Лекция № 4. Морские буровые установки. Самоподъемные буровые установки (СПБУ). Типы опорных колонн.

Плавучие буровые средства классифицируют по способу их установки над скважиной в процессе бурения, разделяя на два основных класса:

1. Опирающиеся при бурении на морское дно (относят плавучие БУ самоподъемного (СПБУ) и погружного (ПУ) типов);

2. Находящиеся при бурении и освоении в плавучем состоянии (полупогружные буровые установки (ППБУ) и буровые суда (БС)).

Самоподъемные плавучие буровые установки (СПБУ) применяют преимущественно в разведочном бурении на морских нефтяных и газовых месторождениях в акваториях с глубинами вод 30—120 м. (рис. 4).

Существует ряд конструкций и типов СПБУ. Их различают по конструкции корпуса, числу и конструкции опорных колонн и подъемных устройств. Ha определение числа опорных колонн влияет ряд факторов: глубина моря, гидрометеорологические условия, способ задавливания опорных колонн в грунт и извле­чение их из грунта, морское дно, общая масса поднимаемого корпуса, технологичность и трудоемкость изготовления и др. На больших глубинах возрастают волновые нагрузки на каждую колонну.

В целях обеспечения прочности на изгиб большой длины колонн требуется увеличение ее поперечного сечения.

 

Рис. 4 -Общая схема СПБУ

Поэтому на глубинах более 60 м в установках применяют не более четы­рех опор со значительным преобладанием установок с тремя опорами и начиная с глубины 90 м используют установки толь­ко с тремя опорами.

Установки с цилиндрическими опорами применяют на глуби­нах до 45 м (примерно 65—70%) и в диапазоне глубин 45—75м — установки с цилиндрическими и ферменными опорами, а на глубинах свыше 75м используют установки только с фер­менными опорами. Конструкции ферменных опор проектируют прямоугольной, квадратной и треугольной формы. Наиболее удачная конструкция — опора треугольного сечения. Последняя удачно вписывается в треугольную форму корпуса и имеет относительно меньшее число элементов, подверженных воздей­ствию волн. Нижние концы опор заканчиваются башмаками или общей опорной плитой, связывающей опорные колонны между собой.

Механизмы подъемных устройств применяют механические или гидравлические. В мировой практике предпочтение отдается механическим механизмам подъема. Обусловливается это прос­тотой конструкции (они менее сложны в эксплуатации) и дру­гими факторами. Механические устройства подъема, состоящие из зубчатой рейки, встроенной в конструкцию опор, установлены на корпусе шестеренчатого механизма, шестерня которого нахо­дится постоянно в зацеплении с рейкой. Привод механизма осу­ществляется от электродвигателя с редуктором или гидродви­гателя. Имеются подъемные устройства, состоящие из пары ве­дущих колес, находящихся в зацеплении с двойной зубчатой рейкой. Число пар ведущих колес может быть от двух до шести и более в зависимости от грузоподъемности подъемной системы СПБУ.

Отличительная особенность этих устройств — непрерывный подъем корпуса, при этом исключаются паузы в процессе подъ­ема платформы СПБУ. Подъем и спуск опор могут осущест­вляться одновременно и раздельно.

 

Перегон СПБУ на новую точку

Перегон СПБУ на новую точку бурения — весьма ответст­венная операция. Большинство СПБУ являются несамоходными, и для их буксировки применяют специальные буксирные суда. Различают два вида буксировки СПБУ: короткий перегон (пере­ход) с точки на точку в пределах разведываемой структуры и длительный перегон — буксировка СПБУ на дальние расстояния из одного разведанного района в другой, намечаемый к разведке, или на базу профилактического ремонта и осмотра. (Рис. 5). Коротким обычно считают такой переход, для которого требуется время не более времени гарантированного прогноза погоды (продолжи­тельность примерно до 12 ч). Перегон СПБУ более 12 ч произ­водят при благоприятном прогнозе погодных условий (ветер, волнение и пр.). Допустимые величины ветра и волнения опре­деляются проектом СПБУ.

На СПБУ при движении действуют следующие внешние силы (сопротивления):

1.Буксировочное со­противление, т. е. сопротивление находящейся в покое жидкости;

2. Сопротивление встречного ветра:

3. Сопротивление, вызванное взаимодействием волн с СПБУ.

Экспериментальными исследованиями установлено, что букси­ровочное сопротивление составляет 80% общего сопротивления воды и 20% приходится на волновое сопротивление. Незначи­тельную величину составляет сопротивление трения. Буксировоч­ное сопротивление также зависит от скорости буксировки. Воз­действие на конструкцию буксировочных и волновых сопро­тивлений исследуют на моделях в специальных бассейнах, а сопротивления ветра — обдувкой моделей в аэродинамической трубе. Буксировочное сопротивление СПБУ вследствие малой об­текаемости ее корпуса и большой парусности велико. Опасны случаи, когда СПБУ идет против ветра. Поэтому для буксировки применяют мощные буксирные суда.

Рис. 5 -СПБУ компании «Лукойл».

 

Перед буксировкой выполняют ряд мероприятий по обеспе­чению надежности и безопасности перегона установки, в част­ности подвижный портал и все грузы закрепляются, все палуб­ные отверстия и отверстия, ведущие в подпалубные помещения, должны быть задраены. На СПБУ оставляют минимальный со­став команды, который выполняет работы по буксировке и уста­новке на точку СПБУ.

До начала буксировки разрабатывают проект перегона, в котором в зависимости от расстояния, района плавания, досто­верности и долгосрочности метеопрогноза указываются скорость буксировки, число и мощность буксиров, схема их расположения и другие мероприятия по осуществлению безопасного перехода. Производятся расчеты на прочность и остойчивость установки с целью определения надежности буксировки. Особое внимание обращают на длину опорных ног. При необходимости, в целях снижения парусности, верхние секции ног снимают. В соответствии с Правилами Регистра СНГ разрывное усилие буксирного троса определяют (в кН) по формуле

, (1)

 

где — площадь лобового сопротивления погруженной части СПБУ, м ;

— скорость буксировки, указанная в свидетельстве, узлы.

Длину буксирного троса для несамоходной СПБУ опреде­ляют по формуле

. (2)

 

Здесь — характеристика для выбора якорного снабжения:

 

. (3)

 

где — объемное водоизмещение, принятое при осадке до центра знака грузовой марки, м³; А — суммарная площадь проекции конструкций, возвышающихся над ватерлинией, про­ходящей через центр знака грузовой марки на плоскость, нор­мальную к горизонтальной проекции якорной линии, м²; — коэффициент, учитывающий форму корпуса ( для ПБУ с понтоном прямоугольной формы, для ПБУ с понтоном катамаранного типа и других подобных типов); — коэффи­циент, учитывающий волновое воздействие; — коэффициент, учитывающий ветровые условия якорной стоянки, принимают в соответствии с Правилами Регистра СНГ.

Коэффициенты..................

ПБУ, работающие:

в открытом море............ 1,2 2,1

в закрытых морях.......... 1,1 1,8

 

В мировой практике для транспортирования СПБУ приме­няют специальные транспортные суда. Например, СПБУ «Го­рилла 11» массой 18 тыс. т и высотой опорных колонн 154 м транспортировали из Сингапура до Роттердама на судне «Майнти сервант 3» грузоподъемностью 25. тыс. т. с размером палубы 180 140 м.