Морские буровые установки и оборудование

Для бурения в морских условиях применяют методы и оборудование во многом схожие с теми, что используются в наземных работах. Однако наблюдаются и некоторые существенные отличия. Основные состоят в размещении установок и оборудования и необходимости адаптации некоторых узлов и методов работ. Как и в наземных условиях, здесь применяют стационарные и мобильные установки в зависимости от типа работ. Морские буровые установки представлены в больших вариантах компоновок в сравнении с наземными. Условия работ, прежде всего качка, обуславливают необходимость приспособления бурового оборудования (колонны, системы СПО, устьевого оборудования, системы промывки и т. д.).

Буровые установки

В морских условиях буровое оборудование, как и в наземных, размещают на стационарных и мобильных сооружениях. Первые представлены платформами, эстакадными площадками, искусственными островами, вторые – самоходными и буксируемыми судами.
Стационарные буровые установки подразделяют по способу компоновке размещения на месте работ на 4 типа.

Самоподъемные. В рабочем состоянии опираются на грунт колоннами. По структуре, способу транспортировки, видам работ аналогичны мобильным баржам, на которых нередко основаны. Длина опор определяет допустимую глубину вод до 150 м.
Погружные. В рабочем состоянии опускаются на морское дно. Это обеспечивается 2-корпусной конструкцией. Верхний служит основой для оборудования и жилых помещений, нижний в транспортном положении наполнен воздухом, обеспечивая плавучесть, а в рабочем заполняется водой для погружения платформы на дно (возможно и заякоривание). Такой способ установки определяет малую глубину работ (до 25 м). При этом данные варианты высокомобильны. Такие установки мало распространены.
Полупогружные. По компоновке аналогичны предыдущему типу. В рабочем состоянии под воду также уходит нижний корпус, но устойчивость обеспечивается не установкой на дне, а наличием вертикальных опор, закреплением якорями, подруливающими устройствами и др. Это наиболее распространенный тип стационарных морских платформ.
На натяжных связях. Удерживаются закрепленными на дне анкерными связями.

Существует и другая классификация стационарных платформ по механизму закрепления в рабочем положении.

Гравитационные. Удерживаются собственной массой и балластом.
Свайные. Закрепляются забитыми в грунт опорами.
Мачтовые. Удерживаются оттяжками либо плавучестью.

К тому же стационарные платформы дифференцируют по глубине разработки, определяемой компоновкой.

Мелководные на колоннах. Установки с высотой, существенно превосходящей поперечное сечение.
Глубоководные на колоннах. Высота и поперечное сечение близки. В остальном конструкция аналогична.
Кессоны. Мелководные платформы со сплошным основанием.
Моноконы/моноподы. Мелководные установки башенного типа. Первые имеют наклонные стенки, вторые – вертикальные.

Одну из типовых структур морской платформы подразделяют на 4 элемента.

Корпус. Представлен понтоном с 3- и 4-угольным основанием и колоннами.
Буровая палуба. Установлена на корпусе и служит для размещения оборудования (труб, кранов и т. д.), жилого блока и вертолетной площадки.
Буровая вышка. Функциональный узел, установленный на палубе.
Якорная система. Обеспечивает удержание платформы швартовыми тросами.

Стационарные варианты используют только для длительных работ, направленных на бурение глубоких эксплуатационных скважин. Применение таких скважин связано с большими затратами на монтаж.

Разведочные морские платформы выполняют в передвижном виде. Это обеспечивает быстрое перебазирование оборудования и сокращает затраты на подготовку работ.

Несамоходные передвижные варианты наименее рациональны, так как полностью зависимы от условий работ (волнение, ветер, освещенность и т. д.). К этому добавляется недопустимость эксплуатации во льдах. Это определяет невозможность применения таких платформ большую часть года.

Наиболее совершенным вариантом мобильных морских установок считают размещенные на самоходных судах. Это автономные установки, соответствующие нормативам безопасности. За счет возможности размещения любого бурового оборудования вращательного типа они подходят создания различных скважин в разных условиях. Возможна круглогодичная эксплуатация таких платформ – многие суда ориентированы на работы в ледовых условиях. При неблагоприятных погодных условиях они могут переходить на геологоразведочные работы, где меньше требования к устойчивости. Ввиду многофункциональности такие суда называют не буровыми, а геологоразведочными. К тому же в некоторых случаях буровые суда считают оптимальными для начальной стадии разведки месторождений, несмотря на недостаточную глубину бурения для полной разведки. Такие суда оснащены электродвигателями, обеспечивающими перемещение в любом направлении, и якорной системой, допускающей вращение вокруг вертикальной оси. Буровая шахта размещена в корпусе и расширяется к его нижней части. Она соединена с забоем буровыми линиями.

В специфических условиях применяют особые технологические решения. Так, на шельфе арктических морей нередко работают с ледовых полей или ледяного припая. Это позволяет сэкономить на основании и использовать наземные буровые установки. Последние уместны и в приливно-отливной зоне. Такие варианты иногда оснащают балластными камерами.

К тому же существуют подводные буровые установки. Наиболее оптимальными с точки зрения безопасности среди них считают дистанционно управляемые с обслуживающего судна варианты. Они хороши тем, что не чувствительны к негативным условиям на поверхности и теоретически подходят для работ на любых глубинах. К недостаткам относят высокую стоимость, сложность конструкции, подверженность электроники агрессивному воздействию морской воды, большие габариты и массу вариантов, рассчитанных на скважины большой глубины и диаметра. Последнее пока ограничивает доступные на практике значения на 30 и 0,092 м соответственно.

Особенности бурового оборудования

В морском бурении выделяют технологии с надводным и подводным расположением устья.
В первом случае методика работ та же, что для наземного бурения.

Бурение с подводным устьем имеет некоторые отличия от наземной технологии. На забитом направлении монтируют плиту, служащую основанием для устьевого бурового комплекса, включающего блок дивертора, превенторов и переходный с системами управления, аварийную акустическую систему управления противовыбросовым оборудованием. Последний соединяют с поверхностной установкой водоотделяющей колонной. На ней закреплены линии выкида и манифольда. Колонну фиксируют системами натяжения или поплавками. В некоторых случаях предусматривают ее изгиб, используя шарнирное соединение, допускающее перемещение в пределах 10°. На надводной установке используют компенсатор вертикальных перемещений, обеспечивающий постоянную нагрузку на инструмент. Горизонтальные перемещения компенсируются водоотделяющей колонной, размещаемой между противовыбросовым оборудованием и палубой.

Таким образом, при морском бурении обширно используют подводное устьевое оборудование, монтируемое на дне. Разработано несколько конструкций. Такой вариант менее подвержен механическим повреждениями и допускает большие перемещения поверхностной установки относительно скважины, но сложен в управлении и обслуживании.

Помимо устьевого оборудования, условия морского бурения вынуждают модифицировать и прочие буровые системы. Так, ввиду качки здесь используют замкнутую циркуляционную систему промывки скважины. Система СПО дополнительно оснащена узлами, компенсирующими нагрузки. Буровую и эксплуатационную колонны также приходится рассчитывать на дополнительные нагрузки.
Наконец, для морских буровых усложнена организация безопасности в сравнении с наземными. Это обусловлено такими факторами условий размещения, как волновые нагрузки и усложненная эвакуация.

Эти требования актуальны как для стационарных, так и для передвижных платформ, за исключением несамоходных вариантов на понтонах и буксируемых судах. Для последних это ограничивает возможности использования закрытыми и полузакрытыми бухтами. И даже в таких условиях работы приходится прерывать при неблагоприятной погоде и в темное время суток. Стационарные платформы смонтированы на опирающихся на дно и полупогружных основаниях, рассчитанных на соответствующие условия. Эвакуация обеспечивается шлюпками, вертолетными площадками и дежурными судами.