Самоподъемные плавучие буровые установки

Нижегородский Государственный Технический Университет

им.Р. Е. Алексеева 
 

Кафедра «Кораблестроение и  авиационная техника» 
 
 
 

Реферат

«Самоподъемные плавучие буровые установки» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Нижний Новгород

2009

 

Самоподъемная плавучая буровая установка 

В последнее время  на море интенсивно развивается добыча нефти и газа. Причиной тому - постоянный рост потребности топлива.

      Интенсивное  развитие морской нефтегазодобычи явилось основой создания новой отрасли нефтяной науки и техники — морского нефтепромыслового дела. В настоящее время около половины всех открываемых месторождений нефти в мире приходится на акватории морей и океанов - это около 30% всей нефтедобычи.

Морские буровые  установки делятся по способу  бурения:

- гравитационные  морские стационарные платформы; 

- морские стационарные  платформы; 

- полупогружные буровые установки;

- самоподъемные буровые  установки; 

- буровые суда.

Первая самоподъемная буровая установка «Мистер Гас» создается в 1954 г. - самый многочисленный сейчас класс средств для бурения на глубинах до 100 м.

Самоподъемная плавучая буровая установка (СПБУ) – плавучий понтон, над которым расположена буровая вышка. На нем размещается буровое и вспомогательное оборудование, многоэтажная рубка с каютами для экипажа и рабочих, электростанция и склады. По углам платформы установлены многометровые колонны-опоры. После буксировки на точку бурения колонны выдвигаются и, достигнув дна, поднимают платформу над уровнем моря. Высота подъема корпуса выбирается с учетом вероятных высот волн и приливов.

Самоподъемная плавучая буровая установка устанавливают  на морское дно, используя опоры  и специальные спуско-подъемные механизмы.

Самоподъемные плавучие буровые установки имеют большой  корпус, который повышает запас плавучести. По краям корпуса расположены  выдвижные опорные колонны. Пока буровую установку не отбуксируют  на место бурения, опоры должны быть подняты. На первых СПБУ количество опорных колонн колебалось от 4 до 12, в настоящее время СПБУ имеют, как правило, 3 — 4 опорные колонны. С помощью СПБУ ведут разведочное бурение на глубинах моря от 15 до 120 м, причем до глубин 40 — 50 м экономичнее круглые цилиндрические опорные колонны, свыше 50 м — ферменные. На месте бурения их опускают на дно и частично погружают в грунт. Эти опоры используются для поднятия корпуса буровой установки на определенную высоту. Высота над уровнем моря должна быть вымерена с учетом максимальной высоты волны. На слабонесущих грунтах в нижних частях опорных колонн иногда применяют единый нижний корпус — опорный мат, связывающий опорные колонны между собой и обеспечивающий устойчивость СПБУ при стоянке на точке бурения, а также дополнительное водоизмещение на плаву.

 

 

Самоподъемная плавучая буровая установка обладает достаточным  запасом плавучести, что имеет  большое значение для ее транспортировки  на точку бурения вместе с буровым оборудованием, инструментом и необходимым запасом расходных материалов. Корпус установки поднимают над уровнем моря на недосягаемую для морских волн высоту. По способу монтажа превенторных устройств и способу соединения буровой площадки с подводным устьем скважины СПБУ аналогична морской стационарной платформе. Для обеспечения надежности эксплуатации скважины обсадные колонны подвешивают под столом ротора. По завершении бурения и после освоения разведочной скважины устанавливают ликвидационные мосты, и все обсадные колонны обрезают ниже уровня дна моря.

Основным районом  эксплуатации СПБУ, как и на протяжении всей истории их создания, продолжает оставаться Мексиканский залив, где работает около 40% СПБУ. Этот регион явился своеобразным полигоном, на котором отрабатывались новые решения для установок практически всех типов, прежде чем они были распространены по всему миру. ППБУ, за исключением Юго-Восточной Азии, Среднего и Ближнего Востока, эксплуатируются в других регионах в примерно одинаковом количестве.

Самоподъемная буровая  установка оптимально подходит для  работы в условиях продленного сезона добычи регионов с частичным ледовым  покрытием. Продленный режим означает, что эксплуатация буровой установки  ограничена несколькими месяцами в  году вне периода образования  полного ледового покрытия в зимнее время, что может повлечь за собой  непредсказуемые последствия для  установки.  В условиях Северного  Каспия зима наступает не ранее января и длится до середины марта. Таким  образом, образуется операционное «окно» продолжительностью, по крайней мере, восемь месяцев в году. Тем не менее, в отличие от обычных самоподъемных  буровых установок, ледовые условия  диктуют необходимость проектирования ледостойкой платформы, поскольку предварительный анализ показал, что ледовая нагрузка на самоподъемную буровую установку будет намного больше, чем совокупное воздействие ветра, волн и течений.

 

Уровень приспособленности  для зимней эксплуатации определяется рядом факторов, поэтому углубленное  изучение изменения ледовых условий  является обязательным. Продолжительность  операционного периода в ледовых  условиях предполагает различные ледовые  ситуации, которые должна будет выдерживать  буровая установка. Например, в начале зимы, когда на малых глубинах (3 м и менее) лежит только тонкий слой льда (толщиной менее 30 см), опоры буровой установки и башмаки на опорах должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать воздействие постоянного ледового покрытия толщиной до 30 см. В то же время, в конце зимы или ранней весной, ветер движет плавучие льдины толщиной 60-90 см, которые временами образуют ледовые торосы. В данной ситуации самоподъемная буровая установка должна выдерживать воздействие плавучих льдин и торосов.  

Глубина моря является наиболее важной характеристикой для  СПБУ, поскольку оказывает существенное влияние на размеры корпуса, длину  опорных колонн и их спуско-подъемных механизмов, а, следовательно, и стоимость постройки. Наметившаяся тенденция к увеличению средней глубины моря для СПБУ сохраняется. Так, например, если в середине 80-х гг. она составляла около 75 м, то СПБУ постройки 2000 г. и позже предназначены для эксплуатации при глубине моря около 120 м. Проектная глубина бурения скважин (возможности установленного бурового оборудования) также имеет тенденцию к увеличению. Наибольшие проектные глубины бурения скважин на СПБУ достигают 10 670 м. 

 

 

Бурение морских  скважин происходит в очень сложных  динамичных природных условиях. Плавучая буровая установка является источником загрязнения атмосферы, морской воды и породного субстрата. В процессе

бурения происходят захламление морского дна и деформация донных грунтов, нарушается биологическое равновесие. Морская буровая скважина нарушает целостность горных пород и служит путями проникновения в литосферный слой морской воды вместе с содержащимися в ней различными веществами. В свою очередь из скважины в море могут изливаться подземные воды определенного химического состава. Эти два процесса становятся причиной изменения состава, сотояния горных пород, загрязнения и нарушения режима подземных вод, нарушения гидрофизического и гидрохимического режимов моря. 

Наиболее адаптированными  к постройке СПБУ предприятиями  в России являются Выборгский судостроительный завод, Северное машиностроительное предприятие, завод «Звездочка» и Астраханские заводы. 

СПБУ  ЦКБ Коралл

В 1970 году начато проектирование самоподъемных буровых установок  ЦКБ Коралл. СПБУ для шельфа Каспийского  моря (головная СПБУ получила имя Бакы), спроектированные  ЦКБ, стали первыми отечественными самоподъемными буровыми установками. Две СПБУ этого проекта и сегодня успешно эксплуатируются на шельфах Черного и Азовского морей.

Всего  по проектам ЦКБ Коралл построено 12 самоподъемных  буровых установок:

8 СПБУ – для  эксплуатации в Каспийском море;

2 СПБУ (проекта Каспий) – для эксплуатации в Черном  и Азовском морях;

2 СПБУ (Курильская и Мурманская) – для эксплуатации в открытых морях на глубине до 100 метров.

В настоящее время  для эксплуатации в Арктических  морях на глубинах до 100 м строится специальная ледостойкая самоподъемная установка Арктическая. С целью расширения сферы использования СПБУ Арктическая по выполнению программы геологоразведочных работ и повышения конкурентоспособности, специалистами ЦКБ Коралл разработаны конструктивные решения по изменению опорно-подъемного устройства для работы СПБУ Арктическая в диапазоне глубин воды от 7 до 100 метров (вместо прежнего диапазона от 10 до 30 метров).

Построенные:

Самоподъемная плавучая буровая установка СПБУ 6000/70

Самоподъемная плавучая буровая установка СПБУ 6500/100

Самоподъемная плавучая строительная платформа «Темп»

Строящиеся:

Самоподъемная буровая  установка СПБУ 6500/7–100 "Арктическая"

Проекты:

Ледостойкий комплекс ЛПП 15-25 + СПБУ 6500/10-30 для разведочного и эксплуатационного бурения

Самоподъемная плавучая буровая установка тендерного типа (комплекс СПБУ 5000/4-30)  
 

Скважины

Многозабойно-горизонтальная скважина-гигант: 1 — плавучая буровая установка; 2 — трубы; 3 — устье скважины; 4 — основной ствол; 5 — ответвления; 6 — нефтеносный пласт.

 

 

 

Современные самоподъемные  плавучие буровые установки также  используют наклонные скважины с  большими отходами от вертикали и  горизонтальным закачиванием.

Это позволяет:

снижать стоимость  разработки морских месторождений,

увеличивать темпы  отбора нефти и газа.

Строительство отечественных плавучих буровых установок нового поколения является насущной задачей. Для России наиболее перспективными типами плавучих буровых установок следует признать СПБУ и полупогружные плавучие буровые установки, поскольку они перекрывают весь диапазон глубин моря, на которых имеется и предполагается залегание перспективных нефтегазоносных структур. 

Самоподъемные буровые  установки

Самоподъемная плавучая буровая установка СПБУ 6000/70

Назначение

Бурение разведочных  скважин глубиной до 6000 м на нефть  и газ при глубинах моря от 20 до 76 метров в районах Каспийского  и Черного морей.

Основные характеристики:

длина корпуса наибольшая, м  - 57,6;

ширина габаритная, м - 47,4;

водоизмещение с  запасами, т – 11200;

осадка, м - 4,6;

мощность энергетической установки, кВт  - 4300;

экипаж, чел. – 50;

количество опор – 4;

длина опоры, м  - 108,5;

тип подъемного устройства гидравлический . 
 

Курильская, Мурманская

 

В 1990-1993 гг. были впервые  в СССР сданы для эксплуатации в открытых морях две самоподъемные  плавучие буровые установки (СПБУ) типа «Мурманская». СПБУ предназначена для  разведки и добычи нефти и газа на глубинах до 100,0 м, глубина бурения  скважины до 6500,0 м. Конструкция СПБУ состоит из основного корпуса  с жилыми и служебными помещениями и трех опускающихся опор.

Отличительной особенностью проекта является конструкция опорно-подъемного устройства. В отличие от большинства  СПБУ со сплошной зубчатой рейкой по всей длине опор, на СПБУ «Мурманская» применено  перехватывающее шаговое устройство без наличия рейки на опоре. Данная конструкция улучшает экологию.

 

 

САМОПОДЪЕМНАЯ ПЛАВУЧАЯ БУРОВАЯ УСТАНОВКА "АРКТИЧЕСКАЯ"

 

Самоподъемная плавучая буровая установка (СПБУ 6500/10-30), несамоходная, с тремя цилиндрическими опорами, предназначена для бурения разведочных  и эксплуатационных скважин на нефть  и газ в Печорском море. Глубина  бурения до 6500 метров, глубина моря от 10 до 30 метров. Количество скважин  с одной точки постановки до 9.

Краткая техническая  характеристика СПБУ "Арктическая":