Морские Нефтегазопромысловые Сооружения Лекция 4 Конструкция морской

Морские Нефтегазопромысловые Сооружения Лекция 4

Конструкция морской скважины Современная оффшорная установка имеет около трех десятков добывающих каналов (в системе технического оснащения эти части оборудования называются буровыми устьями – wellheads); может обрабатывать одну крупную скважину или служить центром разработки многочисленных скважин. Технологически механизм бурения морского дна идентичен бурению скважины на суше.

Конструкция морской скважины • Технология наклонного бурения позволяет получить доступ к подводным резервуарам нефти, расположенным на различных глубинах, и на расстоянии от платформы, достигающем 8 километров .

Конструкция морской скважины • При бурении скважины со стационарной платформы состав оборудования аналогичен наземному. • Направление забивается в морской грунт • Бурится и обсаживается скважина обычным способом с использованием «сухой» колонной головки, фонтанной арматуры и противовыбросового оборудования. • Колонная головка и BOP располагаются на нижней палубе платформы.

Конструкция морской скважины • При бурении с MODU (мобильной морской буровой установки) оборудование несколько отличается от стандартного. • Состав оборудования зависит от типа плавучего основания Jack-up (самоподъёмное основание), Semi submersible(полупогружная платформа), drill ship (буровое судно), от типа скважины, глубины моря и погодных условий. • При бурении с использованием платформы Jack-up использование «сухой» колонной головки не целесообразно, так как после окончания работ платформу требуется переместить на новую локацию, а оставлять направление с выходом на поверхность технологически опасно или просто невозможно.

Конструкция морской скважины • Решением проблемы является система MLS (mudline suspension system - система подвески линий подачи бурового раствора). • MLS представляет собой набор корпусов и клиньев для подвески обсадных колонн. The Dril-Thru Completion System – уникальная система подвески линий подачи бурового раствора

Конструкция морской скважины • При бурении с использованием системы MLS обсадные колонны подвешиваются на линии дна и продолжаются до палубы платформы. • Этим обеспечивается возможность размещения оборудования BOP на палубе непосредственно под буровой площадкой.

Конструкция морской скважины • После окончания бурения систему MLS можно конвертировать в подводную систему (применяется редко). • Либо после ухода буровой платформы, строят стационарную платформу, снова присоединяют колонны от дна до нижней палубы (tie-backs-оттяжки) и устанавливают «сухое» оборудование устья, включая фонтанную арматуру.

• При бурении с плавучего основания всегда существует необходимость отсоединения от скважины в определенный момент • Например по причине плохой погоды. • Поэтому, колонная головка, BOP и фонтанная арматура в этом случае должна располагаться на дне, а циркуляция раствора осуществляется при помощи водоотделяющей колонны - райзера.

Конструкция морской скважины • BOP – является оборудованием первичного контроля скважины на случай НГВП. • Во время сильного шторма гидравлический замок, установленный между BOP и райзером позволяет после закрытия превенторов отсоединить платформу от скважины на любой стадии бурения. • По окончании бурения таким способом скважина может быть оставлена до проведения работ по ее заканчиванию. • Либо устанавливается подводная фонтанная арматура с обвязкой и скважина вводится в эксплуатацию.

Конструкция морской скважины • Место установки Semi (полупогружная платформа) отмечается маркерным буем. • Затем платформа буксируется до места и устанавливаются якоря при помощи вспомогательных судов. • Якоря опрессовываются, затем меняя натяжение якорных оттяжек платформа выравнивается по месту бурения. • Операция занимает от нескольких часов, до нескольких дней в зависимости от погодных условий.

Конструкция морской скважины • Платформа может удерживаться на месте при помощи якорной системы, либо при помощи системы динамического позиционирования. • При установке якорей необходимо соблюдать осторожность дабы не повредить систему донных трубопроводов, если таковая существует. • Дополнительно перед установкой платформы проводятся работы по исследованию состояния донного грунта с использованием систем ROV

Конструкция морской скважины • До сих пор остается неясным, кто является разработчиком первого ROV. Однако, существуют два возможных кандидата. Программируемый подводный аппарат (programmed underwater vehicle, PUV) представлял собой торпеду, разработанную Luppis-Whitehead Automobile в Австрии в 1864 году, но первый ROV, названный POODLE, был разработан Дмитрием Ребиковым в 1953 году.

Конструкция морской скважины Военным силам США приписывают развитие данной технологии до ее операционного использования во время попыток разработать роботов для поднятия подводного вооружения, потерянного во время морских тестов. Слава ROV возросла, когда с помощью систем CURV (Cable controlled underwater recovery vehicle, погружной спасательный аппарат, управляемый по проводам), принадлежащие вооружению США, была поднята со дна моря атомная бомба, потерянная в районе вод Испании во время авиакатастрофы в 1966 году, а затем были спасены пилоты затонувшего погружного аппарата Pisces в море недалеко от г. Корк, Ирландия в 1973 году, тогда как в аппарате оставались лишь считанные минуты кислорода для дыхания.

Конструкция морской скважины Следующий шаг развития технологии был выполнен коммерческими фирмами, которые видели будущее за ROV в поддержке оффшорной добычи нефти. Переход от военного использования к применению в коммерческом мире был довольно быстрым.

Конструкция морской скважины • В целом, ROV используются в следующих направлениях: ü Наблюдение за работой водолазов – служат как спутник ныряльщика для обеспечения безопасности и поддержки. ü Обследование буровых платформ – от наблюдательного обследования до использования инструментов для изучения влияния коррозии, загрязнений, поиска трещин, оценки биологических загрязнений и т. д. ü Инспекция трубопроводов – обследование подводных проводов для проверки на утечку, определения общей целостности трубы. ü Исследования – как визуальные, так и акустические исследования, которые необходимы до установки труб, кабелей и большинства других оффшорных установок.

Конструкция морской скважины • В целом, ROV используются в следующих направлениях: ü Поддержка бурения – вся работа от визуального наблюдения, сопровождения установки, операционной поддержки и ремонта с использованием различных манипуляторов. ü Поддержка строительства – естественное продолжение поддержки бурения. Задания на этом этапе становятся более сложными с использованием манипуляторов, инструментов с электрическим приводом, ножей. ü Уборка мусора – оффшорные платформы под водой могут стать «мусорной свалкой» . ROV обеспечивают экономически выгодный метод поддержания этого района чистым и безопасным. ü Работа по вызову – обеспечение поддержки в многих вышеназванных областях, однако, задания обычно длятся от одного до нескольких дней для систем, которые не приписаны постоянно к оффшорным платформам или буровым судам.

Конструкция морской скважины • В целом, ROV используются в следующих направлениях: ü Очистка платформ – одно из наиболее сложных заданий, при котором используются манипуляторы и чашечные присоски для позиционирования и системы по 100 лошадиных сил, которые управляют щетками, напорами воды и другими абразивными устройствами. ü Подводные установки – с повышением мощности аппараты стали обеспечивать поддержку строительства, работы, обследования, ремонта установок на дне моря, особенно глубоководных. ü Поддержка телекоммуникаций – исследование, закапывание и починка – от буксирных кабелеукладчиков, которые закапывают кабель для защиты его от траулеров и якорей, до сложных аппаратов, которые могут находить, следовать, доставать и заново закапывать подводные телекоммуникационные кабели. ü Поиск объектов и их поднятие – ROV, наверное, получили самое высокое признание при работе на трагедиях, таких как падение пассажирских самолетов и катастроф космических шаттлов. Поиск, нахождение местоположения и подъем потерянных объектов стал обычно работой для таких аппаратов.

Конструкция морской скважины ROV

Конструкция морской скважины • В первую очередь на дно спускают TGB (Temporary Guide Base – направляющая опорная плита) • Операция осуществляется при помощи 4 направляющих канатов (guidelines) размером (¾’’ или 7/8’’). • TGB служит в качестве основы направляющей инструмент и оборудование при последующих операциях. • Направляющие канаты закрепляются на TGB по кругу, на расстоянии 6 футов от центра

Конструкция морской скважины • TGB центрируется относительно Moonpool (буровая шахта) и крепится к бурильным трубам при помощи специального устройства замком J-slot (байонетный паз) • Устройство имеет 4 штифта и закрепляется в отверстии TGB с проходным диаметром 46’’. • При спуске на TGB кладут мешки с цементом или баритом для придания дополнительного веса конструкции в 25000 – 30000 фунтов.

Конструкция морской скважины • Затем TGB на бурильных трубах опускают на дно. • Трубы отсоединяются 1/8 поворота в право и поднимаются. • TGB имеет уровень (bull’s eye) и должна быть отцентрирована. • Центровка осуществляется при помощи направляющих канатов, которые в конечном итоге натягиваются с усилием около 2000 фунтов.

TGB

Конструкция морской скважины • Далее бурится ствол диаметром 36’’ до глубины 100 – 200 футов. • Инструмент и долото проходит через TGB и центрируется с помощью приспособления UGF (utility guide frame – универсальная направляющая балка для ориентированного спуска бурового инструмента и оборудования по направляющим канатам к подводному устью) установленному над долотом и прикрепленному к направляющим канатам. • После бурения первых 30 футов UGF поднимают на поверхность.

Конструкция морской скважины • Ствол диаметром 36’’ может быть пробурен долотом с диаметром 18 1/2’’ над которым устанавливается расширитель 36’’. • Бурение осуществляется на морской воде без замкнутой циркуляции, т. е. шлам выбуривается на дно. • По завершении проходки морская вода замещается в стволе скважины на буровой раствор и производится спуск первой обсадной колонны диаметром 30’’

SPUD 36” Hole Opener

Конструкция морской скважины • 30’’ обсадная колонна с колонной головкой CHH (casing head housing –корпус головки обсадной колонны) спускается по направляющим канатам совместно с системой PGB (permanent guide base – донная направляющая платформа (служащая в качестве устья скважины при морском бурении). • PGB служит основой для последующей установки BOP, а затем и X-mas tree – фонтанной арматуры на колонной головке. • PGB оборудована 4 направляющими (guideposts) высотой 12 футов на радиусе 6 футов от центра проходного отверстия. • Специальный профиль проходного отверстия PGB служит для посадки 30’’ обсадной колонны. • PGB (донная направляющая платформа) устанавливается на TGB (направляющая опорная плита).

Конструкция морской скважины • Спуск производится в следующем порядке: • PGB (донная направляющая платформа) помещается в Moonpool (буровую шахту), направляющие канаты вставляются в guideposts (направляющих канатов). • 30’’ колонна спускается сквозь PGB. • 30’’ колонная головка сажается на PGB. • 30’’ колонная головка оборудована местом для посадки следующей 20’’ или 18 ¾’’ обсадной колонны.

Конструкция морской скважины • Колонна спускается на бурильных трубах оборудованных 30’’ соединительным устройством до посадки PGB на TGB. • Воронка TGB оборудована универсальным шарниром (gimbal) для центровки PGB. • Центровка осуществляется по уровню (Bull’s eye) и контролируется при помощи систем ROV (remotely operated vehicle). • Отклонение от горизонтали должно быть не более 10, в противном случае невозможно будет присоединение BOP.

Конструкция морской скважины • 30’’ обсадная колонна цементируется через бурильные трубы. • Количество цементного раствора берется из расчета удвоенного объема затруба. • Цементаж производится до появления раствора между TGB и PGB. Процесс контролируется при помощи подводных телекамер (Eyeball). • 30’’ колонна должна быть зацементирована полностью, т. к. несет общий вес последующих колонн. • Если выход цемента не наблюдается существует технология заливки в затруб с использованием стингера.

спуск PGB (донной направляющей платформы) with 30” conductor

Running Subsea Conductor

Конструкция морской скважины • Следующий ствол 26’’ при нормальных условиях бурится на морской воде до глубины 1000 – 2000’. • Циркуляция отсутствует и шлам выносится на морское дно. • Однако при бурении разведочных скважин или при наличии газовых карманов скважина оборудуется райзером с установкой дивертера.

• Система райзера с дивертером включает 5 основных элементов: • Гидравлический замок для герметизации соединения райзера с 30’’ колонной; • Шарнирное соединение flex joint для компенсации отклонений (до 100); • Райзер для обеспечения циркуляции раствора; • Телескопический компенсатор и heave compensator; • Дивертер для отвода выбрасываемого газа.

Конструкция морской скважины • Узкое проходное отверстие дивертера не позволяет спустить долото 26’’. • Поэтому скважина бурится долотом меньшего диаметра, например 12 ¼’’ и затем спускается underreamer 26’’. • При спуске 20’’ обсадной колонны дивертер и райзер убирают, однако перед этим делается карротаж на предмет отсутствия газовых карманов.

diverter

Drilling without returns-бурение без выхода бурового раствора на поверхность Drilling with returns

Конструкция морской скважины • По окончании бурения ствола 26’’дивертер и райзер извлекают на поверхность. • Спускают 20’’ обсадную колонну с 20” колонной головкой высокого давления для присоединения BOP, внутрь которой вставляется wear bushing (защитная втулка корпуса устьевой головки) • Колонна спускается на бурильных трубах и цементируется при помощи стингера. • Все последующие колонны 13 3/8’’, 9 5/8’’, 7’’ сажаются внутрь колонной головки высокого давления 20’’

СТИНГЕРНОЕ (ПОПЛОВКОВОЕ) ОБОРУДОВАНИЕ • Использование вставного поплавкового оборудования для цементирования обсадных колонн позволяет цементировать обсадные колонны большого диаметра через бурильные трубы или НКТ. Компания TOP-CO предлагает два варианта стингерного поплавкового оборудования для цементирования затрубного кольцевого пространства: с замковым механизмом на стинегере и без него.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН ЧЕРЕЗ СТИНГЕР Стингерная поплавковая муфта Top-Co Тип 220 Стингерный поплавковый башмак Top-Co Тип 221 Вставной стингер Top-Co Тип 222

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН ЧЕРЕЗ СТИНГЕР • Использование стингера обеспечивает более высококачественное цементирование и более экономичный вариант в сравнении со стандартным методом цементирования применительно к колоннам большого диаметра (направления, кондуктора, технические колонны), позволяет отказаться от применения дорогостоящих цементировочных головок и пробок большого диаметра, снижает риск загрязнения цементного раствора, дает возможность контролировать объем закаченного цемента с точностью до одного кубического метра.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН ЧЕРЕЗ СТИНГЕР • Незначительное количество бурового раствора собираемого продавочной пробкой со стенок бурильной колонны позволяет осуществлять цементирование непосредственно через башмак без риска получить оголение башмака, как следствие сокращение сроков бурения за счет исключения необходимости разбуривания цементного стакана большего диаметра и дополнительная экономия на долотном сервисе. Существенная экономия и сокращение сроков бурения за счет отсутствия необходимости в разбуривании трудно разбуриваемых резиновых пробок большого диаметра (экономия времени на одной колонне может составлять до 24 часов).

Цементировочный пакер Fas Drill® SVB

Running the Surface Casing and High Pressure Wellhead Housing - HPWHH

MS-700 Wellhead Stack-up

Конструкция морской скважины • До бурения и спуска третьей колонны необходимо установить систему BOP и райзер. • Наиболее распространенная система BOP в Северном море – 18 ¾’’ single stack system 10 000 psi. • BOP содержит следующие компоненты:

Конструкция морской скважины • Гидравлический коннектор для соединения с подводной колонной головкой; • Набор превенторов (плашечный глухой, плашечные трубные 2 шт, срезной и универсальный); • LMRP (Lower Marine Riser Package – нижний соединительный узел водоотделяющей колонны) со вторым универсальным привентором и шарниром (до 100 компенсации); • Райзер со встроенными гидравлическими линиями включая choke and kill lines (устьевую обвязку для дросселлирования и глушения скважин) • Телескопический компенсатор и riser heave compensator (водоотделяющая колонна с компенсатором вертикальной качки)

BOP stack

Конструкция морской скважины • После бурения, спуска и цементажа последней обсадной колонны в скважину спускается скрепер для обсадных колонн. • Перед спуском НКТ скважина промывается на соленую воду с удалением грязи, для чего при помывке осуществляют продавку пачек жидкости заканчивания высокой вязкости чередуя с обыкновенной соленой водой.

Скрепер • Скрепер представляет собой неразъёмный трубчатый корпус, на верхнем и нижнем концах которого выполнены муфтовая и ниппельная присоединительные резьбы. В продольных пазах корпуса установлены с возможностью радиального перемещения шести лезвий плашечного типа с износостойкой закалённой поверхностью режущих кромок.

Скрепер • Усилия, прижимающие лезвия к поверхности очищаемой трубы, создаются за счёт действия сжатых пружин (по три пружины на одно лезвие). Лезвия располагаются на корпусе в два яруса по три штуки в каждом, обеспечивая очистку ста процентов периметра внутренней поверхности трубы. В пазах корпуса лезвия удерживаются разрезным кольцом, закрепленным четырьмя винтами. Очистка колонны производится в процессе спуска скрепера в скважину на бурильных или насосно-компрессорных трубах, при этом лезвия, скользя по очищаемой поверхности, срезают неровности и загрязнения.

Конструкция морской скважины • Скважину заканчивают перфорацией, спуском НКТ с установкой пакеров и клапанов SSSV (subsurface safety valve – забойный клапан-отсекатель). • BOP, райзер отсоединяют и устанавливают подводную фонтанную арматуру на райзере заканчивания completion raiser.