровой установки в подводных камерах, закрепленных на дне моря и соединенных между собой и с поверхностью моря водонепроницаемыми трубопроводами.

Часть оборудования размещена в центральной звездообразной камере, где одновременно могут находиться до 45 человек обслуживающего персонала. Для дыхания предусматривается использование гелиево-кислородной смеси. Буровые установки монтируются в периферийных герметичных камерах, соединенных с центральным помещением водонепроницаемыми переходными галереям. По ним рабочие подводного нефтепромысла могут переходить из камер в помещения для отдыха. Необходимые для работы инструменты и материалы подаются в контейнерах по направляющим тросам с базы обеспечения, плавающей на поверхности» Буровые трубы находятся с наружной стороны буровых камер. Бурение осуществляется через отверстие в центральной части каждой камеры. Для ремонтных и монтажных работ предполагается использовать малогабаритное самоходные подводные аппараты. Смена нефтяников доставляется с поверхности в лифтах, перемещающихся по направляющим тросам.

Идея создания автономных механизированных нефтяных промыслов в последние годы получает все большее теоретическое обоснование и материальное воплощение в виде дистанционно управляемых роботов, обитаемых донных аппаратов, буксируемых по дну трубоукладчиков и т. п. По мере совершенствования подводной техники и создания миниатюрных мощных источников энергообеспечения отпадает надобность в связи подводного нефтяного промысла с поверхностным средством обеспечения.

Известен проект монтажа буровой установки в подводной лодке, отсеки которой приспособлены для бурового оборудования, необходимого комплекта труб и кают обслуживающего персонала. В подводной лодке предусмотрены автономный источник энергообеспечения и телескопические опоры под корпусом для посадки подводной буровой на дно на точке бурения. Для перемещения буровых труб внутри лодки предусмотрены рельсовые направляющие и передвижные каретки. Последние доставляют трубы к центральному отсеку, в котором находится вышка. Здесь буровой став труб наращивается при помощи манипулятора — механической руки. Наращивание происходит в момент, когда колонна в скважине удерживается клинозахватным механизмом, а вращатель поднят в верхнее положение гидроцилиндрами. Затем производится бурение. Работой установки можно управлять со специального пульта в отсеке подводной лодки и с судна обеспечения, плавающего на поверхности моря. Отсюда же методом шлюзования происходит снабжение лодки необходимыми материалами и смена экипажа.

По мере совершенствования техники для подводных работ и контрольной аппаратуры все более автономными становятся подводные буровые установки. Уже в текущем столетии возможен переход к новому этапу освоения черного золота Мирового океана — использованию дистанционно управляемых комплексов механизмов и аппаратов, а также обитаемых подводных или донных установок.


You have no rights to post comments

Контактная информация

О сайте

Наш сайт посвящен любым полезным ископаемым, а также описанию различной техники. Копирование материалов разрешено при указании обратной ссылки на сайт www.x-mineral.ru