Лекция №5. МОРСКИЕ БУРОВЫЕ УСТАНОВКИ. ПОЛУПОГРУЖНЫЕ ПЛАВУЧИЕ БУРОВЫЕ УСТАНОВКИ. (ППБУ).

Необходимость бурения на глубинах моря, превышающих возможности оснований гравитационного типа, привела к созданию в начале 60-х годов так называемых полупогружных плавучих буровых установок (ППБУ) (рис. 9).

ППБУ применяют в разведочном бурении на морских нефтяных и газовых структурах и месторождениях в акваториях с глубин 90—100 м, когда использование СПБУ становится экономически не оправданным, до глубин 200—300 м и более.

Рис.9- Общая схема ППБУ

 

ППБУ состоят из верхнего корпуса, стабилизирующих колонн и нижних понтонов.Колонны в верхней части присоединены к корпусу, а в нижней — к понтонам. Понтоны и корпус соединены между собой и с колоннами прочными трубчатыми связями. Особенность конструкции установки при ее погружении в воду — резкое сокращение площади действия ватерлинии, что приводит к уменьшению волновых нагрузок на установку. В соот­ветствии с Правилами Регистра СНГ ППБУ должна иметь клиренс не менее:

м (1)

в состоянии штормового отстоя и в рабочем состоянии.

м (2)

Здесь h₅₀ — высота волны 50-летнего шторма для данного района моря, м.

Рабочая (верхняя) палуба обычно представляет собой конст­рукцию трех-, четырех-, пяти- и более угольной формы, на кото­рой размещены двух- и трехъярусные водонепроницаемые над­стройки для размещения экипажа, а также энергетические и технологические блоки, складские помещения и другое оборудо­вание.

Стабилизирующие колонны ППБУ разделены на водонепрони­цаемые отсеки, в которых размещены склады материалов, на­сосные отделения, цепные ящики и другое оборудование. Отсеки стабилизирующих колонн размещаются в районе ватерлинии, иногда заполняются полиуретановой пеной или пенопластом. В нижних понтонах и стабилизирующих колоннах размещены v цистерны балластной и технической воды, топлива, масла и др.

Существует три способа транспортировки ППБУ: с помощью буксиров, самоходный, комбинированный (буксировка в сочетании с самоходным).

К настоящему времени разработан ряд буксируемых и са­моходных ППБУ. По способу удержания над скважиной в процессе бурения их можно разделить на три типа: с якор­ной системой удержания; с динамическим позиционировани­ем; на натяжных опорах.

ППБУ с якорной системой удержания состоит из основа­ния и смонтированной на нем платформы с буровым обору­дованием. Основание включает понтоны с переменной плаву­честью и опоры под платформу, обладающие положительной плавучестью. В транспортном положении, несмотря на большую массу ППБУ, верхняя часть понтонов выступает над уровнем моря. На точке бурения понтоны заполняются водой, основание погружается на 18—30 м под уровень моря и заякоривается. Платформа с оборудованием при ее жест­ком соединении с основанием остается на высоте, недосягае­мой для волн во время шторма, или ее поднимают на такую же высоту по опорам домкратами.

В полупогруженном положении ППБУ удерживается за счет плавучести опор. При этом понтоны, обладающие боль­шой площадью миделевого сечения, оказываются вне волно­вого воздействия, затухающего с глубиной моря, а миделевое сечение опор, воспринимающих давление волн, незначитель­но, причем заполненные водой понтоны снижают центр тя­жести ППБУ. Уменьшение площади сечения элементов, вос­принимающих сильные волновые нагрузки, и снижение цен­тра тяжести ППБУ повышают ее устойчивость.

Максимальные глубины моря для ППБУ с якорной систе­мой удержания над скважиной ограничены 300 м, так как с глубиной существенно возрастают длина якорных тросов, габариты и масса якорных лебедок, затрудняются процессы заякоривания и увеличивается дрейф основания.

ППБУ с динамическим позиционированием конструктивно отличается от ППБУ предыдущего типа только системой удержания установки над скважиной в процессе бурения. В рассматриваемой ППБУ якорная система удержания заменена динамической, которая включает 8 винтов продоль­ного и поперечного перемещения, акустическую аппаратуру и вычислительную машину. Излучаемые сигналы отражаются от дна, воспринимаются гидрофонами, и вычислительная маши на определяет положение ППБУ. При смещении ее по отно­шению к скважине автоматически подается команда на соот­ветствующие двигатели, и установка возвращается на исход­ную точку с заданными координатами.

В отличие от якорных систем эффективность динамичес­кой системы увеличивается с ростом глубины моря. При воз­растании глубины повышается удельная точность (отношение горизонтального смещения к глубине воды), но стоимость системы стабилизации не увеличивается.

Поэтому ППБУ с динамическим позиционированием применяют для работы на глубинах моря до 6000 м.

ППБУ с якорной и динамической системами стабилизации удерживаются в полупогруженном состоянии за счет плавуче­сти опор, соединяющих подводные понтоны с надводной платформой. Количество и диаметры опор в конструкциях ППБУ ограничены относительно их увеличения в целях сни­жения сил волнового воздействия на устойчивость основа­ния.

Однако это приводит к росту вертикальных колебаний ус­тановки, так как из-за малой площади опор по ватерлинии ППБУ очень чувствительна к перемещениям оборудования на платформе и изменению ее нагружения.

В особенно напряженных условиях заякориваемые ПБУ и ППБУ работают на приливно-отливных акваториях. Здесь по мере изменения уровня моря изменяется расстояние установ­ки от его дна: уменьшается при отливе на величину пониже­ния уровня воды и увеличивается при приливе на величину поднятия уровня воды.

Вследствие этого при отливе якорные тросы провисают, и установка может сместиться по горизонтали от оси скважи­ны; при приливе тросы сильно натягиваются и могут срывать якоря.

ППБУ на натяжных опорах свободны от отмеченных не­достатков и занимают ведущее место среди всех известных типов ППБУ. Основными элементами основания на натяжных опорах являются понтоны с переменной плавучестью, опоры под платформу, фундамент, устанавливаемый на дне в точке бурения, и растяжки, соединяющие понтоны с фундаментом, который выполняет роль придонного якоря и удерживает понтоны в подводном положении.

В качестве растяжек, ис­ходя из удобства транспортирования, монтажа и демонта­жа установки, используют герметично закрытые по кон­цам трубы, обладающие положительной плавучестью. Кон­струкции фундамента, выполняющего роль придонного якоря, могут быть различными: погруженные в грунт сваи больших диаметров, массивные плиты или пустотелые емкости.

К достоинствам ППБУ на натяжных опорах можно отнес­ти легкость транспортировки и монтажа. Раздельная транс­портировка основания, растяжек и фундамента позволяет использовать для монтажа даже относительно короткие пе­риоды хорошей погоды.