Самоподъемные плавучие буровые установки

Самоподъемные установки являются эффективным и надежным средством для разведочного и эксплуатационного бурения на глубинах моря до 100-120 м.

Основными конструктивными элементами этих установок являются:

– плавучий корпус (платформа), на котором располагается буровое, энергосиловое и др. оборудование;

– подъемный механизм, обеспечивающий подъем платформы над водой;

– опорные колонны, по которым осуществляется перемещение корпуса (платформы).

Эти установки имеют плавучий понтон и не менее 3-х опорных колонн. При транспортировке СПБУ на место работы (на точку бурения) опоры (ноги) подняты вверх. На точке бурения колонны опускаются вниз, касаются грунта и задавливаются в него, после чего понтон с оборудованием и с запасами (материалов, провизии и т.п.) поднимается вверх по опорным колоннам. Подъем осуществляют с помощью специальных подъемных механизмов гидравлического или электромеханического типа. При бурении понтон располагают над водой на такой высоте, чтобы в него не ударяли волны.

Самоподъемные ПБУ различаются по следующим признакам:

– количеству опорных колонн;

– форме и конструкции опорных колонн;

– форме понтона;

– конструктивному решению нижней части опорных колонн;

– типу механизма подъема;

– расположению буровой вышки.

Опорные колонны размещают обычно по углам понтона (при числе колонн от 3 до 5) или на длинных сторонах понтона при количестве 6 и более. На выбор количества опорных колонн влияет много факторов. К ним можно отнести расчетную глубину моря в районе бурения и гидрометеорологические условия эксплуатации, характер грунтов, слагающих дно моря, способ задавливания колонн в грунт и извлечение из него, общую массу поднимаемого понтона с технологическими и судовыми запасами, а также соображения стоимости и трудоемкости постройки.

Как правило, на глубинах моря до 45 м эксплуатируются СПБУ на 3-х, 4-х и 5-ти опорах; на глубинах моря свыше 60 м преобладают самоподъемные установки на 3-х опорах, количество установок с 4-мя опорами ограничивается, а установки с числом опор более 4-х не используются. На глубинах моря более 90 м применяются, в основном, установки с 3-я опорными колоннами. Если учесть, что в последнее время бурение проводится на все больших глубинах, доля 3-х опорных установок в общем количестве СПБУ имеет тенденцию к увеличению.

Самоподъемные установки с наклонными колоннами для увеличения опорной базы в рабочем (рис. 2.1) положении получили ограниченное применение ввиду сложности конструкции и возможности обеспечения устойчивости сооружения другими, более простыми решениями.

По форме и конструкции опорных колонн различают опоры цилиндрической и ферменной конструкции.

Опоры цилиндрической конструкции в основном используются на установках, эксплуатируемых на глубинах моря до 45 м. Их преимущество – меньшая трудоемкость в изготовлении по сравнению с ферменными конструкциями. Недостаток вызывают несколько большие волновые нагрузки по сравнению с ферменными, но при небольшой общей высоте сооружения эти нагрузки являются вполне допустимыми с точки зрения устойчивости СПБУ на грунте.

В диапазоне глубин 45-75 м применяются и цилиндрические и ферменные опоры. Практически все ПБУ с цилиндрическими колоннами – это 3-х опорные установки с опорой на подвижный мат. Но уже в этом диапазоне глубин доля СПБУ с ферменными опорами составляют более 50%.

На глубинах более 75 м практически все СПБУ имеют опоры ферменного типа, как обеспечивающие наименьшее значение волновых нагрузок.

Ферменные опорные колонны бывают с квадратным и треугольным сечением.

Рис. 2.1. СПБУ с наклонными колоннами

Форма понтона обычно предопределяется количеством опорных колонн: установки с четным количеством колонн имеют в плане прямоугольную форму, установки с тремя или пятью колоннами большей частью треугольные и пятиугольные. По конструктивному решению нижней части опорных колонн СПБУ можно разделить на 3 типа: закрепленные на мате, который опускается в воду вместе с колоннами; проникающие в грунт; непроникающие.

Выбор того или иного типа зависит от плотности и несущей способности грунта, на который ставится ПБУ. Для наиболее слабых грунтов применяются СПБУ с опорными матами, для наиболее плотных – с колоннами, проникающими в грунт.

Особенности эксплуатации самоподъемных плавучих буровых установок. Техника и технология бурения скважин с СПБУ существенно не отличаются от аналогичных работ, выполняемых на суше.

Особенности эксплуатации определяются двумя режимами: походным положением; стоянкой на эксплуатационной точке.

Указанные режимы эксплуатации, отличающиеся друг от друга взаимным расположением корпуса (понтона) и опорных колонн (ног) относительно поверхности воды, включают ряд морских операций: буксировку, установку на эксплуатационной точке, перевод с транспортного положения в рабочее и обратно, удифферентовку установки перед снятием с точки бурения, а также мероприятия, обеспечивающие живучесть установки и выживаемость персонала в морских условиях при авариях.

При походном положении (первый основной режим) – корпус (понтон) находится на воде в плавучем положении, а опорные колонны подняты вверх полностью.

Второй основной режим эксплуатации СПБУ – стоянка на точке бурения. Опорные колонны при этом опущены до дна моря и надежно вдавлены в него.

Корпус установки поднят над водой на высоту, достаточную для того, чтобы избежать ударов максимальных волн в днище СПБУ.

Необходимое возвышение днища корпуса над уровнем моря определяется выражением: h=0,6h_в+h_n+Dh, где h_в – высота расчетной волны. h_n – высота прилива, Dh – регламентированный зазор между гребнем волны и днищем, СПБУ (большинство зарубежных классификационных обществ устанавливает зазор 1,5 м).

СПБУ может находиться на одной точке до года, и за это время в зависимости от рельефа дна, придонных течений и структуры грунта, иногда происходит размыв грунта около опорной колонны.

Известны случаи аварий СПБУ вследствие размыва грунта под одной из опорных колонн. Поэтому необходимо постоянно следить за просадкой опорных колонн в грунт. При неравномерной просадке опорных колонн может произойти наклон корпуса установки и, вследствие этого, заклинивание корпуса СПБУ на опорных колоннах, при котором перемещение корпуса относительно колонн станет невозможным.

Кроме двух рассмотренных режимов эксплуатации представляют интерес и процесс перехода из одного рабочего состояния (на плаву) в другое (на опорных колоннах). Подъем СПБУ на опоры представляет собой один из наиболее тяжелых режимов работ. Подъем установки на колонны и опускание на воду происходит обычно при сравнительно спокойной погоде: волнение не превышает 2-3-х баллов.

Безопасность стоянки СПБУ в положении на колоннах обеспечивается “задавливанием” колонн в грунт усилием, превышающим максимальную расчетную нагрузку на одну колонну. Для 4-х опорных СПБУ усилие задавливания составляет 40-45% от веса корпуса.

У 3-х опорных СПБУ колонны задавливают принятием соответствующего количества балласта, а у 4-х опорных СПБУ путем перераспределения нагрузки от веса корпуса между колоннами: сначала одна пара диагонально расположенных колонн разгружается и нагрузка передается на вторую пару колонн, затем вторая пара разгружается и нагрузка передается на первую пару колонн.

После прекращения погружения колонн в грунт дается выдержка во времени, и при отсутствии просадки опор, корпус СПБУ поднимают на расчетную высоту над водой.

Устойчивость СПБУ в основном зависит от:

– несущей способности грунтов морского дна;

– конструкции колонн и опор, их расположения и устройства подъемных механизмов;

– гидродинамических процессов, происходящих в море на рабочей точке, где стоит буровая установка.

После окончания бурения СПБУ переводят в плавучее положение следующим образом: корпус опускают на воду с помощью спуско-подъёмных механизмов, работающих в режиме спуска корпуса. При этом, погружая корпус в воду ниже расчетной осадки, создается дополнительная сила поддержания. Она и вытаскивает колонны из грунта. Иногда для обеспечения вытаскивания колонн применяют устройства для гидроразмыва грунта.

Существенно осложняет процесс вытаскивания колонн то обстоятельство, что колонны выходят из грунта не одновременно.

Самоподъемные буровые установки по сравнению с другими типами плавучих буровых установок и судов в меньшей степени зависят от погодных условий, поскольку они опираются на грунт и не имеют перемещений, что упрощает конструкцию технологического оборудования, не требуют применения компенсаторов качки и приводит к снижению стоимости буровых работ.

К недостаткам СПБУ относятся:

– зависимость от несущей способности грунта;

– зависимость от погодных условий при транспортировке и установке на точку работ;

– ограниченная глубина моря, где возможно их использование.