книги из ГПНТБ / Капустин, К. Я. Плавучие буровые установки и буровые суда

К. Я. КАПУСТИН

ПЛАВУЧИЕ

БУРОВЫЕ УСТАНОВКИ

И БУРОВЫЕ СУДА

ИЗДАТЕЛЬСТВО « НЕДР А »

Москва 1974

УДК (

ЭКЗ.^| Jr г*

ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА I

W - M 5 ¥ 9

Капустин К. Я. Плавучие буровые установки и буровые суда.

М., «Недра», 1974, с. 240.

В книге приведен актуальный материал по проблеме освоения морских нефтяных и газовых месторождений с помощью плавучих буровых установок. Рассмотрены теория, расчет и проектирование плавучих буровых установок и буровых судов, а также отдельные вопросы по автоматическим системам управления, расчетам гибких стержней и колебаниям систем.

Книга рассчитана на инженерно-технических работников кон­ структорских бюро и научно-исследовательских институтов пред­ приятий нефтяной и судостроительной промышленностей. Она может представлять интерес для специалистов, работающих в области колебаний и автоматического регулирования систем.

Табл. 17, ил. 109, список лит. -—54 назв.

В В Е Д Е Н И Е

Значительное развитие производительных сил и техники за последние десятилетия во всем мире вызвало огромный спрос почти на все виды полезных ископаемых. Но наиболее интенсив­ ные ни перед чем не останавливающиеся поиски ведутся на всех континентах для обнаружения и добычи нефти. И действительно, трудно себе представить на минуту мир машин и химию без нефти и газа — самых дешевых, универсальных и транспортабельных видов горючего и сырья.

В связи с этим понятны те усилия, которые прилагаются для поисков нефти в пустынях Сахары и ледовых просторах Аркти­ ки за сотни километров от обжитого места. Несмотря на все труд­ ности ведется разработка месторождений нефти в Закаспийских песках Небит-Дага и полуострова Мангышлак, в необжитых мес­ тах суровой Сибири и Сахалина.

В конце сороковых и начале пятидесятых годов на Каспийском море и в Мексиканском заливе было предпринято широкое наступ­ ление на морские залежи нефти, которые успешно завершились созданием морских нефтепромыслов. Морские эстакады, индиви­ дуальные и плавучие основания для бурения разведочных и эк­ сплуатационных скважин, подводные трубопроводы и парки то­ варной нефти, целые города в море — это реальность сегодняшнего дня.

Разведка и добыча нефти ведутся в настоящее время у берегов 46 стран на всех континентах как на морских акваториях, так и на внутренних озерах. Наиболее интенсивно ведется работа в Мексиканском и Персидском заливах, в Каспийском и Северном морях и на озере Моракаибо. Происходит непрерывный рост до­ бычи нефти с морских акваторий. В 1960 г. в море было добыто 60 млн. т нефти, что составило только 8% от общей добычи в

3

Площадь мирового континентального шельфа, т. е. прибреж­ ного участка моря глубиной 200 м, составляет 28,7 млн. км2, за­ пасы нефти оцениваются в 95 млрд. т.

СССР имеет шельф площадью 8 млн. км2. Уже сейчас более половины нефти Азербайджана добывается на море. Ведутся так­ же разработка месторождений нефти на восточном берегу Каспий­ ского моря, поиски газа и нефти на Черном, Азовском и. Охотском морях. Не исключено открытие месторождений нефти и газа на других морях и внутренних водохранилищах нашей страны. Из этих данных виден размах производимых на море работ по разведке и добыче нефти, видны усилия, которые прилагаются для освоения природных богатств шестого континента — моря.

Специфические условия работы в море позволили при освое­ нии нефтяных месторождений широко использовать целый флот различных передвижных сооружений, с помощью которых произ­ водятся разнообразнейшие работы при строительстве нефтепро­ мыслов. К ним относятся плавучие буровые установки и буровые суда для бурения разведочных и эксплуатационных скважин. Вследствие высокой мобильности и автономности их применение оказалось чрезвычайно эффективным, несмотря на значительную первоначальную стоимость.

Плавучие платформы могут быть использованы также в каче­ стве маяков, метеорологических станций, военных пунктов наблю­ дения и для исследований морского дна.

Об эффективности применения плавучих буровых установок (ПБУ) может служить пример плавучего основания, построенного на Каспии для структурно-поискового бурения в 1959 г. За один год эксплуатации ПБУ пробурено 22 скважины, общая проходка составила 14 тыс. м, т. е. 1200 м на станок в месяц, в то время как на стационарных индивидуальных основаниях проходка состав­ ляет 400 м на станок в месяц. Производительность труда увеличи­ лась в 3 раза. Годовая экономия составила 8 млн. руб., а метал­ ла — более 2 тыс. т, который пошел бы на постройку стационар­ ных оснований. ПБУ окупила свою первоначальную стоимость за

За рубежом для выполнения необходимого объема разведоч­ ного и эксплуатационного бурения в основном используют пере­

подобные установки; из 214 находящихся в эксплуатации единиц

4

гружные установки, 14 (24%) самоподъемные ПБУ и 6 (10%) буровые суда.

Для обеспечения флотом этих установок за рубежом (в США, Голландии, Японии, Норвегии и Франции) было признано целесо­ образным создание целой отрасли кораблестроения, позволяющей во все возрастающем количестве производить плавучие буровые агрегаты. Нефтяные фирмы проводят многолетние программы на­ учно-исследовательских и экспериментальных работ по разработ­ ке техники и технологии бурения в морских условиях, в которых участвует большое количество предприятий всех отраслей промыш­ ленности. Программа этих исследований включает в себя также работы по проекту Мохол, связанные с бурением сверхглубокой скважины на дне океана до слоя Мохоровича с целью научных изысканий строения земной коры. Стоимость только этой програм­ мы оценивается в 400 млн. долларов, к ее разработке привлечены Академия наук, университеты и крупнейшие лаборатории США. Практическое и научное значение всех этих работ трудно перео­ ценить.

Создание первых действующих плавучих буровых агрегатов относится к концу сороковых и началу пятидесятых годов, в пер­ вую очередь, в Советском Союзе и США, начавших первыми осваи­ вать морские месторождения.

К первой попытке создания передвижного основания в море относится затапливаемое передвижное деревянное основание братьев Хубецовых, построенное ими в 1937 г. на Каспийском море. Вследствие недостаточной прочности деревянного корпуса основания оно было разрушено штормом после бурения первой же скважины. В 1947 г. инженером Тарасевичем был разработан проект плавучего стального острова, который не был построен. Лишь в 1959 г. на Каспии была построена по проекту Гипроморнефти успешно действовавшая затапливаемая передвижная буро­ вая установка. Затем в начале шестидесятых годов были сооруже­ ны также ПБУ с опорными колоннами для глубокого разведочного бурения.

Первая ПБУ в США была создана в 1949 г., после чего быстро развивался флот передвижных буровых агрегатов, а к 1957 г. в строю было уже 38 ПБУ.

Первые буровые суда (БС) появились в США и в Советском Союзе почти одновременно, в начале пятидесятых годов. Перво­ начально они предназначались лишь для неглубокого структурно­ поискового бурения и геологических изысканий при строительстве гидротехнических сооружений в море. Обычно они переоборудо­ вались из различных небольших морских судов путем установки обычного бурового станка, предназначавшегося для суши. На Каспийском море для этой цели использовались спаренные кержимы, а позже переоборудовались самоходные суда типа «Багра­ тион» и буксировщики типа «Скорый» и «Казах».

5

Г Л ABA I

КЛАССИФИКАЦИЯ ПЛАВУЧИХ БУРОВЫХ АГРЕГАТОВ (ПБА)

Плавучие буровые агрегаты (ПБА) в зависимости от способа установки и удержания их на точке бурения делятся на плавучие буровые установки (ПБУ) и буровые суда (БС).

положения таких установок обеспечивается собственным весом. Такая ПБУ состоит из понтона, несущего на себе в плавучем состоянии колонны, буровое и вспомогательное оборудование. На точке бурения опорные колонны опускают на морское дно, и за­ тем понтон поднимают вверх по колоннам над уровнем моря с помощью специальных домкратов или реечно-шестеренчатых ме­ ханизмов. При этом колонны вдавливают в грунт на 4—15 м в

зависимости от его несущей способности.

Достоинствами таких установок являются большой диапазон обслуживания глубин моря и пригодность сооружений для строи­ тельства при значительных глубинах моря (80—100 м).

ной конструкции, которая несет на себе все буровое и вспомога­ тельное оборудование, плавучего понтона и системы, связываю­ щих колонн. Для установки сооружения на морское дно понтон погружают на дно, надводную конструкцию оставляют на колон­ нах над водой вне зон действия волн. При погружении понтона его остойчивость достигается следующими средствами: а) стабили­ зирующими кессонами. В этом случае по углам понтона на высоту погружения ПБУ устанавливают цилиндрические колонны большо­ го диаметра (5—8 м), связанные с понтоном и рабочей площад­ кой. Эти колонны в процессе погружения основания на дно обес­ печивают остойчивость сооружения, создавая положительную

7

метацинтрическую высоту; б) специальными понтонами с теми же задачами, что и кессоны; в) затоплением одной оконечности пон­ тона и посадки ее на грунт. В это время другая оконечность соз­ дает ватерлинию, достаточную для устойчивого равновесия ПБУ против опрокидывания. Такие ПБУ имеют выдвижные опоры, которые увеличивают глубину погружения основания.

К достоинствам ПБУ с затопляемыми понтонами относятся простота конструкции в целом и малые удельные давления на грунт (0,3—0,4 кгс/см2), что позволяет использовать эту конструк­ цию при слабых грунтах.

Рис. 1. Схема классификации плавучих буровых агрегатов.

К недостаткам следует отнести: большие размеры сооружения, особенно на глубинах моря свыше 20 м; интервал обслуживания глубины моря ограничен 10—15 м, независимо от общей глубины погружения; затруднение использования в акваториях с выходом скальных пород на поверхность и при неспокойном рельефе мор­ ского дна.

III. ПБУ на к о л о н н а х с з а т о п л я е м ы м п о н т о н о м Она состоит из нижнего понтона, верхней рабочей площадки, опорных колонн и специальной конструкции, на которую необходи­ мо выставить верхнюю рабочую площадку ПБУ над уровнем мо­ ря. Понтон на плаву несет на себе специальную конструкцию (например, ферменного типа), на которой стоит рабочая площад­ ка с поднятыми до верху опорными колоннами. Придя на точку бурения, ПБУ опускает колонны на грунт и включает устройство, защемляющее колонны в корпусе рабочей площадки. Затем пон­ тон погружают, и он по колоннам, как по направляющим, опуска­ ется на грунт, при этом колонны несколько вдавливаются в грунт

8