Буровые установки глубокого бурения. Буровые установки глубокого бурения
 Скачать 354.7 Kb.
|
|
Морские буровые установки В отличие от бурения на суше функциональная схема бурения морской скважины осложняется наличием толщи воды между устьем скважины и буровой установкой. Выделяют следующие способы бурения скважин на акваториях: с морских стационарных платформ; гравитационных морских стационарных платформ; самоподъемных буровых установок; полупогружных буровых установок; буровых судов. Морская стационарная платформа -- это буровое основание, опирающееся на дно акватории и возвышающееся над уровнем моря. Так как по окончании эксплуатации скважины МСП остается на месте сооружения, то схемой бурения морской скважины в отли-чие от схемы строительства наземной скважины предусмотрено на-личие водоотделяющей колонны, изолирующей скважину от толщи воды и соединяющей подводное устье с буровой площадкой мор-ской стационарной платформы. Устьевое оборудование (превенторы, головки обсадных колонн, устройство для отвода промывочной жидкости из скважины в системы очистки) монтируется также на МСП. Для буксировки платформы к месту строительства скважины требуется четыре или пять буксиров. Обычно в буксировке МСП участвуют и другие вспомогательные суда (портовые тягачи, суда сопровождения и т.п.).В хорошую погоду средняя скорость букси-ровки составляет 1,5 - 2,0 уз/ч. Гравитационная морская стационарная платформа -- буро-вое основание, изготовленное из железобетона и стали. Она строится в глубоководных заливах и затем с помощью буксиров доставля-ется на точку бурения эксплуатационных и разведочных скважин. ГМСП предназначена не только для бурения скважин, но и для добычи и хранения нефти до отправки ее танкерами к месту пере-работки. Платформа обладает большим весом, поэтому для удер-жания ее на точке бурения не требуется дополнительных устройств. После разработки месторождения производится консервация всех скважин, отсоединение установки от устьев скважин, отрыв ее от морского дна и транспортировка на новую точку в пределах данной площади или в другой регион бурения и добычи нефти и газа. В этом заключается преимущество ГМСП перед МСП, кото-рая после разработки месторождения остается в море навсегда. Самоподъемная плавучая буровая установка обладает дос-таточным запасом плавучести, что имеет большое значение для ее транспортировки на точку бурения вместе с буровым оборудовани-ем, инструментом и необходимым запасом расходных материалов. На месте бурения с помощью специальных подъемных механизмов и опор устанавливают СПБУ на морское дно. Корпус установки поднимают над уровнем моря на недосягаемую для морских волн высоту. По способу монтажа превенторных устройств и способу соединения буровой площадки с подводным устьем скважины СПБУ аналогична МСП. Для обеспечения надежности эксплуатации сква-жины обсадные колонны подвешивают под столом ротора. По за-вершении бурения и после освоения разведочной скважины уста-навливают ликвидационные мосты и все обсадные колонны обрезают ниже уровня дна моря. Полупогружная плавучая буровая установка состоит из кор-пуса, который включает в себя собственно буровую площадку с оборудованием и понтоны, соединенные с площадкой стабилизи-рующими колоннами. В рабочем положении на точке бурения пон-тоны заполняются расчетным количеством морской воды и погру-жаются на расчетную глубину под воду; при этом действие волн на платформу уменьшается. Так как ППБУ подвержена качке, то жесткое соединение ее с подводным устьем скважины с помощью водоотделяющей колонны (райзера) невозможно. Поэтому для предотвращения разрушения связки устье -- ППБУ в составе водоотделяющей колонны предусмотрены телескопическое соединение с герметизирующим узлом и герметичные шарнирные соединения ВОК. с плавсредством и подводным устьевым противовыбросовым оборудованием Герметичность подвижных элементов водоотделя-ющей колонны должна обеспечивать изоляцию скважины от мор-ской воды и безопасность работ при допустимых условиях эксплуа-тации. На точку бурения ППБУ доставляют с помощью буксирных су-дов и удерживают на ней якорной системой в течение всего периода бурения и испытания скважины. По окончании ее строительства ППБУ снимают с точки бурения и перегоняют на новое место При строительстве глубоких морских нефтяных и газовых сква-жин используется буровое судно, на котором смонтировано все бу-ровое и вспомогательное оборудование и находится необходимый запас расходного материала Па точку бурения БС идет своим хо-дом; его скорость достигает 13 уз/ч (24 км/ч). Над точкой бурения судно удерживается с помощью динамической системы позицирования, которая включает в себя пять подруливающих винтов и два ходовых винта, постоянно находящихся в работе Противовыбросовое подводное оборудование устанавливается на морское дно после постановки БС на точку бурения, оно связано с устьем скважины с помощью водоотделяющей колонны с дивертором, двух шарнирных соединений и телескопического соединения для компенсации вертикальных и горизонтальных перемещений бурового судна в процессе строительства скважины. Основным фактором, влияющим на выбор типа плавучих бу-ровых средств, является глубина моря на месте бурения. До 1970 г самоподъемные буровые установки использовались для бурения скважин при глубинах 15--75 м, в настоящее время -- до 120 м и более Плавучие установки полупогружного типа с якорной сис-темой удержания над устьем бурящейся скважины применяются для производства геологоразведочных работ при глубинах аквато-рий до 200--300 м и более. Буровые суда, благодаря более высокой маневренности и ско-рости перемещения, большей автономности по сравнению с ППБУ, используются при бурении поисковых и разведочных скважин в отдаленных районах при глубинах акваторий до 1500 м и более. Имеющиеся на судах большие запасы расходных материалов, рас-считанные на 100 дней работы установки, обеспечивают успешное бурение скважин, а большая скорость передвижения судна -- быст-рую их перебазировку с пробуренной скважины на новую точку В отличие от ППБУ для БС имеются большие ограничения в работе в зависимости от волнения моря Так, при бурении вертикаль-ная качка буровых судов допускается до 3,6 м, а для ППБУ -- до 5 м. Так как ППБУ обладает большей остойчивостью (за счет погружения нижних понтонов на расчетную глубину) по сравне-нию с буровыми судами, то вертикальная качка ППБУ составляет 20--30 % от высоты волны. Таким образом, бурение скважин с ППБУ осуществляют при значительно большем волнении моря, чем при бурении с БС. К недостаткам полупогружной плавучей буровой установки можно отнести малую скорость передвижения с пробу-ренной скважины на новую точку. В мировой практике бурения большое значение уделяется вопросам классификации ПБС. По способу установки над скважи-ной в процессе бурения их подразделяют: на опирающиеся при бурении на морское дно (плавучие буровые установки самоподъемного и погружного типов); производящие бурение в плавучем состоянии (полупогружные буровые установки и буровые суда) Самоподъемные плавучие буровые установки имеют большой корпус, запас плавучести которого обеспечивает буксировку уста-новки к месту работы вместе с технологическим оборудованием, инструментом и необходимым запасом расходных материалов. При буксировке СПБУ опоры подняты, а на точке бурения они опуска-ются на дно и залавливаются в грунт. По этим опорам корпус установки поднимается на расчетную высоту над уровнем моря. Оборудование и инструмент для бурения скважин При бурении вращательным способом, как и сверлении отве стия в любом материале, необходимо, чтобы разрушающему и струменту (долоту, коронке, сверлу и т. п.) передавалось, во-пеп вых, вращательное движение, во-вторых, нагрузка, обеспечива ющая достаточный нажим на разрушаемый материал, а также бцщ созданы условия для удаления разрушенных частиц вещества (по-роды). Исходя из этого применяют оборудование для бурения сква-жин, состоящее из ротора, вертлюга с буровым шлангом, буровых насосов и силового привода. В случае если долота приводятся во вращение не с поверхности земли, а непосредственно на забое кроме перечисленного оборудования используют гидравлические забойные двигатели или электробуры. Роторы применяют для передачи вращения колонне бурильных труб в процессе бурения, поддержания ее на весу при спускоподъёмных операциях и вспомогательных работах. Ротор -- это редуктор передающий вращение вертикально подвешенной колоне от горизонтального вала трансмиссии (табл. 2.10). Станина ротора воспринимает и передает на основание все нагрузки возникающие в процессе бурения и при спускоподъемных операциях. Внутренняя полость станины представляет собой масляную ванну. На внешнем конце вала ротора, на шпонке, может цепное колесо или полумуфта карданного вала. Стол ротора 1 подшипниках качения. При отвинчивании долота или для предупреждения вращения бурильной колонны от действия неактивного момента ротор застопоривают защелкой или стопор-ным механизмом. При передаче вращения ротору от двигателя через лебедку ско-рость вращения ротора изменяют при помощи передаточных меха-низмов лебедки или же путем смены цепных колес. Чтобы не свя-зывать работу лебедки с работой ротора, в ряде случаев при ротор-ном бурении применяют индивидуальный, т. е. не связанный с ле-бедкой, привод к ротору. Вертлюг применяют для соединения талевой системы с буриль-ной колонной. Он обеспечивает, во-первых, вращение бурильной колонны, подвешенной на крюке, и, во-вторых, подачу через нее промывочной жидкости (табл. 2.11). Все вертлюги имеют принципиально общую конструкцию. Верт-люг состоит из двух узлов -- системы вращающихся и невраща-ющихся деталей. Невращающуюся часть вертлюга подвешивают к подъемному крюку, а к вращающейся части вертлюга подвеши-вают бурильную колонну. Для соединения с бурильным инструментом на нижний конец ствола вертлюга навинчивается переводник с левой резьбой. Пода-ча промывочной жидкости от неподвижной нагнетательной ли-нии к вертлюгу и далее к вращающимся бурильным трубам осуще-ствляется при помощи гибкого резинового шланга (рукава). Буровой шланг состоит из внутреннего резинового слоя, не-скольких слоев прокладок из прорезиненной ткани с соответствен-ным числом промежуточных слоев резины, металлических плете-нок и наружного слоя резины (рис. 2.10). В настоящее время применяют буровые шланги, рассчитанные на давление 32, 25, 20, 16 и 10 МПа. Буровые шланги выпускаются длиной от 10 до 18 м с условными внутренними диаметрами 63, 80 и 100 мм. Для очень высоких давлений используют металлические шланги, состоящие из отдельных секций, шарнирно соединенных друг с другом. В последнее время за рубежом, особенно при бурении на море, используются силовые вертлюги (верхний вращатель). Верхний вращатель бурильной колонны уже давно используется при бурении мелких скважин малого диаметра с передвижных буровых установок, где он установлен на подвижной траверсе, которая перемещается по вертикали при помощи гидроцилиндров. При бурении скважин на нефть и газ силовой вертлюг выполняет функции крюка, вертлюга, ротора, механических ключей. При его пользовании не нужна бурильная ведущая труба и шурф под нее, а также намного облегчается труд помощника бурильщика, поскольку элеватор механически подается в необходимую позицию. Вместо наращиваний одиночками можно наращивать бурильную колонну трёхтрубными свечами. Основной недостаток существующих конструкций силовых вертлюгов - высокая стоимость. Они пока не нашли применения в нашей стране, да и за рубежом они используются не часто, главным образом при бурении скважин с морских оснований и горизонтальных скважин. Вместе с тем нельзя не отметить, что это перспективный механизм, который со временем займет достой-ное место в буровой технике. При бурении осуществляется промывка скважины при помощи буровых насосов. Буровые насосы предназначены для подачи под давлением промывочной жидкости в скважину. Для бурения ис-пользуются только горизонтальные приводные двух- и трехцилин-дровые поршневые насосы (рис. 2.1 1). При вращении вала 7с криво-шипом 6 шатун 5, совершая колебательное движение, приводит в движение крейцкопф 4, двужущийся возвратно-поступательно в прямолинейном направлении, и связанный с ним при помощи штока 3 поршень 12, который совершает движение внутри цилин-дра 2. Всасывающие клапаны 11 соединены при помощи всасыва-ющего трубопровода 8, снабженного фильтром 9, с приемным чаном 10. Нагнетательные клапаны 13 соединены с нагреватель-ным компенсатором 1 и напорной линией 14. При движении поршня вправо в левой части цилиндра создается разряжение, под давле-нием атмосферы жидкость из приемного чана 10 поднимается по всасывающему трубопроводу 8, открывает левый всасывающий кла-пан 11 и поступает в цилиндр насоса. В то же время в правой поло-сти цилиндра жидкость нагнетается (вытесняется) в напорную линию через правый нагнетательный клапан 13. Левый нагнета-тельный клапан 13 и правый всасывающий 11 при этом закрыты. При обратном движении поршня всасывание происходит в правой полости цилиндра, а нагнетание -- в левой. Таким образом, при передвижении поршня в какую-либо сторону в одной половине Цилиндра происходит всасывание, а в другой -- нагнетание жид-кости, т. е. наблюдается двойное действие насоса. Достаточно широко применяются трехцилиндровые (трехпоршневые) буровые насосы одностороннего действия. К основным отличиям и особенностям буровых насосов этого типа относятся: наличие трех цилиндропоршневых пар одностороннего действия; повышенные линейные скорости поршней (число ходов в единицу времени) и связанная с этим необходимость установки во всасывающей трубе подпорного насоса; значительно меньшая степень неравномерности подачи жидкости и улучшенные динамические характеристики работы приводной и гидравлических частей. 7 Методы ликвидации ГНВП Существует два метода: метод уравновешенного пластового давления При ликвидации проявления первым методом забойное давление поддерживается несколько выше пластового на протяжении всего процесса. При этом поступление флюида прекратится вплоть до полного глушения. Существует четыре способа осуществления этого метода: способ непрерывного глушения скважины: процесс вымыва и глушения начинают вести сразу на растворе с плотностью, необходимой для выполнения условия - Рзаб > Рпласт. При этом способе в скважине возникают наиболее низкие давления, следовательно, он наиболее безопасен. Однако для его осуществления необходимо иметь достаточный запас утяжелителя и средств быстрого приготовления раствора на буровой. Способ ожидания утяжеления: после обнаружения проявления закрывают скважину и приступают к приготовлению раствора необходимой плотности и требуемого объема. Во время приготовления раствора держат постоянным давление в бурильных трубах, что обеспечивает постоянное пластовое давление при всплытии пачки флюида. Недостатком этого метода является необходимость правильного регулирования давления всплывающей пачки флюида, т. е. чтобы давления не превысили допускаемых оборудованием, а также возможен прихват бурильного инструмента, так как скважина остается без циркуляции. Преимущество этого способа над предыдущим заключается в том, что мы можем приготовить раствор одинаковой плотности, а также при этом способе будут возникать наименьшие максимальные давления, так как когда газ еще не подошел к устью и тяжелый раствор начал заполнять КЗП, мы все больше и больше приоткрываем штуцер, следовательно, газовая пачка больше растягивается и теряет давление при подходе к устью. Способ двухстадийного глушения скважины. На первой стадии производится вымыв флюида из скважины на том же растворе, на котором получили проявление. Одновременно приступают к заготовке раствора с плотностью, необходимой для глушения скважины. На второй стадии глушения производят закачку в скважину утяжеленного раствора. Этот способ проще двух предыдущих, относительно безопасен, но при его осуществлении создаются наиболее высокие давления в скважине. Двухстадийный растянутый способ. На первой стадии с противодавлением ведут вымыв поступившего флюида скважины на том же растворе, на котором получили проявление. После вымыва пластового флюида, не прекращая циркуляции, увеличивают плотность циркулирующего раствора до требуемой плотности и тем самым производят глушение проявляющего пласта. Этот способ применяют при отсутствии нужных для приготовления раствора емкостей. метод ступенчатого глушения скважины К использованию этого метода прибегают тогда, когда при использование предыдущих методов возникают давления, превышающие допускаемые давления на устье. 8. Консервация морских скважин. Скважины, находящиеся в стадии строительства (бурения или испытания), могут быть временно законсервированы по ряду при-чин. Например, дальнейшее проведение буровых работ с ПБУ не-возможно из-за наличия подвижных ледовых полей, вследствие за-мерзания акваторий, при волнении моря, превышающем допустимые значения. Консервация скважин может быть обусловлена эко-номической целесообразностью перевода ПБУ с одного района ра-бот на другие площади шельфа, где возможно выполнение опреде-ленного объема работ по бурению с последующей консервацией ствола скважины. Все работы, связанные с консервацией ствола скважины, долж-ны выполняться с учетом требований, изложенных ниже. Это позволит сократить время и материально-технические средства и, со-ответственно, повысить технико-экономические показатели буровых работ. Консервация скважин, законченных строительством. Консервации подлежат параметрические, поисковые, разве-дочные, эксплуатационные и нагнетательные скважины, если их ввод в эксплуатацию невозможен в течение одного месяца по окон-чании испытания, а также действующие скважины при необходи-мости вывода их из эксплуатации. Скважины, подлежащие консер-вации, должны быть герметичными и не должны иметь перетоков пластовых флюидов. Для разведочных скважин, содержащих в своей продукции (флюиде) агрессивные компоненты (например, сероводород), Сроки и порядок консервации в каждом конкретном случае устанавлива-ются геологической службой производственного объединения по согласованию с органами Госгортехнадзора. Консервация скважин и продление сроков консервации оформ-ляются актом установленной формы. Акты на консервацию сква-жин на срок до трех месяцев утверждаются генеральным директо-ром производственного объединения. Консервация скважин на срок более трех месяцев также про-изводится по согласованию с органами Госгортехнадзора и утверж-дается генеральным директором производственного объединения. Срок консервации эксплуатационных и нагнетательных сква-жин - два года; при необходимости производственное объединение может его продлить. Общий срок консервации скважин определяется руководством производственного объединения исходя из технологической необхо-димости и технического состояния скважин. В тех случаях, когда общий срок консервации составляет бо-лее двух лет, акты на консервацию скважины могут оформляться сразу на весь срок при положительном заключении органов Гос-гортехнадзора, после чего они должны утверждаться генеральным директором производственного объединения. Если в продукции скважины имеются агрессивные компоненты (сероводород и др.), необходимо предусмотреть дополнительные меры по коррозионной защите обсадной колонны и оборудования устья скважины, а также обеспечить сохранность цементных мостов и цемент-ного камня в заколонном пространстве в период консервации. Ответственность за качественное выполнение работ по консер-вации скважины возлагается на руководство ПБУ, за учет, надле-жащее содержание законсервированных скважин и их сохранность на весь период консервации -- на руководство производственного объединения. Установка цементных мостов и их испытание должны произ-водиться в соответствии с существующими положениями в присут-ствии представителя АВО. В период консервации осуществляется проверка технического состояния устья скважины. Периодичность проверки -- не реже одного раза (при необходимости и более) в год согласно графику, составленному производственным отделом объединения. В законсервированных скважинах, флюид которых содержит агрессивные компоненты (например, сероводород), осуществляется проверка устья на герметичность и отсутствие перетоков на нем. Периодичность проверки - не реже двух раз (при необходимости и более) в год согласно графику проверки. В случае обнаружения негерметичности устья скважины и заколонных перетоков производятся работы по их устранению в соответствии с планом, согласованным с военизированным отря-дом по предупреждению возникновения и ликвидации открытых газовых и нефтяных фонтанов. |