Файл: Лекция 14 Сооружение скважин на шельфе и на море особенности, оборудование, технологии .pdf

Технология бурения нефтяных и газовых скважин
Автор: Епихин А.В.
ст. преп. каф. бурения скважин
Томск-2015 г.
Курс лекций
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Институт природных ресурсов
Кафедра бурения скважин

Лекция №14
• Сооружение скважин на шельфе и на море: особенности, оборудование,
технологии
• Особенности проектирования и расчета скважин на шельфе и на море
• Сооружение скважин в Арктических условиях: особенности,
оборудование, технологии
• Особенности проектирования и расчета скважин в Арктических
условиях
2

Особенности
3
Условия окружающей среды
(низкие температуры, ветер, состав воды, морские глубины, в Арктических условиях – оледенение)
Высокая стоимость технологий и оборудования
(при глубине в 30 м – стоимость работ в 3 раза больше, чем на суше, 60 м- в 6 раз, 300 м – в 12 раз)
Уникальность технологического оборудования
Медико-биологические проблемы
(работа под водой)

Геолого-технологические особенности
4
-
Относительно меньшее значение горных давлений, чем на суше;
-
Меньшая глубина залегания газоносных пластов;
-
Необходимость использования водоотделяющей колонны;
-
Необходимость дополнительного подводного устьевого оборудования;
-
Наличие колебаний моря;
-
Замкнутая циркуляционная система без сброса отходов в море;
-
Необходимость бурения с расширителями (на большие диаметры);
-
КНБК должны быть жесткими.

Виды технических средств,
применяемых при строительстве скважин
5
Техника для изучения условий окружающей среды в районе работ
Технические средства для связи и навигации
Технические средства для производства геофизических работ
Технические средства для ведения разведочных буровых работ и комплекс устьевого оборудования
Технические средства для геолого- инженерных изысканий
Технические средства для ведения эксплуатационных буровых работ и комплекс устьевого оборудования
Технические средства для подготовки и транспорта флюидов
Технические средства строительно- монтажных работ
Подводная водолазная техника
Обслуживающая техника
Технические средства по предотвращению загрязнения окружающей среды

Классификация морских средств
для эксплуатации месторождений
6
1, 2) conventional fixed platforms; 3) compliant tower; 4, 5) vertically moored tension leg and mini-tension leg platform; 6) Spar ; 7,8) Semi-submersibles ; 9) Floating production, storage, and offloading facility; 10) sub-sea completion and tie-back to host facility

Классификация морских буровых установок
7

Классификация морских буровых установок
8

Понтонные буровые установки
9

Самоподъемные плавучие буровые установки
10
Глубина моря:
30-120 м
Классификация: по конструкции опорных колонн и
подъемных устройств
Состав:
плавучий понтон и трех (и более) выдвижных опорных колонн, размещающихся в углах корпуса понтона
Транспортировка: в плавучем состоянии с поднятыми и закрепленными опорами
Возвышение днища понтона над уровнем спокойной
воды:
H = 0,6*h50 + 1,5
где h50 – экстремальная высота волны 50-летнего шторма для данного района моря, м.
Число
колонн
определяется:
глубина моря, гидрометеорологические условия, способ задавливания опорных колонн в грунт и их извлечения, общая масса корпуса, технологичность и трудоемкость изготовления
На глубинах
свыше 90 м
– используются только 3хопорные установки, на глубинах
более 60 м
– рекомендуются установки с 3мя опорами.
До 45 м
– установки с цилиндрическими опорами
45
– 75 м
– установки с цилиндрическими и ферменными опорами
Более 75 м
– только ферменные опоры
Способы подъема:
зубчатыми колесами по зубчатой рейке
(число колес от 2 до 6) – непрерывный подъем
Перемещение с места на место
: буксировкой

Самоподъемные плавучие буровые установки
11
1 - понтон; 2 - опорная колонна; 3 - устройство подъема опор; 4 - кран; 5 - буровая вышка; 6 - консоль подвышечного портала; 7 - стеллажи для хранения труб; 8 - жилой модуль;
9 - вертолетная площадка

Самоподъемные плавучие буровые установки
12
Требования:
-
Высокая производительность при бурении;
-
Быстрое перемещение с оконченной бурением скважины на новую точку;
-
Обеспечение мореходности при передвижении на различные расстояния;
-
Автономность.

Самоподъемные плавучие буровые установки
13
Комплекс оборудования:
-
Оборудование для бурения скважины;
-
Оборудование по приготовлению, прокачиванию и очистке бурового раствора;
-
Оборудование для приема и хранения порошкообразных материалов;
-
Оборудование для приготовления цементного раствора и производства цементировочных работ;
-
Оборудование для производства геофизических исследования;
-
Подводное устьевое противовобросовое оборудование;
-
Оборудование для освоения скважины;
-
Вспомогательное оборудование;
-
Оборудование для предотвращения загрязнения моря;
-
Системы управления и контроля технологического процесса строительства скважины.

Полупогружные плавучие буровые установки
14
Глубина моря:
90-200 м
Состав:
верхний корпус, стабилизирующие колонны, нижние понтоны.
Колонны в верхней части присоединены к корпусу, в нижней – к понтонам.
Понтоны и корпус соединены между собой и с колонными трубчатыми связями.
Возвышение днища понтона над уровнем спокойной
воды:
H = 0,6*h50 + 1
,5 (в случае штормового отстоя)
H = 0,5*h50 + 1
,5 (в рабочем состоянии)
где h50 – экстремальная высота волны 50-летнего шторма для данного района моря, м.
Рабочая верхняя палуба
состоит из нескольких ярусов с постройками для проживания экипажа, а также энергетические, технологические блоки и складские помещения.
Стабилизирующие
колонны
делятся на водонепроницаемые отсеки, где хранится оборудование и материалы, располагаются насосные блоки и прочее оборудование. В
понтонах располагают балластные цистерны, а также цистерны с водой, маслом, топливом.
Транспортирование:
буксирами, самоходный, комбинированный.
Крепление:
якорный (до 300 м моря), динамическое позиционирование.

Полупогружные плавучие буровые установки
15
Требования:
-
Наибольшая безопасность и устойчивость;
-
Минимальное перемещение при бурении;
-
Мобильность и маневренность при передвижении;
-
Быстрая установка на точку бурения;
-
Достаточное количество запасов;
-
Удобное расположение оборудование, высокая механизация;
-
Просто и технологичность при выполнении операций по бурению;
-
Минимальный расход материалов и снижение трудоемкости.

Полупогружные плавучие буровые установки
16
Технологическое
и
энергетическое
оборудование:
-
Буровая установка, часто в блочном исполнении;
-
Компенсатор вертикальных перемещений бурильной колонны на талевом блоке;
-
Комплект цементировочного оборудования (насосная станция и система приготовления растворов;
-
Установка для транспорта и хранения порошкообразных материалов;
-
Компрессорные станции высокого и низкого давления;
-
Лаборатория буровых растворов;
-
Помещения для хранения опасных материалов и источников (ГИС);
-
Склад ЗИП;
-
Комплекс подводного устьевого оборудования;
-
Комплекс палубного технологического оборудования;
-
Комплекс оборудования для ГИС;
-
Глубоководный водолазный комплекс.

Полупогружные плавучие буровые установки
17
1
–вышка, 2- трубы, 3 – ППБУ, 4 – вертолетная площадка, 5 – жилые и культурно-бытовые помещения, 6 – поворотный кран

Полупогружные плавучие буровые установки
18
1- буровая вышка; 2 - грузовой кран; 3 - стеллаж для труб; 4 - жилой блок; 5 - бункера для порошкообразных материалов; 6 - компрессорные станции; 7 - трубопроводы продукции скважин; 8 - насосно-турбинный блок; 9 - комплекс оборудования для подготовки не фти и газа; 10 - блок сжигания газа; 11 - газовыхлопы дизель-генератора.

Буровые суда
19
Глубина моря:
>200 м
Состав:
буровая вышка с подвышечным основанием – на палубе, а остальное технологическое оборудование: внутри судна.
Буровая вышка
устанавливается обычно в центре, а бурение ведется через шахту, встроенную в судне. Иногда после бурения вышку укладывают в горизонтальное положение.
Особенность:
малое отношение ширины судна к осадке – порядка 3-4.
Дедвейт
бурового судна в среднем до 5000-7000 т, включая топливо, буровой раствор, порошкообразные материалы и химические реагенты, воду техническую и пресную, оборудование.
Материалов и запасов хватает на автономную работу до
100
сут.
Допустимое отклонение
судна от центра скважины 0-5% от глубины воды, а при нахождении КБТ без ведения бурения – 5-16%.
Транспортирование:
самоходный.
Крепление:
динамическое позиционирование.
Вертикальные
перемещения
судна:
компенсатор вертикальных перемещений;
Горизонтальные перемещения судна:
водоотделяющая колонна (между палубой и ПВО)

Буровые суда
20
Носовое отделение:
3 твиндека - №1 (23) – кладовые для сухой провизии, вещевые кладовые, туалеты, баня, каюты, №2 – рефрижераторные помещения для сухой провизии, установка для очистки воды, емкости для бытовой виды, №3 – помещение подруливающих устройств.
Средняя часть:
палуба обработки бурового раствора, буровая шахта. Слева и справа от шахты – бункеры для цемента, барита и бентонита. Твиндек №1 – превенторное оборудование, лаборатория по его ремонту, склады с баллонами со сжатым воздухом, компрессорное отделение, аппаратная подводного телевидения. Твиндек №2 – лаборатория бурового раствора, кладовые и компрессорная.
По левому борцу – емкости с буровым раствором, очистное оборудование.
На верхней палубе
– буровая вышка и технологическое оборудование.
Кормовая часть:
двигатели, приводы, буровые и вспомогательные насосы, помещения с распределительными щитами и трансформаторами.
На палубе – рулевая машина и кладовая, вертолетная площадка.

Морские стационарные платформы
21
Особенность:
кустовое бурение; длительная эксплуатация; длительное строительство; невозможность передвижения.
Глубины моря
: от 10 до 350 м.
Принцип:
жесткая установка на основание из нескольких опор.

Морские стационарные платформы
22
А) Отечественные разработки:
1)
Свайные основания.
Первое металлическое свайное основание было предложено в 20-х гг. Н.С.
Тимофеевым.
2)
Крупноблочная конструкция верхнего строения морского основания.
В 1940 г. Б.А. Рагинский предложил создание крупноблочную конструкцию верхнего строения морского основания, которая устанавливалась и монтировалась на зацементированных сваях. Применение крупноблочных элементов заводского изготовления резко сокращает время затраченное на строительство.
3)
Эстакады
– средства сообщения между объектами. В процессе разработки морских месторождений потребовалось надежное сообщение между отдельными объектами, рас- положенными на значительных расстояниях нефтепромысла.
4)
Металлические стационарные основания.
Впервые металлические стационарные основания
(МОС) были предложены группой ученых – Л.А. Межлумовым, С.А. Оруджевым и Ю.А. Саттаровым. В
1976 г на месторождении «им. 28 апреля» построено стационарное металлическое основание на глубине моря 84 м.
Б) Зарубежные разработки:
1)
Стационарные оснований на деревянных сваях.
Освоение морских нефтяных месторождений также было начато с применением стационарных оснований на деревянных сваях.
2)
Железобетонные и бетонные конструкций в виде кессонов.
Характерной особенностью зарубежной практики строительства стационарных морских оснований было использование железобетонных и бетонных конструкций в виде кессонов, опускных колодцев и свай. Например, основание Коллинса. Ввиду высокой стоимости эти конструкции не получили широкого рас- пространения.
3)
Металлические стационарные морские основания простые и сложные
Металлические стационарные морские основания для бурения скважин и добычи нефти за рубежом начали свое развитие с простейших конструкций на глубину 6 м до сложных конструкций на глубины до 305 м и более.

Морские стационарные платформы
23
Схемы МСП, применяемые на Каспийском море: а — четырехблочная МСП; 1 — опорный блок; 2 - верхнее строение; 3 — подвышенные конструкции; 4 — буровая вышка; 5 — причально-посадочное уст- ройство; 6 — водоотделяющая колонна (обсадная); 7 — свайный фундамент; б" — двухблочная
МСП; 1— опорный блок; 2 — верхнее строение; 3 — причально-посадочное устройство; 4 — буровая вышка; 5 — водоотделяющая колонна; 6 — свайный фундамент; в — моноблочная МСП; 1 — опорный блок; 2 — верхнее строение, модули;3 — буровая вышка; 4 — водоотделяющая колонна; 5 — свайный фундамент; 6 — причально-посадочное устройство