Техника и технология морского бурения

Объём добычи нефти и газа на морских месторождениях в общем объёме мировой добычи этих полезных ископаемых постоянно увеличивается. Так, в 1960г. он составил 9, 8 % (103 млн. т.), а в 1970г. - 14, 7 % (343 млн. т), в 1975 -
17 % (440 млн. т). Объем добычи нефти на морских месторождениях к началу 1981 года достиг 900 млн. т или 25 % от всего объема мировой добычи нефти. Для достижения этого уровня необходимо было освоить бурение морских скважин при глубине до 1000 м, в то время как глубина вод в шельфовых районах бурения эксплуатационных скважин в 1976 г. не превышала 170м.

В настоящее время поиски нефти и газа в районах континентального шельфа проводят почти 100 стран, причем около 40 стран разрабатывают морские нефтяные и газовые месторождения. Сейчас за рубежом бурят в среднем 3500 морских скважин в год, из которых около 500 являются разведочными, а остальные эксплуатационными.

Поисково-разведочные работы ведутся на всех широтах. Однако за последние время заметно активизировались поиски нефти в северных морях, что обусловлено в первую очередь возросшими техническими возможностями и большими перспективами нефтегазоносности в этих районах, где имеется ряд крупных осадочных бассейнов.

В СССР основной объем морского эксплуатационного и разведочного бурения приходится на районы континентального шельфа в Каспийском море. К началу 1976г. здесь в бурении находилось около 70 скважин с проектной глубиной 4500 м и более, из них около 50 - с проектной глубиной 5000-6000. В 1976г. на месторождении Булламоре были закончены самые глубокие на Каспии скважины № 22 и № 27 глубиной соответственно 5706 и 5866 м при глубине вод 35-40 м. Из скважины №22, с глубины 5660-5629 был получен мощный фонтан газа с дебитом до 1 млн. м³/сут. и конденсата - 250 т/сут.

В 1976г. для оценки, перспективности шельфа о. Сахалин в соответствии с заключенным Генеральным соглашением с Японией о сотрудничестве в области поисков, разведки, обустройства месторождений, добычи нефти или газа на шельфе о. Сахалин в составе Сахалинского территориального управления была создана Дальневосточная морская нефтегазоразведочная экспедиция глубокого бурения, силами которой в 1976-1980 годах производились инженерно-геологические работы и бурение морских скважин на северо-востоке и юго-западе шельфа о. Сахалин.

Большая часть присахалинского шельфа, площадь которого составляет коло 140 тыс. м², перспективна на нефть и газ. Промышленную газоносность и нефтеносность некоторых структурных элементов шельфа северо-восточного Сахалина можно считать доказанной, так в 1977г., получен фонтанный приток нефти (до 350 м³/сут) из первой пробуренной, морской скважины Одоптинского месторождения.

Шельфовая зона Сахалина характеризуется широким диапазоном изменения гидрометеорологических условий и особенностей ледовой обстановки - от районов с полным отсутствием как ледового припая, так и дрейфующих льдов (отдельные районы шельфа юго-западного Сахалина), до районов со сложной ледовой обстановкой на протяжении большей части года (север Сахалина). В этом отношении шельф Сахалина является уникальным.

В 1976г. для постановки глубинного нефтепоискового бурения с плавучих буровых установок были произведены инженерно-геологические работы. Этими работами на юго-западном и северо-восточном районах были исследованы глубины моря, высоты волн, скорость и направления течение литологический состав отложений, несущая способность грунтов и пород для расчета осадок опор для ПВУ самоподъемного типа и удерживающей силы якорей для ПВУ полупогружного типа. В комплекс инженерно-геологических работ вводят следующие исследования: геофизические, гидрологические, геологические лабораторные и гидрологические. Геофизические исследования выполнялись методами прецизионного эхолотирования, профилирования и звуколокации с боковой разверткой. В настоящее время аналогичные исследования проведены на шельфе Арктики.

При геологических, исследованиям проводилось бурение морских инженерно-геологических скважин с цилиндрической, разнопрочностной опоры (" сигары"), которая устанавливалась на грунт. Стабилизация опор достигалась с помощью 4-х основных и 2-х вспомогательных якорей. При бурении скважин (глубина скважин 30-35м.), помимо описания геологического разреза, проводился отбор монолитов (образцов с ненарушенной структурой).

Отбор пробы данных грунтов производился по сетке 2´ 2 км, в местах предполагаемого заложения глубокой нефтепоисковой скважины по сетке 500´ 500м.

Начиная с июля 1977 года коллектив Дальневосточной морской нефтегазоразведочной экспедиции приступил к глубокому нефтепоисковому бурению морских скважин. Первая скважина проектной глубиной 2500 м была заложена на Одоптинской структуре. Бурение велось с плавучей буровой установки самоподъемного типа, которая имела следующие основные характеристики:

- максимальная глубина воды - 65, 0 м;

- глубина бурения - 6000 м;

- длина платформы - 63, 5м;

- ширина платформы - 54, 2м;

- высоты опор - 103, 3м;

- вес платформы - 4361 т;

- вес опор - 2378 т;

- грузоподъемность буровой вышки - 632 т.

СПБУ включала в себя три основных и один аварийный дизель-генераторы с обшей модностью 5000 л.с., буровое и вспомогательное оборудование предназначенное для бурения скважин глубиной до 6000 м. Скважина № 1 Одоптинской площади была пробурена со следующими технико-экономическими показателями: коммерческая скорость бурения составила 1471 м/ст. мес, на бурении скважины было израсходовано 19 долот, средняя механическая скорость долбления равнялась 6, 5 м/час. За 1977-1980гг. с самоподъемных и полупогружных установок на море было пробурено 13 скважин с общим метражом 34672м. Наилучшие показатели бурения были достигнуты при бурении скважины № 9 Одоптинской, при глубине скважины 2293 м коммерческая скорость бурения достигла 2414 м/ст. мес., на бурение было затрачено 13 долот, средняя проходка на долото равнялась 174м. при механической скорости бурения 7, 3 м/час. Возрастающий опыт при бурении морских скважин наглядно характеризуется улучшением технико-экономических показателей строительства скважин.

В начальный период освоения бурового и вспомогательного оборудования рабочие и ИТР плавучих буровых, установок столкнулись со многими трудностями и проблемами, которые не существуют при бурении скважин на суше.

Процесс морского бурения (механическое бурение, СПО, спуск и цементирование обсадных колонн) мало, чем отличается от сухопутного бурения. Однако морское бурение имеет свои специфические особенности, которых нет на суше.

Во-первых, в бурении с ПБУ участвует больной коллектив рабочих, ИТР самых разнообразных профессий и специальностей. Кроме буровой бригады, в строительстве морской скважины заняты такие специалисты как: моряки, имеющие соответствующе морское образование, операторы по стабилизации и балансированию ПБУ, капитаны и старшие помощники капитанов ПБУ, боцмана, судовые механики и электромеханики и многие другие специалисты. Рабочее содружество и совместимость чисто земных профессий с морскими, их четкая взаимосвязь и является той отличительной особенностью, которой нет в сухопутном бурении. В процессе морского бурения многие буровики овладевают морскими специальностями, такими как матрос I и II класса, Эти смежные специальности буровикам необходимы, т.к. в перегоне ПБУ принимают участие не только морской экипаж, но также и члены буровой бригады. Немаловажное значение для работающих на ПБУ является их умение плавать, поэтому при приеме на ПБУ это обстоятельство также учитывается.

Второй отличительной чертой для морского бурения. является чисто психологический фактор, если работники буровой бригады отработав на сухопутной буровой 8 или 12 часов и время отдыха могут каким-либо образом спланировать (сходить на рыбалку, по ягоды и т.д.) и при этом постоянно ощущают под собой твердую землю, то весь экипаж, работающий на ПБУ подчиняется уставу внутреннего распорядка, кроме того вся жизнедеятельность работников ограничена платформой ПБУ (обычно размеры ее составляет 50´ 60м). Если на самоподъемных плавучих буровых установках волнение моря не опушается, то на плавучих, полупогружных буровых установка состояние моря, сильного ветра очень заметно и качка ППБУ может достигнуть значительных величин и отрицательно действовать на самочувствие и работоспособность членов экипажа. Все эти причины, т.е. ограниченное пространство, насыщенность ППБУ различными механизмами, морская среда - накладывает определенный отпечаток на работников ПБУ и поэтому не всякий человек может выдержать весь этот комплекс неблагоприятных условий.

В третьих, в самом процессе строительства морских скважин есть свои специфические особенности.

Если в сухопутном бурении цикл строительства скважины начинается с монтажа бурового, силового и вспомогательного оборудования, то на море цикл строительства начинается с установки ПБУ на точке бурения. Перед установкой ПБУ на точке бурения должны быть известны следующие данные:

- характер морского дна, его уклон, выступы;

- глубина воды;

- морские течения и приливно-отливные течения;

- время приливов и отливов;

- высота волн, максимальный период;

- скорость и направление ветра.

Подъем платформы в рабочее положение производится при благоприятных метеорологических условиях, так высота волны должна быть не более 1, 8 м, скорость ветра не более 15 м/сек. Платформа поднимается и опускается с помощью устройств зубчатой передачи, расположенных на каждой опоре, и приводимых в движение с помощью электромоторов. Управление спуском и подъемом платформ осуществляется с центрального пульта. После подъема платформы под поверхностью 2-3-м, производится задавливание опорных башмаков опор в грунт, путем создания предварительной нагрузки, т.е. приемом забортной поды в балластные танки. Предварительная нагрузка предназначена для создания статической вертикальной нагрузки, согласно наихудшему критерию окружающей среды с учетом одновременного влияния волнения моря и порывовветра при данном центре тяжести платформы.

После задавливания опорных башмаков в грунт производится подъем платформы в рабочее положение, т.е. 14, 8 м. от поверхности моря и начинаются подготовительные работы к бурению. В подготовительные работы к бурению входят следующие работы:

- перемещение вышки в рабочее положение;

- подсоединение к буровой технологических линий, а именно: линии от буровых насосов, цементировочного агрегата, технической и морской воды, охлаждение бандажей буровой лебедки, линии противовыбросовой обвязки.

На буровую площадку затаскиваются и подвешиваются вертлюг, ведущая труба, штропа. Устанавливаются на свои.места шурф для ведущей трубы и шурф для наращивания. Подвешиваются машинные ключи. Все подготовительные работы к бурению занимает время около 14 - 16 часов.

Технология забуривания морских скважин также существенно отличается от начала бурения на суде. Первый этап бурения с ПБУ заключается в создании надежного разобщения морской среды от скважины, для этой цели служит первая обсадная колонна, получившая название водоотделяющей. Диаметр этой колонны во многом зависит от метеорологических условий и глубины воды на точке бурения, обычно он равен от 762 мм до 914 мм. Данные инженерно-геологических работ позволяют установить характеристики данных грунтов, гидрологическую обстановку на точке бурения. В результат анализа этих работ выбирается способ установки водозащитной колонны. Если на месте установки ПБУ данный грунт представлен рыхлыми легко размывающимися породами, то в этих случаях водозащитная колонна устанавливается путем задавки ее в грунт. Для этих целей применяется специальные дизель-молоты. Если же донный грунт на месте установки ПБУ твердый, не склонный к размыву, то в этом случае, для установки водозащитной колонны производится бурение скважины. На всех пробуренных морских скважинах на шельфе о. Сахалин для установки водозащитной колонны производилось бурение скважины.

Для бурения под водозащитную колонну диаметром 762 мм применяется следующая компоновка бурильного инструмента: долото 0 - 650мм, УБТ 24I.MM. - 4550 м, УБТ 203 мм - 45 м. В некоторых случаях в компоновку включались стабилизаторы Æ - 660 мм. Забуривание морской скважины производится в такое время, когда на точке бурения отсутствуют приливно-отливные течения, а волнение моря не более 2, 0 м. Если на точке бурения наблюдаются постоянные морские течения более 1, 0 узла в час и глубина моря более 60 м, то в этом случае перед забуриванием на дно моря устанавливается специальная базовая плита, которая служит для центровки и направления долота в скважину. После спускавышеуказанной компоновки до дна моря, она приподнимается на 1, 0м. И после этого включаются буровые насосы. Промывка при бурении под водозащитную колонну осуществляется морской водой с выносом, шлама на дно моря. Долото без вращения допускается до дна моря, путем интенсивно промывки (с производительностью 70-75 л/с) углубляются на 1, 0 - 1, 5 м ниже дна моря и после этого производится замер кривизны, если отклонение долота от центра наводится в допустимы пределах, то начинается забуривание скважины. Режим бурения следующий: нагрузка 2 - 3 т, 60 - 90 об/мин, производительность 70 - 75л./сек.

После бурения ствола скважины диаметром 660 мм производится подъем инструмента и для расширки скважины в компоновку включается трехсторонний расширитель диаметром 914, 4 мм. В конце расширки в скважину закачивается порция качественного глинистого раствора, инструмент поднимается из скважины под дном моря и скважина оставляется на так называемую профилактическую стоянку, после которой следующим спуском инструмента без вращения, проверяется состояние и подготовленность ствола скважины для спуска водозащитной колонны. Если инструмент допускается до забоя без посадок, то скважина полностью заполняется качественным глинистым раствором и инструмент извлекаетсяиз скважины и после этого производится спуск водозащитной колонны (морской буровой колонны - МБK).

МБК предназначена для перекрытия слоя воды в месте бурения скважины, для направления в ствол скважины буровых снарядов и инструментов, для обеспечения циркуляции промывочной жидкости.

Кондуктор подвержен воздействию статических и динамических нагрузок, сжимающих и изгибающих нагрузок от силы его тяжести, сил воздействия волн и течений. Высота кондуктора, а следовательно и глубина на разведываемых акваторий ограничены прочностью и устойчивостью МБК. МБК должен разрабатываться в соответствии со следующими требованиями:

1. Обеспечение бурения скважин на глубинах моря до 100 м при волнении до 4 баллов, течении воды со скоростью2 м/сек, изменениях уровня воды из-за приливов и отливов до 6 м.

2. Убираться во время шторма под уровень разрушающего воздействия волн моря с возможностью отхода от него ПБУ в укрытие.

3. Сохранять исправность без поддержки при высоте волны на поверхности моря до 8м.

4. Позволять быстро отсоединяться и подсоединяться.

5.Обеспечивать сохранность скважины во время шторма, продолжать бурение послеокончания шторма.

6. Обеспечивать технологический процесс бурения, испытания, освоения скважины.

7. Быть относительно легким.

8. Выполняться в виде отдельного агрегата, обеспечивать транспортировку, осуществлять быстро монтаж и демонтаж. Время монтажа не должно превышать 10 % общих затрат времени на проходку.

9. Должна быть оснащена средствами контроля его положения.