Превенторные установки для моря

Выкидные линии от подводного противовыбросового оборудования (глушения и дросселирования) имеют сложную конструкцию и разветвления. Выше уровня моря линия дросселирования соединяется с линией глушения. Фирмой разработана типовая схема манифольда для подводного расположения противовыбросового оборудования. Линия глушения подключена к насосам высокого давления и к буровым насосам. Линия дросселирования заканчивается отводами на сепаратор и на факел. Линия глушения соединена с линией дросселирования. В обвязке предусмотрен регулируемый дроссель.

История создания отечественных превенторных установок для моря

 

Для обеспечения безопасности бурения в случае нефтяных и газовых проявлений опускается блок превенторов (оборудование противовыбросовое), морской стояк с телескопическим компенсатором и дивертором (отводом). Это оборудование, герметически соединенное с головкой колонны труб, позволяет бурильному инструменту свободно проходить до забоя и выносить промывочную жидкость вместе с разбуренными частичками породы на платформу, не загрязняя море. Так как буровая платформа в процессе бурения подвергается вертикальным и горизонтальным смещениям относительно устья скважины, внезапным волнениям моря и другим гидрометеорологическим факторам, предусмотрены компенсаторы угловых и вертикальных перемещений. Для сохранения устойчивости морского стояка применяется система натяжения, создающая растягивающее усилие между платформой и стояком.

Управление исполнительными  механизмами подводного устьевого оборудования дистанционное — гидравлическое через многоканальный и одинарные шланги. Некоторые устройства, от которых зависят надежность и безотказность комплекса, дублированы. Комплекс имеет телевизионный контроль подводного оборудования. В случае отказа гидравлического управления предусмотрено аварийное акустическое управление подводно-устьевым оборудованием. При особо аварийных ситуациях, когда ППБУ должна быть переведена на безопасное место, предусмотрены срезание бурильной трубы и герметизация устья скважины. Бурение морских скважин при помощи плавучих полупогружных буровых установок — очень трудное и опасное дело, как показывает зарубежный опыт, иногда приводящее к аварии и человеческим жертвам.

В начале семидесятых  годов произошло некоторое «потепление» политического климата между  СССР и США, что привело к частичному улучшению торговых отношений. Для освоения морских нефтяных месторождений Каспийского глубоководья Министерство нефтяной промышленности СССР обратилось в Правительство с просьбой приобрести в США плавучие полупогружные буровые установки для бурения скважин глубиной до 6 тыс. м при глубине моря до 200 м. Разрешение было получено. Затем Совет министров СССР поручил соответствующим министерствам подготовить предложения по организации производства ППБУ на заводах страны. «Баррикадцы» одними из первых получили задание проработать вопрос об изготовлении наиболее сложной части ППБУ — комплекса подводного устьевого оборудования (ПУО), который изготавливался только фирмами США. Узнав о возможности заключения многомиллионного контракта (каждый комплект ППБУ стоит около 100 млн долларов), американцы поспешили в Москву предлагать свои услуги. В Министерстве нефтяной промышленности начались переговоры. Конкурирующие фирмы США на переговорах знакомили советских специалистов с конструкцией комплекса подводного устьевого оборудования как наиболее сложной частью ППБУ, от которой главным образом зависел успех бурения скважин в море. Этими фирмами организовывались различные симпозиумы с демонстрацией слайдов и короткометражных фильмов. Не было недостатка и в информационных материалах - каталогах, спецификациях, различных технических предложениях и т.д. Участие представителя завода «Баррикады» и других специалистов министерств на переговорах способствовало лучшему пониманию проблемы создания подводного устьевого оборудования. Все это позволило сформировать свое мнение руководству завода «Баррикады» и Министерству по вопросам проектирования и изготовления комплекса подводного устьевого оборудования. Было учтено, что ведущим фирмам США для того, чтобы создать первый промышленный образец комплекса подводного устьевого оборудования, потребовалось около 25 лет упорной работы, а в дальнейшем непрерывно усовершенствовать его конструкцию. Опыт американских ученых и специалистов было решено максимально использовать, считать целесообразным приобретение лицензионной технической документации на комплекс подводно-устьевого бурения, что позволит заложить в проект проверенные технические решения и значительно сократить сроки его освоения. Одновременно с закупкой лицензионной технической документации на ПУО приобрести и необходимое технологическое оборудование — специальное металлорежущее (обрабатывающие центры, станки с программным управлением, инструмент). Совет министров СССР одобрил эти предложения, которые нашли свое отражение в постановлении №589 от 19 июня 1974 года. В 1975 году для подготовки кадров и развертывания конструкторских работ по созданию подводного устьевого оборудования в СКБ БО были организованы четыре специальных конструкторских бюро. В 1977 году, учитывая специфику и большой объем работ комплекса, было решено на базе этих КБ создать самостоятельное конструкторское подразделение — специальное конструкторское бюро — СКБ.

Завершились переговоры между внешнеторговыми организациями  СССР и фирмами США о закупке  плавучих полупогружных буровых установок. Отдельным контрактом № 34-05/70 615-422 от 26 января 1977 года, заключенным между Всесоюзным импортным объединением «Автопромимпорт» и корпорацией США «Армако Интернешнл, ИНК», предусматривалась закупка технического оборудования и лицензионной технической документации на подводно-устьевое оборудование. Лицензионную техническую документацию представляли три фирмы США: «Армако», «Ракер» и «Стюарт энд Стивенсон». Общая стоимость лицензионной технической документации составила 16 526 тыс. долларов.

Подводно-устьевое оборудование создавалось в СССР впервые, поэтому  возникло множество конструкторских, технологических, производственных, научно-исследовательских проблем, для решения которых была необходима глубокая предварительная проработка проектов. Было решено разработать (с использованием лицензионной документации) эскизно-технический, а затем технический проект комплекса подводного устьевого оборудования, условно названного «Поиск». В разработке технологии изготовления на всех стадиях проектирования активное участие принимал Пермский научно-исследовательский институт (ПНИТИ). В 1977 году СКБ завершило разработку эскизно-технического проекта комплекса «Поиск», в основу которого была принята лицензионная техническая документация. Ряд узлов пришлось разрабатывать без помощи лицензионной технической документации, так как их приобретение не было предусмотрено контрактом. Учитывая высокие требования, предъявленные к создаваемым конструкциям в части их надежности и предупреждения загрязнения окружающей среды, проектом был определен состав необходимого специального стендового оборудования для всесторонних испытаний узлов и деталей «Поиска». Во втором квартале 1978 года был разработан технический проект. Параллельно с его разработкой выпускалась и выдавалась в производство рабочая документация, разрабатывалась методика расчета элементов комплекса. Была также начата экспериментально-исследовательская работа с привлечением специализированных институтов и проектных организаций.

К исследовательским  работам по комплексу «Поиск» были привлечены около 60 научно-исследовательских институтов и ведущих учебных заведений. К выполнению проекта были подключены и соисполнители: Азербайджанский институт нефтяного машиностроения «Азинмаш», Азербайджанский научно-исследовательский электротехнический институт — АзНИЭТИ, Всесоюзный научно-исследовательский институт по электроприводу — ВНИИ-электропривод (Москва), Всесоюзный научно-исследовательский институт взрывобезопасного электрооборудования — ВНИИВЭ (Донецк), Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт резиновой промышленности - ВНИКТИРП (Москва) и его филиал в Волжском, Ленинградское научно-производственное объединение «Морфизприбор», Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики — ЦНИИАГ (Москва), Центральное проектно-конструкторское бюро — ЦПБК «Теплоприбор» (Казань), Центральный научно-исследовательский институт материалов — ЦНИИМ (Москва), научно-производственное объединение «Пластополимер» (Ленинград).

В процессе разработки технологического проекта проводились экспериментальные  исследования по отдельным проблемам, в частности, по макетированию электрических схем, по отдельным узлам системы управления. Была проведена проверка на взрывобезопасность элементов пульта, проверены также действия гидропневмоаккумуляторов и насосов прямого действия. В целом разработка технического и технологического проектов позволила конструкторам критически оценить различные аналоги, а во многих случаях разработать свои оригинальные схемы и конструкции. Достаточно сказать, что в рабочий проект были внедрены 60 изобретений. При подготовке рабочей документации на «Поиск» были учтены результаты исследовательских работ и испытаний. Для блока превенторов металлурги завода сварили специальную сталь, способную выдерживать высокое давление (до 1 ООО атм.) и обладающую антикоррозийной стойкостью в морской среде. Испытывались пневмогидравлические аккумуляторы в различных давлениях, температуре, определялось влияние азота и жидкости на резину. Всесторонне была испытана акустическая система управления. Исследовательские работы и заводские стендовые испытания способствовали созданию надежных конструкций.

В 1979 году завершили разработку и выдали в производство конструкторскую документацию. Для изготовления и поставки комплектующих изделий были подключены предприятия двенадцати министерств. Опытный образец комплекса «Поиск» был изготовлен в 1982 году. В 1983 году «Поиск» прошел промышленные испытания в составе плавучей полупогружной буровой установки «Шельф-2» в акватории Каспийского моря. Шеф-монтажники завода отлаживали механизмы и системы управления, при этом были выявлены в них отдельные случаи отказов, но в целом после наладки и внесения поправок весь комплекс «Поиск» функционировал нормально. Одновременно с монтажными работами заводские специалисты обучали буровиков—обслуживающий персонал—правилам эксплуатации комплексов, знакомили их с конструкцией «Поиска» и его ремонтом.

В 1985 году Государственная  приемочная комиссия приняла подводное устьевое оборудование «Поиск» к серийному производству с рекомендацией о присвоении ему высшей категории качества. После внесения в техническую документацию необходимых поправок, выявленных при монтаже и эксплуатации комплекса, «Поиск» был запущен в серийное производство. Второй комплекс «Поиск» был изготовлен в 1984 году и отгружен в Выборг для монтажа на полупогружную плавучую буровую установку «Шельф-4». В настоящее время она бурит скважины в Баренцевом море.

Изготовленные в 1986—1987 годах (по одному комплекту в год) комплексы «Поиска» были отгружены в Выборг и затем установлены на «Шельфе-6» и «Шель- фе-8». После бурения двух скважин у острова Сахалин «Шельф-6» был отправлен во Вьетнам для разведки нефтяных месторождений вдоль Индокитайского полуострова. «Шельф-8» бурит разведочные скважины в Балтийском море недалеко от Калининграда.

Известные положительные  изменения, происшедшие в международной политике нашего государства, привели к конверсии военной промышленности. В значительной степени это коснулось и производственного объединения «Баррикады», которому в связи с этим переданы из Волгоградского завода буровой техники проектирование и изготовление подводного устьевого оборудования в полном объеме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обвязка устья  скважины на примере объединения КАСПМОРНЕФТЬ

Проводка скважин осуществляется со стационарных морских платформ и  приэстакадных площадок, расположенных  выше уровня моря на 8—10 м, вследствие этого выкидные линии и противовыбросовое оборудование монтируют на второй площадке. Вторая площадка предназначена для обслуживания противовыбросового оборудования и устроена на 4,8—6,0 м ниже первой основной площадки. Ниже второй буровой площадки сооружается третья площадка для обслуживания колонной головки и ее выкидов.

В процессе проектирования и бурения разведочных и эксплуатационных скважин на устье промежуточных колонн предусматриваются два плашечных превентора ППГ-307Х320 и один универсальный по схеме 2 ГОСТ 13862—75.

При сборке противовыбросового оборудования с тремя превенторами по схеме 2 на промежуточной колонне морских скважин с приэстакадной площадки и стационарной платформы высота от второй площадки до основной буровой площадки не изменяется (6 м). Вместо катушки длиной 2300 мм устанавливают две катушки длиной по 400 мм под универсальным превентором и над ним. На морской стационарной платформе противовыбросовое оборудование размещают по схеме 2. Расстояние между опорами выкидных линий 4—5 м. Штурвалы ручного управления превенторами выводятся в легкодоступное место за пределы постамента под буровую вышку, на расстояние не менее чем 5 м от устья скважины, а пульт дистанционного гидравлического управления — не менее чем на 10 м в сторону жилого блока.

 

Обвязка устья  на промежуточной колонне морских эксплуатационных и разведочных скважин:

1 — разъемный желоб; 2 — универсальный превентор; 3 —плашечный превентор с гидроприводом; 4 — фланцевая катушка; 5 — устьевая крестовина; 6— клапан; 7 — гидроприводная прямоточная заднпжка;8 - катушка под устьевую крестовину; 9 — промежуточная колонная головка; 10 — нижняя колонная головка; 11— направление; 12— кондуктор; 13—промежуточная колонна; 14— катушки; 15— тройник; 16— фланец-патрубок под быстросменную гайку; 17 — прямоточные задвижки; 18 — быстросменный дроссель; 19— установка гидравлического управления; 20 — запорное устройство и разделитель к манометру; 21 — манометр; 22 — регулируемый дроссель; 23 — крестовина; 24 — буфер; 25 —отбойная камера-дегазатор; 26— ротор УР-560 с пневмоклиновым захватом ПКР-Ш8; 27 — линия дросселирования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предотвращение  газонефтепроявлений

Эффективность герметизации устья зависит от типа и качества монтажа колонной головки, типа противовыбросового оборудования, установленного на устье  скважины, детального разграничения  пластовых давлений по продуктивным горизонтам и мероприятий по недопущению выбросов.

Практикой установлено, что в процессе разбуривания газонефтяных пластов количество газа, поступающее в раствор, прямо пропорционально скорости бурения пласта и объему выбуренной породы. Чем выше коэффициент кавернозности, тем больше газа попадает в раствор. При этом количество газа, попадающего в единицу объема глинистого раствора, обратно пропорционально скорости циркуляции. Вследствие этого о процессее прохождения продуктивных пластов с АВПД ограничивается скорость проходки и увеличивается скорость циркуляции.

Наблюдаются случаи, когда  выходящая из скважины жидкость содержит 15—20% газа ж объему циркулирующего раствора, а каких-либо проявлений не происходит. Тем не менее, если не принимать мер по дегазации раствора, то может значительно повыситься объемное содержание газа в жидкости и наступит условие, когда рпл>рст, и скважина начнет фонтанировать.

В процессе бурения возможны случаи вскрытия пористых, легкопроницаемых пород, способствующих поглощению глинистого раствора. Если выше газоносного горизонта находятся неперекрытые высокопроницаемые пласты, то вследствие колебания противодавления на газовый пласт может произойти поглощение и быстрое разгазирование столба промывочной жидкости над газовым пластам с последующим выбросом. Газопроявление развивается настолько быстро, что буровая вахта не успевает принять какие-либо меры по его ликвидации. Аналогичная картина происходит при подъеме бурильного инструмента без долива скважины.

Для предотвращения затрубных  газовых проявлений рекомендуется  использовать цементные растворы с низкой водоотдачей, вести закачку с требуемой скоростью для полного замещения глинистого раствора цементным, во время закачки цементного раствора расхаживать обсадную колонну, проводить акустический метод контроля в скважине для определения качества цементного камня в затрубном пространстве.

Необходимо воспрепятствовать даже частичному опорожнению скважины и изливу из нее бурового раствора, что достигается герметизацией устья. При недоливе скважины поршневой эффект будет незаметным, поэтому в процессе подъема инструмента совершенно необходимо постоянно доливать раствор в скважину. Для удобства расчета требуемого количества раствора для долива скважины необходимо вычислить, какой объем раствора вытесняют бурильные трубы, поднятые из скважины, и сопоставить его с объемом раствора в долив- ной емкости.