Типы буровых установок

Буровая установка обычно имеет 3 или 4 ноги. Для того чтобы контакт с поверхность, на которую они опираются, был лучше, поперечное сечение ног по мере приближения ко дну моря увеличиваются. Для того чтобы волны действующие на установку не могли перевернуть или сдвинуть ее, то масса платформы должна быть большой, а поверхность дна, на которую она опирается, должна быть твердой и сплошной. Такие буровые установки обычно называются платформами гравитационного типа. Такие платформы очень распространены в Северном море, а их поддерживающая структура состоит из железобетона, которые намного тяжелее, чем обычные конструкции из стали. Верхнюю часть, собственно платформа, составляет различное оборудование, состоящее также из стали. Если даже ноги платформы обладают некоторой плавучестью или способностью держаться на поверхности воды, то все равно основная часть веса установки воспринимается дном моря.

Существуют также и более легкие стационарные платформы, использующие стальные конструкции, при этом на концах ног расположены сваи, которые вбиваются в почву на глубину до 100 метров, что делает такие платформы, в отличии от гравитационных платформ, более независимыми от свойств породы. Для небольших стационарных платформ поддерживающей структурой может быть единственный цилиндр или единственная нога. Использование стационарных, в том числе гравитационных, платформ экономически эффективно на глубине до 350 метров.

Плавающие буровые платформы

На плавающих платформах основной вес поддерживается с помощью плавучести или способности держаться на поверхности воды за счет большого содержания воздуха в специальных контейнерах (понтонах), расположенных на концах ног. В этих понтонах находятся балластные камеры (trim tanks), в которые может закачиваться или откачиваться вода. Основная функция их – это выравнивать положение платформы вследствие изменения нагрузки на верхнюю часть установки или поднимать и опускать все установку относительно поверхности моря. Эти понтоны имеют обтекаемую форму в направлении движения платформы, а при самом движении балластные камеры избавляются от воды, что позволяет подняться верхней части понтонов над водой и что в результате дает меньшее сопротивление воды Скорость таких установок относительно невелика и составляет от 3 до 7 узлов.

Для операций бурения балластные камеры наполняются водой, и платформа опускается ниже. Так как поперечное сечение верхних ног у уровня моря сравнительно невелико (балластные камеры находятся на большой глубине относительно уровня воды), то и объем воды, вытесняемой при движении вверх и вниз платформы, будет также малым. И наоборот, если вода двигается вверх и вниз (волны), то изменения в объеме вытесненной воды (плавучести) небольшие по сравнению с массой платформы. Это делает платформу более устойчивой при наличии волн, чем корабли или судна.

Расстояние между низом платформы и поверхностью моря, воздушный зазор, может быть равен или быть больше (особенно для стационарных установок) 20 метров, поэтому длинна ног платформы значительная.

Верхняя часть буровой установки, платформа с оборудованием и защитными стенками и крышами, в основном сделана из стали. Как для подвижных, так и для стационарных платформ ноги сделаны также из стали, но более больших стационарных платформ ноги могут быть сделаны из железобетона, которые имеют форму цилиндра, сужающегося в направлении от дна к поверхности моря. Плавучие платформы имеют стальные ноги в форме цилиндра, диаметр которых примерно равен нескольким метрам, но могут использоваться и другие формы ног. Стационарные установки используют стальную поддерживающую структуру, то есть балочную конструкцию, также могут использоваться цилиндрические ноги.
Возникает вопрос, почему полые стальные цилиндры используются только для плавающих установок, а для стационарных нет.

Назначение плавающих буровых платформ

Основная задача плавающих платформ – бурить и испытывать скважины для стационарных платформ, которые не имеют соответствующего оборудования для выполнения таких операций. Более большие добывающие платформы обычно имеют все необходимое оборудование, связанное с бурением. Основная цель всех стационарных платформ – это добыча углеводородов, а бурение нескольких скважин с помощью небольшой добывающей платформы может быть неэкономичным, поэтому в некоторых случаях дешевле арендовать буровую платформу, чем платить за оборудование, место на платформе и бригаду для бурения.

В течение эксплуатации скважины (см. Устьевое оборудование скважин) необходим ремонт скважины, который называется капитальным. Это может быть замена изношенного оборудования в НКТ, очистка скважины от песка, парафинов и минеральных отложений, изоляция обводненных горизонтов, перфорация, спускоподъемные работы, связанные с НКТ, и т.д. Для повышения производительности пласта могут использоваться кислотная обработка и гидроразрыв пласта. Некоторые из этих операция могут производиться с помощью канатов и тросов, койлтьюбинговых труб и буровой вышки, расположены на небольшой добывающей платформе или на специально нанятой буровой установке.

Оборудование буровых платформ

Основной частью оборудования на добывающих платформах являются сепараторы или другое оборудование для сепарации нефти, газоконденсата и сухого газа, очистки и хранении нефти в резервуарах. На платформах, добывающих газ, расположено оборудование для осушки газа и компрессорные станции для повышения давления, равного давлению в трубопроводе. Осушка газа необходима для предотвращения выпадения водяного конденсата при понижении температуры в трубопроводе и образованию гидратов.

Так как место на платформе ограничено и очень дорого, а число операций и ремонтных работ больше, чем суше, то здесь располагают только самое необходимое оборудование по обработке нефти и газа и подготовке их для транспортировки. Дальнейшая обработка и очистка нефти и газа происходит на сооружениях, расположенных на суше, где они более дешевы в строительстве, эксплуатации ремонте. Стационарная платформа будет эксплуатироваться до тех пор, пока расходы на содержание не превысят доходы, и чем дольше платформа продлит этот срок эксплуатации, тем лучше.

Как уже сказано выше, большинство плавучих платформ используются как буровые установки, но некоторые имеют также оборудование для добычи. Это обычно небольшой одноступенчатый сепаратор с резервуаром для хранения нефти и факелом для сжигания добытого газа. Такое оборудование используется для проведения теста на продуктивность разбуренных скважин, который длится менее одного дня. Тест на продуктивность показывает наличие углеводородов в разбуренной породе. Более деталь про это можно узнать в разделе об исследуемых на нефть скважинах (test well).

На некоторых плавучих платформах есть оборудование для добычи нефти и газа. Оно устанавливается на подвижных платформах вследствие короткого периода эксплуатации месторождения, который не окупит использование стационарной платформы, и вследствие большой удаленности скважин недоступных бурением наклонных скважин. Подвижные платформы способны перемещаться с места на место и эксплуатировать несколько пластов и месторождений, таким образом, сокращая капитальные расходы на оборудование необходимое для добычи.

Подъемные платформы

Подъемные платформы (jack up) имеют преимущества как стационарных, так и подвижных платформ, а также относительно дешевы в строительстве. Как уже говорилось во введении, он имеют ноги, которые могут опускаться на дно моря и поднимать верхнюю часть воды из воды. После такой операции подъемная платформа превращается в стационарную платформу гравитационного типа, не требующие использования систем позиционирования для удержания установки в строго определенном положении. У таких платформ устье находится на поверхности, что делает их дешевыми и более простыми в эксплуатации. Когда ноги поднимаются вверх, то платформа держится на плаву, но она не имеет собственной системы передвижения, поэтому использует буксиры.

Недостатком подъемной платформы является ее малая скорость передвижения по сравнению со стандартными буровыми установками и ее нестабильность при транспортировке из-за поднятых вверх ног, поэтому некоторые платформы имеют складывающиеся ноги или ноги, которые могут разбираться, но такое решение проблемы является более дорогим. Глубина использования подъемных установок составляет около 130 метров. Более длинные ноги сделают платформу неустойчивой при транспортировки, когда ноги подняты вверх, а при их опоре на морское дно и нагрузке их весом платформы они будут слишком слабыми, так как между ними нет поперечных балок. Подъемные платформы обычно используются на небольшой глубине, где погодные условия не такие плохие, так как они относительно легкие и их нельзя использовать при плохой погоде и при больших волнах.

Часто после того, как подъемная платформа разбурила скважину, то ее используют как и добывающую платформу. Если устье расположено на платформе, то прежде чем покинуть ее, скважина должна быть заглушена, а верхняя часть демонтирована. Глушение скважины означает прекращение притока жидкости из скважины путем закачки в нее тяжелой жидкости, которая создает на забое давление большее, чем давление в пласте.

Стационарные платформы

Стационарные платформы используются на глубине до нескольких сотен метров, при больших глубинах строительство поддерживающей структуры, которая несет вес платформы и всего оборудования, становится экономически нецелесообразным, то есть при глубинах более 300-400 метров строительство стационарной платформы становится слишком дорогим. На таких глубинах можно использовать плавучие платформы с устьем расположенным на морском дне, что делает операции по эксплуатации, ремонту и бурению и в процесс добычи нефти и газа более сложными и дорогими. Единственным возможным решением для такой глубины с соблюдением всех норм безопасности становится использование платформы с натяжными связями.

Платформы с натяжными связями

Платформы с натяжными связями – это в основном стандартная плавающая установка, в которой верхняя часть со всем оборудованием построена как для стационарной платформы. Несколько стальных стержней соединяют низ платформы и дно моря, к которому они крепятся с помощью тяжелых грузов. Эти грузы могут быть сделаны из бетона и должны быть достаточно малыми по размеру, что упрощает их использование, подъем, на пример, с помощью судна снабжения. К верху платформы эти стержни крепятся тогда, когда балластные камеры заполнены водой так, что платформа погружена достаточно глубоко (небольшой воздушный зазор). После крепления вода откачивается из балластных камер, таким образом, выталкивающая сила постепенно возрастает и достигает величины большей, чем вес платформы и вес стальных прутьев, поэтому эти стальные прутья находятся постоянно в натяжении.

Используя поддерживающую структуру такого типа, понадобиться намного меньше стали, так как вес поддерживаемого сооружения меньше, чем выталкивающая сила и поддерживающая структура находится не в сжатом состоянии, а в растянутом. Когда стержни находятся в растянутом состоянии, то не возникает необходимости использовать структуру поперечны балок для противодействия воздействию волнам, поэтому это делает такие натяжные связи легче, чем любая другая поддерживающая структура, находящаяся в сжатом состоянии. Причина использования стальных прутьев, а не канатов заключается в том, что канты более гибки, чем прутья такого же поперечного сечения, поэтому они не могут защитить платформу от вертикального движения платформы, вызванное действием волн, при этом прутья легче защитить от коррозионного действия соленой воды.

Как было уже сказано, стальные канаты удерживают платформу на заданном месте и предотвращают ее вертикальное передвижение, вызванное действием волн, так как они находятся в вертикальном и растянутом положении. Любое движение платформ в вертикальном направлении будет эластично растягивать прутья и будет пропорционально глубине (длине прутьев) и обратно пропорционально их поперечному сечению. Платформы с натяжными связями хорошо могут быть использованы в бурении, при чем волнения установки будут меньше, чем на установке с использованием якорной системы.

Натяжные связи не могут строго ограничить передвижение платформы в горизонтальном направлении, поэтому устье располагают на морском дне, а гибкий райзер, соединяющий устье и платформу, должен быть более надежным обычных плавающих установок. Грузы, удерживающие прутья прикрепленными ко дну моря, на много сложней сместить или сдвинуть, чем любой другой якорь.

УДК: 622.242.2

Автор: Ипатов Павел Дмитриевич

к.т.н. кафедры Кафедры бурения скважин, разработки нефтяных и газовых месторождений САФУ имени М. В. Ломоносова, e-mail: ipatovpavel6@gmail.com.

Author: Ipatov Pavel Dmitrievich

Ph. D. NArFU Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov Department Mining Oil and gas Faculty, e-mail: ipatovpavel6@gmail.com.

Выходные сведения: URL: https://promdevelop.ru/tipy-burovyh-ustanovok/

Types of drilling rigs

Аннотация: При бурении морских месторождений используют следующие буровые установки: стационарные платформы, платформы гравитационного типа, платформы с натяжными связями. Модификация и оснащение плавающих буровых платформ зависит в каждом случае от условий и параметров бурения.

Ключевые слова: Буровая установка, оборудование буровых платформ, нефть, буровая колонна, скважина, платформы с натяжными связями, стационарные платформы.

Annotation: When drilling offshore fields, the following drilling rigs are used: stationary platforms, gravity-type platforms, platforms with tension links. Modification and equipping of floating drilling platforms depends in each case on the conditions and parameters of the drilling.

Keywords: Drilling rig, drilling rig equipment, oil, drilling string, well, platforms with tension ties, fixed platforms.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Иоаннесян Р.А., Основы теории и техники турбинного бурения, М-Л., 1953
  2. Вадецкий Ю. В., Бурение нефтяных и газовых скважин, 2 изд., М., 1967
  3. Скрыпник С.Г., Данелянц С.М., Механизация в автоматизация трудоёмких процессов в бурении, М., 1968
  4. Ханмурзин Н. П., Бурение на верхнюю мантию, М., 1967.

157 1

1 комментарий

Отправить ответ

Войти с помощью: 
avatar
Упорядочить:   новые | старые | популярные
Антон
Антон

Хорошая научная работа. Освещены недостатки подъемной платформы, сообщаю, что есть уже мировые передовые решения по их исправлению. Поэтому в скором времени произойдет оптимизация оборудования у крупных компаний и показатели эффективности повысятся.

wpDiscuz