ОСОБЕННОСТИ БУРЕНИЯ СКВАЖИН НА МОРЕ

Разведка и разработка морских нефтяных и газовых месторождений отличается от аналогичных работ на суше. Большая сложность и специфические особенности проведения этих работ в море обусловливаются окружающей средой, инженерно-геологическими изысканиями, высокой стоимостью и уникальностью технических средств, проблемами, вызван­ными необходимостью производства работ под водой, технологией и организацией строительства и эксплуатации объектов в море и т. п.

С увеличением глубин моря резко возрастает стоимость разработки месторождений. На глубине 30 м стоимость разработки в 3 раза выше, чем на суше, на глубине 60 м - в 6 раз и на глубине 300 м - в 12 раз. В нашей стране освоение морских богатств было начато засыпкой Бибиэбатской бухты и последующим бурением с засыпанной территории. С 40-х гг. началось освоение моря с использованием металлических свай и оснований при глубине моря от 4 до 10 м. Вместо устаревшего и малоэффективного бурения со сварных оснований введены в работу стационарные платформы для бурения при глубине воды более 100 м. Широко используются плавучие буровые установки и специальные буровые суда различного водоизмещения. Несмотря на все это следует признать, что наша страна в освоении шельфа, бурении на акваториях окружающих океанов и морей серьезно отстает от ряда зарубежных стран.

Особенно большой скачок в освоении морских нефтяных и газовых месторождений произошел в области решения ряда технологических и технических задач в Северном море. Ускоренными темпами разви­ваются техника и технология глубоководного бурения и добычи нефти и газа. Если в 1965 г. рекордная глубина вод, на которой велось бурение, составляла 193 м, то в 1979 г.-1487 м, а последующие 10 лет-2086 м и более. Почти все эксплуатируемые морские месторождения разраба­тываются со стационарных платформ. Рекордная глубина установки платформы составляет 313 м. В 1970-1980 гг. в Северном море установ­лены железобетонные платформы гравитационного типа, удерживаемые на дне моря за счет большой собственной массы.

Комплекс технических средств для освоения морских нефтяных и га­зовых месторождений состоит из большого числа типов и видов уни­кальных и дорогостоящих гидротехнических сооружений, геологораз­ведочного, бурового и нефтепромыслового оборудования, систем связи, навигации и охраны окружающей среды.

§ 2. Подводное устьевое оборудование

В практике бурения скважин на море широко применяются комп­лексы подводного устьевого оборудования, устанавливаемые на мор­ском дне. Такое расположение позволяет наибольшие смещения плав - средства от центра скважины, а установленное на морском дне оборудо­вание меньше подвержено механическим повреждениям.

Комплекс подводного устьевого оборудования (ПУО) предназначен для следующего:

направления в скважину бурильного инструмента, обеспечения замк­нутой циркуляции бурового раствора, управления скважиной при буре­нии и др.;

наземного закрытия бурящейся скважины с целью предупреждения возможного выброса из скважины при аварийных ситуациях или при отсоединении буровой установки в случае больших волнений моря.

Существует несколько конструкций ПУО, обеспечивающих бурение скважин на различных глубинах моря, начиная с 50 до 1800 м и более.

Недостаток размещения ПУО на дне моря - сложность управления эксплуатации и ремонта. На рис. 15.1 в качестве примера дана схема расположения подводного комплекса устьевого оборудования на полу - погружной плавучей буровой установке (ППБУ). На палубе ППБУ-8 постоянно смонтировано следующее:

натяжные устройства 1 с направляющими роликами. 2, поддерживающие водоотделяющий стояк в постоянно натянутом состоянии и компенсирующие перемещения ППБУ относительно стояка, соединен­ного нижним концом с противовыбросовым оборудованием (ПО);

лебедки 4 с приводом для намотки и хранения многоканальных шлангов дистанционного управления ПО;

лебедки 5 для подъема и спуска многоканальных шлангов 9 и коллек­торов 11 дистанционного гидравлического управления;

главная электрическая панель бурильщика 3 для управления ПУО и мини-панель 6, гидравлическая силовая установка 7 с гидронасосами и пневмогидравлическими аккумуляторами;

манифольд регулированием дросселирования и глушении сква­жины 17;

блок противовыбросового оборудования 18;

компенсатор вертикальных перемещений бурильной колонны, подвешенный на вышке;

натяжные устройства 19, поддерживающие направляющие канаты постоянно натянутыми и компенсирующие перемещение платформы относительно подводного устьевого оборудования.

Рис. 15.1. Схема расположения двухблочного подводного комплекса устьевого оборудования на ППБУ

Подводный комплекс состоит из водоотделяющей колонны (мор­ского стояка) 10, многоканальных шлангов 9, 15 коллекторов 11, плашечных превенторов 12, опорно-направляющего основания 13, опор­ной плиты 14, направляющих канатов 16, верхней и нижней гидравли­ческих муфт, шарового соединения (углового компенсатора), телеви­зионной камеры телескопического компенсатора и других узлов.

§ 3. Некоторые особенности бурения морских нефтяных и газовых скважин

Функции бурения в условиях моря и суши эквивалентны. Однако имеются отличия, которые охватывают в основном круг вопросов, связанных с конструкцией скважин в верхней (подводной) части, забуриванием ствола скважины, оборудованием противовыбросовыми уст­ройствами устья скважины и др.

Технология бурения морских нефтяных и газовых скважин в основ­ном не отличается от бурения скважин на суше. Вместе с тем бурение скважин с буровых установок, находящихся на плаву (самоподъемные плавучие буровые установки, буровые суда, полупогружные плавучие буровые установки) во время проводки скважин, имеет некоторые особенности.

Буровое судно во время бурения перемещается относительно под­водного противовыбросового устьевого оборудования, размещенного над устьем бурящейся скважины и закрепленного на морском дне. Для компенсации вертикальных перемещений бурильной колонны между талевым блоком и крюком устанавливается специальное устройство-компенсатор вертикальных перемещений. Горизонтальные перемещения судна компенсируются специальным устройством - водоотделяющей колонной (стояком), устанавливаемым между подводным противовыбросовым оборудованием и палубой установки.

Буровая вышка испытывает дополнительные динамические нагрузки, возникающие во время качки, как при бурении, так и при переходе с оконченной бурением скважины на новую точку.

Циркуляционная система промывки скважины, очистки и приготов­ления бурового раствора выполняется закрытой и замкнутой, так как применение открытой желобной системы из-за качки затруднена.

При бурении морских нефтяных и газовых скважин, как правило, применяют комплекс механизмов для механизации и частичной авто­матизации спуско-подъемных операций. Особенность работы механиз­мов АСП на буровых установках, находящихся на плаву прежде всего связана с качкой плавучего бурового средства. Возникает необходи­мость в участии дополнительных механизмов, а именно: компенсатор вертикальных перемещений, нижний захват, нижний магазин и другие механизмы.

Выполнение спуско-подъемных операций с применением механизмов АСП при волнении моря, является сложным технологическим процес­сом. Совмещение операций свинчивания и развинчивания свечей с опе­рациями спуска и подъема бурильной колонны, требует от буровой вахты четкости и слаженности в работе.

§ 4. Обслуживание работ в море

Для обслуживания работ в море в процессе строительства и эксплуа­тации объектов нефтяных и газовых месторождений применяют плаву­чие средства различного назначения. Эти работы включают следующее:

перевозку опорных блоков и модулей верхнего строения морских стационарных платформ и установку их на месте эксплуатации;

установку подводных трубопроводов;

снабжение стационарных платформ и специальных плавсредств необ­ходимыми материалами и инструментами на всех этапах освоения месторождения;

очистку акваторий морей от загрязнения;

работы по борьбе с авариями и пожарами, которые могут возникнуть на объектах морского месторождения.

Типы плавучих средств обслуживания включают следующее:

плавучие краны и крановые суда с набором соответствующего комплекса сваебойного оборудования и оборудования для производства погрузочно-разгрузочных работ;

суда снабжения обычного типа, в том числе с ледовым подкрепле­нием;

морские буксиры; транспортные баржи; трубоукладочные баржи;

суда по борьбе с пожаром, суда по очистке акваторий от загрязнения;

другие плавсредства обслуживания (пассажирские суда по доставке обслуживающего персонала, эвакуации персонала в случае аварий);

вертолеты обслуживания объектов в море.

Выводы

Разведка и разработка морских нефтяных и газовых месторождений отличаются от аналогичных работ на суше большой стоимостью и сложностью. Комплекс технических средств для освоения морских неф­тяных и газовых месторождений состоит из большого количества типов и видов уникальных и дорогостоящих гидротехнических сооружений (стационарных платформ, буровых судов и т. д.), бурового и нефтепромыслового оборудования, систем связи, навигации и охраны окружающей среды.

При бурении с передвижных плавучих средств широко применяются комплексы подводного устьевого оборудования. Этот комплекс пред­назначен для направления в скважину бурильного инструмента и обеспе­чения замкнутой циркуляции бурового раствора.

Технология бурения морских нефтяных и газовых скважин в основ­ном не отличается от бурения скважин на суше. Вместе с тем самоплаву­чая буровая установка, буровое судно или полупогружная плавучая буровая установка во время бурения перемещаются относительно под­водного устьевого оборудования, Для компенсации вертикальных пере­мещений используется компенсатор вертикальных перемещений. Гори­зонтальные перемещения компенсируются водоотделяющей колонной (стояком). Циркуляционная система должна быть закрытой и замкнутой.

При бурении морских нефтяных и газовых скважин широко исполь­зуют комплекс механизмов для автоматизации спуско-подъемных опе­раций.

Для обслуживания работ в море применяют плавучие средства - различного назначения (плавучие краны, морские буксиры и т. п.).

Контрольные вопросы

1. Назовите основные виды гидротехнических сооружений используемых для бурения морских нефтяных и газовых скважин.

2. Расскажите об особенностях технологии бурения скважин на море.

3. Для чего применяется подводное устьевое оборудование? Расскажите из чего состоит ПУО.

4. С какими проблемами приходится сталкиваться при разведке и разработке морских нефтяных и газовых месторождений?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ознакомившись к учебником, читатель мог убедиться, что бурение нефтяной или газовой скважины является сложным процессом. Так же, как в любом другом Производстве, он может быть успешно осуществлен только при обязательном соблюдении ряда правил и положений. Какие же это правила и положения, гарантирующие успех бурения скважины? Таких правил и положений достаточно много и все они изложены в учебнике, но среди этого многообразия есть главные (их всего семь), которые следует запомнить и обязательно выполнять. Их выполнение гарантирует успех.

Первое правило. Все члены буровой бригады, особенно бурильщики, должны хорошо знать геолого-технический наряд (ГТН), особенности бурения в данном районе, геологический разрез скважины. Особое внимание должно быть обращено на интервалы возможных осложнений. При подходе к этим интервалам должны быть приняты необходимые меры, позволяющие преодолеть их с наименьшими потерями.

Второе правило. Коллектив буровой бригады, особенно его основ­ного звена-вахты, должен быть дружным и спаянным. Члены вахты должны быть совместимыми друг с другом. Если в состав вахты попадается человек, по каким-либо причинам не совместимый с осталь­ными членами вахты, его лучше перевести в другую вахту, бригаду. Процесс бурения не всегда спокойный и безобидный, возможны экстре­мальные ситуации (аварии, газовые выбросы, пожары и т.д.), при которых от буровой бригады (вахты) требуется мастерство, хладно­кровие, мужество и самоотверженность. В этих условиях взаимоотноше­ния между членами бригады (вахты) могут играть решающую роль.

Третье правило. Все члены буровой бригады (вахты), особенно бурильщики, должны быть профессионалами своего дела. Профессионализм в бурении достигается постоянными тренировками и повышением своей квалификации.

Четвертое правило. Процесс бурения в значительной мере консерва­тивен, он состоит из ряда операций, зачастую повторяющихся, которые обязательно нужно производить в определенном порядке. Отступление от этого правила в большинстве случаев приводит к осложнениям, или авариям. В этом отношении буровую вахту можно сравнить с экипажем самолета. Здесь также малейшее отступление от правил, любая само­деятельность приводит к катастрофе.

Пятое правило. Обязательная дисциплина во всем в процессе строи­тельства скважины. Малейшая расхлябанность, появление на работе в нетрезвом состоянии или после бурно проведенного дня накануне чревато серьезными последствиями. Потеря или притупление бдительности очень часто приводит к несчастным случаям, в том числе и со смертельным исходом.

Члены буровой бригады, работая на буровой, все время должны быть бдительными, малейшее отступление от общепринятых норм не должно оставаться незамеченным.

Шестое правило. Соблюдение правил техники безопасности. Каждый член буровой бригады должен уметь оказать первую медицинскую помощь пострадавшему.

Каждый член буровой бригады (вахты) должен твердо знать свои обязанности при газовом выбросе, пожаре и других экстремальных ситуациях. Задача бурового мастера - постоянно проводить учения и довести действия членов буровой бригады в этих ситуациях до полного автоматизма.

Седьмое правило. Каждый член буровой бригады (вахты) должен выполнять только то, что ему предписано должностной инструкцией. Все остальное должно выполняться только по распоряжению бурового мастера (бурильщика).

Изучая настоящий учебник читатель столкнулся с целым рядом понятий (терминов), встречающихся только при производстве бурения скважин. Таких понятий не так уж много, но их надо знать, а самое главное понимать их смысл. Ниже приводятся некоторые их этих терминов.

Бурение - процесс образования горной выработки преимущественно круглого сечения путем разрушения горных пород, главным образом, буровым инструментом (реже термическим, гидроэрозионным, взрыв­ным и другими способами) с удалением продуктов разрушения.

Скважина (нефтяная, газовая, водная и т. п.) - сооружение преиму­щественно круглого сечения, образуемое путем бурения и крепления и характеризуемое относительно малым размером площади поперечных сечений по сравнению с размером площади боковой поверхности и зара­нее заданным положением в пространстве.

Буровой инструмент - общее название механизмов и приспособлений, применяемых при бурении скважин и ликвидации аварий, возникающих в скважинах.

Ударный способ бурения - способ сооружения скважин путем разру­шения горных пород за счет ударов породоразрушающего инструмента по забою (дну) скважины.

Вращательный способ бурения-способ сооружения скважин путем разрушения горных пород за счет вращения прижатого к забою породоразрушающего инструмента (долото, коронка).

Буровой раствор (промывочная жидкость) - технологическое наиме­нование сложной многокомпонентной дисперсной системы суспензионных и аэрированных жидкостей, применяемых при промывке скважин в процессе бурения.

Обсадные трубы-трубы, предназначенные для крепления скважин, а также изоляции продуктивных горизонтов при эксплуатации нефтя­ного (газового) пласта (горизонта).

Обсадная колонна - колонна, состоящая из обсадных труб путем последовательного их свинчивания (иногда сваривания).

Затрубное пространство - в процессе бурения это пространство меж­ду стенками скважины (обсадной колонной) и наружными стенками колонны бурильных труб.

Разведочное бурение-бурение скважин с целью разведки нефтяных (газовых) месторождений. Входит в комплекс работ, позволяющего оценить промышленное значение нефтяного (газового) месторождения, выявленного на поисковом этапе, и подготовить его к разработке.

Эксплуатационное бурение бурение скважин с целью разработки :нефтяного (газового) месторождения.

Турбобур - забойный гидравлический двигатель, предназначенный для бурения скважин в различных геологических условиях.

Турбинный способ бурения - бурение скважин при помощи турбо­буров.

Электробур- буровая машина, приводимая в действие электрической энергией и сообщающая вращательное движение породоразрушающему инструменту.

Цементирование (тампонирование) скважины - закачка цементного раствора в кольцевое пространство между стенками скважины и обсад­ной колонны.

Бурильная колонна - ступенчатый полый вал, соединяющий буровое долото (породоразрушающий инструмент) с наземным оборудованием (буровой установкой) при бурении скважины.

Бурильная свеча - часть бурильной колонны, неразъемная во время спуско-подъемных операций; состоит из двух, трех или четырех буриль­ных труб, свинченных между собой.

Буровая установка - комплекс машин и механизмов, предназначенных для бурения и крепления скважин.

Буровая вышка - сооружение, устанавливаемое над буровой скважиной для спуска и подъема бурового инструмента, забойных двигателей, обсадных труб.

Буровая лебедка механизм, предназначенный для спуска и подъема колонны бурильных труб, подачи бурового долота на забой скважины, спуска обсадных труб, передачи мощности на ротор.

Талевая (полиспастовая) система буровых установок - ряд механизмов (кронблок, талевой блок, крюк или крюкоблок), преобразующих вращательное движение барабана лебедки в поступательное (вертикаль­ное) перемещение крюка.

Ротор механизм, предназначенный для передачи вращения колонне бурильных труб в процессе бурения, поддержания ее на весу при спуско-подъемных операциях и вспомогательных работах.

Вертлюг - механизм, обеспечивающий вращение бурильной колонны, подвешенной на крюке, и подачу через нее промывочной жидкости. Буровой насос-гидравлическая машина для нагнетания промывочной жидкости в буровую скважину.

Буровая платформа - установка для бурения на акваториях с целью разведки или эксплуатации минеральных ресурсов под дном моря.

Силовой привод бурения установки - комплекс машин и механизмов, предназначенных для преобразования электрической энергии или энер­гии топлива в механическую энергию.

Вибрационное сито (вибросито) - механизм для очистки бурового раствора (промывочной жидкости) от выбуренной породы и других механических .примесей.

Химические реагенты - различные химические реагенты, предназна­ченные для регулирования свойств буровых растворов (промывочной жидкости).

Ведущая бурильная труба обычно квадратного сечения, устанавли­вается наверху бурильной колонны и передает ей вращение от ротора.

Шурф для ведущей трубы - неглубокая скважина, сооружаемая рядом с ротором и предназначенная для опускания ведущей трубы во время наращивания бурильных труб в периоды, когда не бурят.

Шарошечное буровое долото - механизм, состоящий их сферических или цилиндрических шарошек, смонтированных на подшипниках качения или скольжения (или их комбинации) на цапфах секций бурового долота.

Лопастное буровое долото - представляет собой корпус с присоеди­нительной резьбой, к которому привариваются три и более лопастей.

Бурильные трубы - основная часть бурильной колонны. Бурильные трубы изготавливают бесшовными, из углеродистых или легированных сталей.

Бурильные замки (замки для бурильных труб) - соединительный эле­мент бурильных труб для свинчивания их в колонну. Бурильный замок состоит из ниппеля и муфты закрепляемых на концах бурильной трубы.

Утяжеленные бурильные трубы (УБТ) -предназначены для создания нагрузки на породоразрушающий инструмент и увеличения жесткости нижней части бурильной колонны.

Индикатор веса - прибор, при помощи которого в процессе бурения определяется осевая нагрузка на долото. Этим прибором определяется также нагрузка, действующая на крюк талевой системы.

Мы привели только основные термины, широко используемые при бурении нефтяных и газовых скважин, Специалист любого уровня, занимающийся бурением нефтяных и газовых скважин, должен свободно владеть этой терминологией.

Вот уже полтора столетия человечество занимается бурением сква­жин на нефть и газ. За этот период была достигнута максимальная глубина скважины 12000 м (Российская Федерация, Кольская сверхглу­бокая скважина). Это свидельствует об огромных технических труд­ностях, с которыми приходится сталкиваться по мере углубления в недра Земли. Та техника и технология бурения, с которой познакомился читатель в настоящем учебнике, позволяет достигнуть 15000-16000-метровую глубину. Мы надеемся, что это будет сделано уже в текущем столетии.