Элементы гидрогеологического режима.

Освоение морских нефтяных и газовых месторождений ко­ренным образом отличается от разведки и разработки их на суше. Большая сложность и специфические особенности про­ведения этих работ в море обусловливаются окружающей сре­дой, инженерно-геологическими изысканиями, высокой стоимо­стью и уникальностью технических средств, медико-биологиче­скими проблемами, вызванными необходимостью производства работ под водой, технологией и организацией строительства и эксплуатации объектов в море, обслуживанием работ и т. п.

Особенностью континентального шельфа нашей страны явля­ется то, что 75% акваторий расположено в северных и аркти­ческих районах, которые продолжительное время покрыты льда­ми, а это создает дополнительные трудности в промышленном освоении. Окружающая среда характеризуется гидрометеороло­гическими факторами, определяющими условия проведения работ в море, возможность строительства и эксплуатации нефтепро­мысловых объектов и технических средств.

Основные из них:

• 
  температурные условия
• 
  ветер
• 
  волнения
• 
  течения
• 
  уровень воды
• 
  ледовый покров морей
• 
  химический состав воды и др.

Учет этих факторов дает возможность оценить их влияние на эконо­мические показатели поисково-разведочных работ и морской до­бычи нефти и газа. Строительство морских нефтепромысловых сооружений требует проведения инженерно-геологических изы­сканий морского дна. При проектировании фундаментов неф­тепромысловых сооружений особое внимание уделяют полноте и качеству инженерно-геологических изысканий грунтов на месте и в лабораториях. Достоверность и полнота данных в значитель­ной мере определяют безопасность эксплуатации сооружения и экономичность проекта.

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 последние годы проводятся большие научно-исследователь­ские работы и опытно-промышленная эксплуатация, как отдель­ных узлов, так и целых комплексов оборудования подводной эксплуатации скважин. Особого внимания заслуживает подвод­ная эксплуатация морских месторождений в ледовых условиях. Это обусловлено устранением возможных действий льдов на тех­нические средства, уменьшаются навигационная опасность, пожароопасность и обеспечивается экономичность разработки мес­торождения.

Проблемой пока являются прокладка и особенно обследова­ние, и ремонт подводных трубопроводов в межледовый период. Эксплуатация морских технических средств, и в основном тех­ники для подводных методов разработки, требует обеспечения безопасного ведения подводно-технических работ при ремонте и осмотре подводной части плавучих средств и гидротехнических сооружений. Наряду с решением технических вопросов необхо­димо решать ряд задач по медико-биологическому обеспечению жизнедеятельности человека, в том числе в экстремальных усло­виях, а также задач медико-технических аспектов тепловой за­щиты жизнедеятельности человека при проведении работ под водой.

Разведка и разработка морских нефтяных и газовых место­рождений — сложные в техническом отношении операции, весьма дорогостоящие и связанные со значительным риском. Основ­ные проблемы при освоении этих месторождений — проблемы техники и технологии производства этих работ.

Работы по разведке и разработке морских месторождений обычно ведутся в два этапа:

• 
  На первом этапе производятся гео­логоразведочные работы в межледовый период, и в этом случае, возможно, применять технику, которая работает в умеренных зонах.
• 
  На втором этапе, при разработке месторождений, т. е. добыче, подготовке и транспорте нефти и газа, вследствие не­прерывного производственного цикла, при котором процесс дол­жен вестись круглый год, в том числе зимой, когда море по­крыто льдом, требуется уникальная и надежная техника, техни­ческие и технологические параметры и конструктивные решения которой обусловливаются требованиями высокой надежности, долговечности, обеспечивающими безопасность работ в каждом конкретном районе.

Одно из основных условий успешного решения проблемы обустройства- наличие достаточной по объему и качеству информации об окружающей среды. Темпы роста данных наблюдений в мировом океане весьма высоки, что обеспечивает удвоение объема накапливаемой информации каждые 5-6 лет. Благодаря быстрому развитию космических средств наблюдений ожидается, что в ближайщем будущем продолжительность увеличения информации, возможно, несколько уменьшится.

Тщательное изучение гидрометеорологических условий наиболее необходимо при осовении нефтяных и газовых месторождений. Это обусловлено тем, что гидротехнические сооружения строятся и эксплуатируются в незащищенных акваториях в тяжелых погодных условиях. В экстремальных условиях окружающей среды сооружения должны выстоять и не разрушиться от воздействий стихии и обеспечить надежность в работе на весь период эксплуатации месторождения (25-30 лет).

На разных этапах проектирования разработки нефтяных и газовых месторождений требуются различные объемы гидрометеорологической информации.

На этапе проектирования морских нефтепромысловых сооружений требуются более детальные и в больших объемах данные для определения мест и схемы размещения на площади месторождения гидротехнических сооружений и степени воздействия среды на них. Сюда входят следующие исходные данные:

- максимальная высота волн и соответствующий им период;

- максимальные значения скорости ветра и течений;

- экстремальные изменения уровня воды с учетом приливов и штормовых нагонов;

- ледровые условия;

- режимные распределения высот, периодов и параметров волн, волн по румбам, скорости и направления ветров и течений;

- профили течений, спектра ветра и волн, групповые свойства волн;

- ход скорости ветра и параметры волн в типовых и наиболее жестких штормах.

Ветровой режим – основной метеорологический фактор, влияющий на такие гидрологические элементы , как волнение , течение, дрейф льда и т.д. Силу ветра и влияние ее на гидрометеорологическое состояние водного бассейна принято определять по шкале Бофорта.

Морские течения - поступательное движение масс новой суши и т.д. Морские течения, оказывающие большое влияние на циркуляцию атмосферы и климат в различных частях земного шара, вызваны трением ветра о поверхность моря, неравномерным распределением солености (а, следовательно, и плотности) воды, изменением атмосферного давления, происходящем за счет притока и оттока морских вод. Различаются морские течения по степени устойчивости: изменчивые, временные, периодические (сезонные), устойчивые; по расположению: глубинные поверхностные, придонные; по физико- химическим и температурным свойствам.

Волной именуется распространение колебаний (возмущений) в любой деформированной среде. Из много численных типов волн существенно роль играют ветровые и гравитационные. Наиболее важными для расчетов параметрами являются их длина, высота и частота.

Исследования окружающей среды ведутся по специальным методикам и рекомендациям, разработанным специальными организациями, обществами и ведомствами с учетом требований отраслей. Фундаментальными исследованиями занимаются государственные организации, ассоциации и т.п.
Осн.: 1. [14-18], 5. [280-282]

Доп. : 7. [18-23],

Контрольные вопросы:

1.В чем заключается сложность освоения морских месторождений?

2. Чем характеризуется окружающая среда?

3. Что входит в гидрометеороло­гические факторы?

4. Какие исходные данные нужны для проектирования нефтегазовых сооружений не море?

5. Дайте определения ветровому режиму, морским течениям и волнам.
Лекция № 4. Морские буровые установки. Самоподъемные буровые установки (СПБУ). Типы опорных колонн.

Плавучие буровые средства классифицируют по способу их установки над скважиной в процессе бурения, разделяя на два основных класса:

1. 
   Опирающиеся при бурении на морское дно (относят плавучие БУ самоподъемного (СПБУ) и погружного (ПУ) типов);
2. 
   Находящиеся при бурении и освоении в плавучем состоянии (полупогружные буровые установки (ППБУ) и буровые суда (БС)).

Самоподъемные плавучие буровые установки (СПБУ) применяют преимущественно в разведочном бурении на морских нефтяных и газовых месторождениях в акваториях с глубинами вод 30—120 м. (рис. 4).

Существует ряд конструкций и типов СПБУ. Их различают по конструкции корпуса, числу и конструкции опорных колонн и подъемных устройств. Ha определение числа опорных колонн влияет ряд факторов: глубина моря, гидрометеорологические условия, способ задавливания опорных колонн в грунт и извле­чение их из грунта, морское дно, общая масса поднимаемого корпуса, технологичность и трудоемкость изготовления и др. На больших глубинах возрастают волновые нагрузки на каждую колонну.

В целях обеспечения прочности на изгиб большой длины колонн требуется увеличение ее поперечного сечения.

Рис. 4 -Общая схема СПБУ

Поэтому на глубинах более 60 м в установках применяют не более четы­рех опор со значительным преобладанием установок с тремя опорами и начиная с глубины 90 м используют установки толь­ко с тремя опорами.

Установки с цилиндрическими опорами применяют на глуби­нах до 45 м (примерно 65—70%) и в диапазоне глубин 45—75м — установки с цилиндрическими и ферменными опорами, а на глубинах свыше 75м используют установки только с фер­менными опорами. Конструкции ферменных опор проектируют прямоугольной, квадратной и треугольной формы. Наиболее удачная конструкция — опора треугольного сечения. Последняя удачно вписывается в треугольную форму корпуса и имеет относительно меньшее число элементов, подверженных воздей­ствию волн. Нижние концы опор заканчиваются башмаками или общей опорной плитой, связывающей опорные колонны между собой.

^ Механизмы подъемных устройств применяют механические или гидравлические. В мировой практике предпочтение отдается механическим механизмам подъема. Обусловливается это прос­тотой конструкции (они менее сложны в эксплуатации) и дру­гими факторами. Механические устройства подъема, состоящие из зубчатой рейки, встроенной в конструкцию опор, установлены на корпусе шестеренчатого механизма, шестерня которого нахо­дится постоянно в зацеплении с рейкой. Привод механизма осу­ществляется от электродвигателя с редуктором или гидродви­гателя. Имеются подъемные устройства, состоящие из пары ве­дущих колес, находящихся в зацеплении с двойной зубчатой рейкой. Число пар ведущих колес может быть от двух до шести и более в зависимости от грузоподъемности подъемной системы СПБУ.

Отличительная особенность этих устройств — непрерывный подъем корпуса, при этом исключаются паузы в процессе подъ­ема платформы СПБУ. Подъем и спуск опор могут осущест­вляться одновременно и раздельно.

Перегон СПБУ на новую точку

Перегон СПБУ на новую точку бурения — весьма ответст­венная операция. Большинство СПБУ являются несамоходными, и для их буксировки применяют специальные буксирные суда. Различают два вида буксировки СПБУ: короткий перегон (пере­ход) с точки на точку в пределах разведываемой структуры и длительный перегон — буксировка СПБУ на дальние расстояния из одного разведанного района в другой, намечаемый к разведке, или на базу профилактического ремонта и осмотра. (Рис. 5). Коротким обычно считают такой переход, для которого требуется время не более времени гарантированного прогноза погоды (продолжи­тельность примерно до 12 ч). Перегон СПБУ более 12 ч произ­водят при благоприятном прогнозе погодных условий (ветер, волнение и пр.). Допустимые величины ветра и волнения опре­деляются проектом СПБУ.

На СПБУ при движении действуют следующие внешние силы (сопротивления):

1.Буксировочное со­противление, т. е. сопротивление находящейся в покое жидкости;

2. Сопротивление встречного ветра:

3. Сопротивление, вызванное взаимодействием волн с СПБУ.

Экспериментальными исследованиями установлено, что букси­ровочное сопротивление составляет 80% общего сопротивления воды и 20% приходится на волновое сопротивление. Незначи­тельную величину составляет сопротивление трения. Буксировоч­ное сопротивление также зависит от скорости буксировки. Воз­действие на конструкцию буксировочных и волновых сопро­тивлений исследуют на моделях в специальных бассейнах, а сопротивления ветра — обдувкой моделей в аэродинамической трубе. Буксировочное сопротивление СПБУ вследствие малой об­текаемости ее корпуса и большой парусности велико. Опасны случаи, когда СПБУ идет против ветра. Поэтому для буксировки применяют мощные буксирные суда.

Перед буксировкой выполняют ряд мероприятий по обеспе­чению надежности и безопасности перегона установки, в част­ности подвижный портал и все грузы закрепляются, все палуб­ные отверстия и отверстия, ведущие в подпалубные помещения, должны быть задраены. На СПБУ оставляют минимальный со­став команды, который выполняет работы по буксировке и уста­новке на точку СПБУ.

До начала буксировки разрабатывают проект перегона, в котором в зависимости от расстояния, района плавания, досто­верности и долгосрочности метеопрогноза указываются скорость буксировки, число и мощность буксиров, схема их расположения и другие мероприятия по осуществлению безопасного перехода. Производятся расчеты на прочность и остойчивость установки с целью определения надежности буксировки. Особое внимание обращают на длину опорных ног. При необходимости, в целях снижения парусности, верхние секции ног снимают. В соответствии с Правилами Регистра СНГ разрывное усилие буксирного троса определяют (в кН) по формуле

, (1)

где — площадь лобового сопротивления погруженной части СПБУ, м ;

— скорость буксировки, указанная в свидетельстве, узлы.

В мировой практике для транспортирования СПБУ приме­няют специальные транспортные суда. Например, СПБУ «Го­рилла 11» массой 18 тыс. т и высотой опорных колонн 154 м транспортировали из Сингапура до Роттердама на судне «Майнти сервант 3» грузоподъемностью 25. тыс. т. с размером палубы 180 140 м.