Лекция № 6. МОРСКИЕ БУРОВЫЕ УСТАНОВКИ. БУРОВЫЕ СУДА.

Удаление районов буровых работ от береговых баз, слож­ность и малая скорость буксировки, а также небольшая авто­номность снижают эффективность использования полупогружных буровых установок. Поэтому для поискового и разведочного бу­рения в отдаленных районах применяют буровые суда. (рис.11).

Основным режимом эксплуатации буровых судов является бурение скважины (85—90% от всего времени эксплуатации судна). Поэтому форма корпуса и соотношение главных размерений определяются требованиями остойчивости и обеспечения стоянки с возможно малыми перемещениями. Вместе с тем фор­ма корпуса должна соответствовать скорости передвижения суд­на 10—14 узлов и более. Характерная особенность для буровых судов — малое отношение ширины к осадке, равное 3—4.

Рис. 11- Заякоренное буровое судно.

При­чем наблюдается тенденция уменьшения этого отношения (у судов «Пеликан», «Сайпем II» и др.), что можно объяснить расширением районов работы и требованиями повышения море­ходности. Выбор главных размерений судна зависит от требуе­мой грузоподъемности, которая определяется расчетной глубиной бурения скважин и автономностью судна.

В практике бурения разведочных скважин на море широ­ко применяют однокорпусные и многокорпусные самоход­ные и несамоходные суда. С середины 50-х до конца 70-х годов для бурения использовались только суда с якорной и закольной системами стабилизации, их удельный вес в парке плавучих буровых установок составлял 20—24 %. Область применения для бурения судов с якорной системой стабили­зации ограничена глубинами моря до 300 м.

Новые перспективы в освоении морских месторождений открылись в 1970 г. благодаря созданию системы динамичес­кого позиционирования, использование которой позволило установить ряд рекордов по глубине разведываемых аквато­рий. С этого времени произошел относительно быстрый рост мирового парка судов для бурения на больших глубинах моря.

Примерами зарубежных судов с динамической системой стабилизации являются "Пеликан" (до глубины моря 350 м), "Седко-445" (до 1070 м), "Дисковерер Севен Сиз" (до 2440 м), "Пелерин" (до 1000 м первое и до 3000 м второе поколения), "Гломар Челенджер" (до 6000 м, фактически покорена глуби­на моря 7044 м), "Седко-471" (до 8235 м).

Самоходные буровые суда бывают однокорпусными и двухкорпусными (катамараны). В отечественных производст­венных организациях используются преимущественно однокорпусные. Обусловлено это меньшими капитальными затра­тами на их изготовление, так как они создавались на базе готовых проектов корпусов рыболовецких судов.

Однокорпусные буровые суда типа "Диорит", "Диабаз", "Чароит", "Кимберлит", эксплуатировавшиеся в производст­венных экспедициях ВМНПО "Союзморинжгеология", осна­щены якорной системой стабилизации, буровыми станками шпиндельного типа и технологическим оборудованием для проведения инженерно-геологических изысканий при глубине воды от 15 до 100 м.

Опыт бурения с этих судов выявил ряд их конструктив­ных недостатков, основными из которых являются ненадеж­ная система стабилизации на скважине, малые размеры бу­ровой площадки и ограниченное число посадочных мест из-за использования серийных корпусов рыболовецких судов, невозможность передачи на забой необходимой осевой на­грузки при бурении станками шпиндельного типа без ком­пенсаторов вертикальных перемещений бурового снаряда, невозможность проведения комплекса скважинных геотехни­ческих исследований и отбора монолитов вдавливанием из-за использования бурильной колонны геолого-разведочного сор­тамента диаметром 0,050 — 0,064 м. Единственный вид сква­жинных исследований, которые можно производить с этих судов, — это прессиометрия.

Технологический комплекс каждого судна состоит из бу­ровой установки, системы для проведения скважинных гео­технологических исследований (статическое зондирование и пробоотбор) и донной пенетрационной установки. Использо­вание бурового кондуктора (водоотделяющей колонны) на этих судах не предусмотрено. Привод основных буровых механизмов гидравлический, спускоподъемные операции меха­низированы.

Специализированных судов для бурения разведочных скважин на глубинах морей свыше 300 м в России в настоя­щее время нет.

Рис. 12- Буровое судно "Катамаран".

Более перспективным типом судов для бурения разведоч­ных скважин являются катамараны. По сравнению с однокорпусными судами такого же водоизмещения они имеют ряд преимуществ: более высокую остойчивость (амплитуда бортовой качки катамарана в 2—3 раза меньше, чем у одно-корпусных судов), что позволяет работать в лучших условиях при сильном волнении моря (коэффициент рабочего времени двухкорпусных судов больше, чем однокорпусных, минимум на 25 %); более удобную для работы по форме и значительно большую (на 50 %) полезную площадь палубы (поскольку ис- пользуется межкорпусное пространство), что дает возмож­ность разместить на палубе необходимое количество тяжело­го бурового оборудования; малую осадку и высокую манев­ренность (каждый корпус снабжен ходовым винтом), что способствует использованию их в условиях мелководного шельфа. Стоимость постройки однокорпусного судна со сравнимой площадью рабочей палубы на 20 — 30 % выше сто­имости судна-катамарана.

Американская фирма "Ридинг энд Бэтес" построила буро­вое судно "Катамаран", состоящее из двух барж, скреплен­ных девятью балочными фермами (рис.12). Длина судна 79,25 м, ширина 38,1 м. С него можно бурить скважины глу­биной до 6000 м при любой глубине моря. На судне установ­лены: буровая вышка высотой 43,25 м с грузоподъемной си­лой 4500 кН; ротор; двухбарабанная лебедка с приводом от двух дизелей; два буровых насоса с приводом от двух других дизелей; цементировочный агрегат; резервуары для глинисто­го раствора; восемь якорных лебедок с электроприводом от двух дизель-генераторов переменного тока мощностью по 350 кВт; жилые помещения для 110 человек.

Из буровых судов-катамаранов значительно меньших гео­метрических и энергетических параметров следует отметить отечественные катамараны "Геолог-1" и "Геолог Приморья", техническая характеристика которых приведена ниже.

"Геолог-1" "Геолог Приморья"

Водоизмещение, т.............. … 330 791

Длина, м................................ 24 35,1

Ширина, м................ .. 14 18,2

Осадка без груза, м............... 1,5 3,26

Высота надводного борта, м 1,7 4,47

Мощность дизель-генерато­ров,

кВт:

главных.................................. 2x106,7 2x22

вспомогательных.................. 2x50 2x50

Скорость хода, узлы................... 8 9

Мореходность, баллы................. 6 8

Условия работы:

удаление от берега, км.......... До 3 До 360

минимальная

глубина моря, м..................................... 2 5

волнение моря, баллы............ 3 4

Минимальная глубина моря, на которой возможно буре­ние с катамарана, определяется величиной его осадки, мак­симальная — длиной якорных тросов. Возможные глубины бурения скважин зависят от типа установленных на катама­ранах буровых установок.

Катамаран "Геолог-1" (рис.13) построен специально для инженерно-геологических изысканий в прибрежных аквато­риях Черного моря.

Рис. 13- Схема размещения основного технологического оборудования для ин­женерно-геологических исследований на судне "Геолог-1": 1, 2, 3, 4 — лебедка, копер, штанги пенетрационные, пульт управления и блок регистрации ПСПК-69 соответственно; 5 — установка буровая УГБ-50М; 6, 7, 8 — приемник, излучатель, блоки возбуждения и регистрации станции сейсмопрофилирования "Грунт" соответственно; 9 — гидробак с гидросистемой и балластом ПСПК-69; 10, 11 и 12 — корпус, насадка направ­ляющая движителя и свайное устройство судна соответственно

На катамаране смонтированы: установка УГБ-50М с электроприводом для бурения скважин глуби­ной до 30 м по породам ударным, колонковым и шнековым способами; подводная пенетрационно-каротажная станция ПСПК-69 для исследования физико-механических свойств мягких грунтов и установления литологического строения морского дна; сейсмоакустическая станция "Грунт" для не­прерывного профилирования с целью получения сведений о литологическом строении морского дна по всей зоне между опорными скважинами. В точке исследования "Геолог-1" за­крепляется четырьмя якорями, а на глубинах моря до 7 м — дополнительно двумя закольными сваями длиной по 8 м.

Несамоходные плавучие буровые установки создают, ис­пользуя в качестве основания, не предназначенные для буре­ния несамоходные суда (баржи, плашкоуты, шаланды), дере­вянные плоты или специально изготовленные для бурения металлические понтоны, катамараны и тримараны.

Из несамоходных судов чаще всего используют баржи. Из всего многообразия типов барж не все пригодны для произ­водства буровых работ на море. Наиболее удобна сухогруз­ная баржа с открывающимися в днище люками, благодаря чему буровой станок можно установить в центре баржи. Пе­ред производством работ баржу загружают балластом для придания ей большей остойчивости.

Иногда для бурения применяют две однотипные баржи, спаренные поперечными брусьями. Образуется катамаран с зазором между баржами, в котором размещается устье сква­жины. Спаривание барж позволяет применять тяжелые буро­вые установки и вести бурение в неблагоприятных гидроди­намических условиях моря.

Буровые плоты наиболее доступны в изготовлении. Тяже­лые плоты глубоко погружены в воду. Это повышает их ос­тойчивость, но увеличивает осадку и не исключает захлестывание оборудования даже небольшой волной. Со временем плоты теряют свою плавучесть, и срок службы их сравни­тельно небольшой.

Буровые металлические понтоны по водоизмещению делят на легкие площадью 30—40 м² и тяжелые площадью 60—70 м². Остойчивость понтонов невысокая, и используют их преимущественно на закрытых акваториях при волнении моря до 2 баллов.

В России при бурении на шельфе дальневосточных морей широкое применение получили катамараны типа "Амур" и тримараны типа "Приморец", представляющие собой суда маломерного флота с ограничением плавания по волновому состоянию моря до 5 баллов. Первые несамоходные. Вторые могут передвигаться самостоятельно со скоростью до 4 узлов в тихую погоду на небольшие расстояния в пределах разве­дываемой бухты. Однако их тоже относят к несамоходным, так как условия работы в подавляющем большинстве случаев вынуждают использовать для их буксировки вспомогательные суда. Указанные катамараны и тримараны разработаны СКВ АО "Дальморгеология" для бурения ударно-забивным и вра­щательным способами разведочных скважин конкретных параметров и имеют следующие технические характеристи­ки:

Катамаран Тримаран

"Амур" "Приморец"

Длина, м...................................... 13,6 18,60

Ширина, м.................................. 9,0 11,80

Высота борта, м......................... 1,5 1,85

Осадка, м.................................... 0,8 0,95

Водоизмещение, т...................... 40 65

Число и масса (кг) якорей......... 4x150 4x250

Грузоподъемная сила буро-

вой вышки, кН............................ 200 300

Параметры скважины, м:

глубина по воде.................... 25 50 глубина по породам.............. 25 50

Максимальный диаметр по

колонне обсадных труб............ 0,146/0,166 0,219/0,243

Тримаран "Приморец" — ПБУ с тремя корпусами серий­ных судов, соединенными плоским мостом из стального про­ката (рис.14, б). Ходовой двигатель и винторулевое устройство размещены в среднем корпусе, смещенном в корму от­носительно боковых. Дизель-генератор и промывочный на­сос расположены в двух параллельных боковых корпусах тримарана. На палубе в кормовой части установки находится надстройка бытовых и служебных помещений, в носовой — размещено буровое оборудование, содержащее Л-образную буровую вышку, лебедку для ударно-забивного бурения, тале­вую оснастку и лебедку для подъема труб, вращатель и ви­братор.

Рис. 14- Плавучие буровые установки АО "Дальморгеология":

а - ПБУ "Амур": 1 - якорная лебедка, 2 - рубка, 3 - буровая лебедка, 4 — буровая вышка; б — ПБУ "Приморец": 1 — надстройка, 2 — буровая вышка, 3 — буровая лебедка, 4 — талевая лебедка, 5 — вибратор, 6 — враща­тель

В палубе ПБУ "Амур" и "Приморец" имеются П-образные вырезы для отхода установки от скважины без извлечения обсадных труб на время шторма, плохой видимости или ре­монта и последующего подхода к скважине для продолжения бурения. Непотопляемость и устойчивость этих установок сохраняются при затоплении любого одного отсека.

Катамаран "Амур" — ПБУ с двумя параллельными корпу­сами серийных краболовных ботов, соединенными в верхней части плоским мостом из стального проката, образующим общую палубу (рис.14, а). Энергосиловое и вспомогательное оборудование установки расположено в корпусах катамара­на, что увеличило рабочую площадку. На палубе установлены А-образная буровая вышка, лебедка для ударно-забивного бурения, вибратор, обсадные трубы, рабочий инструмент, рубка, четыре якорные лебедки.