Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск, Россия

Основные проблемы и методы их решения при сооружении скважин на шельфовой зоне

Новосельцев Д.И.

Научный руководитель: Епихин А.В., ассистент кафедры бурения скважин

Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск, Россия

Эффективность применения на море способов бурения, признанных рациональными для выполнения геологоразведочных задач, традиционно более низкая, чем на суше. Обусловлено это рядом причин: качкой и дрейфом плавучих буровых средств (ПБУ); сильной обводненностью и неустойчивостью рыхлых пород разрезов; требованиями недопущения загрязнения окружающей среды; трудностью организации замкнутой циркуляции буровых растворов; нахождением придонного устья скважины вне видимости бурильщика и обусловленными этим трудностями; повышенным износом бурового оборудования и инструментов из-за работы в агрессивной среде; особенностями способов и схем бурения и т.д. Основными можно считать: опасность загрязнения окружающей среды, а также технические и технологические трудности, связанные с использованием ПБУ и систем с подводным расположением устья [1,3][К1] .

Одной из главных проблем, связанных с использованием ПБУ, является качка и дрейф бурового средства. Для удержания в заданных пределах отклонения ПБУ от оси бурящейся и эксплуатирующей скважины в горизонтальном направлении используются системы удержания плавучих буровых средств (ПБС). Обычно горизонтальное перемещение бурового плавучего средства не превышает 5-6 % глубины моря. Радиус максимального отклонения:

R=0,06*[К2] H, (1)

где 0,06 – максимальное относительное отклонение, ограничиваемое напряжениями в трубах водоотделяющей колонны и углом отклонения нижнего шарнирного и шарового или другой конструкции соединения;

Н - глубина моря, м.

В зависимости от глубины моря все ПБС оснащают одной из следующих возможных систем удержания на точке бурения: при глубинах моря до 200м – с помощью якорных цепей или тросов, либо комбинированной системы (якорных цепей и тросов); на глубинах моря более 200м – с помощью динамической системы стабилизации (динамического позиционирования) [2].

Система заякоривания включает якорные цепи, лебедку, стопорное устройство, роульс (устройство для изменения направления перемещения якорного троса). В зависимости от местных условий, характеристики бурового плавсредства и других факторов применяют различные схемы расположения якорных цепей или канатов относительно ПБС [2]. На рис. 1 представлены типовые варианты систем заякоривания: а, б [К3] ,в[К4] – симметричные системы соответственно с n - 9, 8, 10; г, д, е – системы с якорными канатами (n [К5] =8), расположенными соответственно под углом 45-90° друг к другу, под углом 30-70° к оси платформы и под углом 30-60° к продольной оси судна.

Рис. 1 Типовые схемы систем заякоривания[К6]

На глубинах морей более 200 м якорные системы стабилизации не обеспечивают требуемые допускаемые отклонения ПБС от вертикальной оси бурящейся скважины, становятся массивными, и их применение неэффективно. По этим причинам на глубинах более 200 м используют динамические системы стабилизации (динамического позиционирования), которые по сравнению с якорными системами удержания имеют следующие преимущества: обеспечивают требуемую технологией бурения точность позиционирования ПБС; осуществляют быстрое изменение курса в целях уменьшения бортовой и вертикальной качек; обеспечивают быстрый уход с точки бурения и возврат на нее ПБС [1].

Рис. 2 Структура системы динамического позиционирования[К7]

В практике бурения скважин с плавучих буровых средств широко применяют комплексы подводного устьевого оборудования (ПУО), устанавливаемые на морском дне. Существенным недостатком систем с подводным расположением устья является трудность доступа к устьевому оборудованию, особенно при расположении последнего на большой глубине и при необходимости частых ремонтов скважин. Кроме того, недостатком считают необходимость использования труда опытных водолазов, умеющих работать на большой глубине. Полностью устранить эти недостатки в настоящий момент невозможно. Для уменьшения вероятности аварийных ситуаций предъявляются высокие требования к характеристикам ПУО: оборудование должно быть прочным, вибростойким, способным выдерживать большие внешние давления, быть герметичным и надежно управляемым на расстоянии. Чтобы свести к минимуму подводные операции, важно обеспечить извлекаемость компонентов подводного оборудования для инспекции, ремонта или замены. В этой связи необходимо заложение в подводные системы принципа частичного дублирования, который служил бы гарантией непрерывности добычи [1,3].

Рис. 3 Комплекс ПУО[К8]

Другой актуальной проблемой морского бурения является загрязнение окружающей среды отходами бурения в виде отработанного бурового раствора и шлама. Наибольшую опасность представляют собой растворы на нефтяной основе. В качестве базовых компонентов таких растворов обычно применяют сырую нефть, нефтепродукты и другие углеводороды (дизельное топливо, парафины, минеральные масла и др.) [5[К9] ]. Наборы компонентов, их концентрация и соотношения могут существенно меняться в зависимости от характера и условий буровых работ, однако в большинстве случаев речь идет о водоэмульсионных системах с соотношением воды и нефти около 1:6, хотя это соотношение может меняться в пределах от 1:1 до 0:1 [4]. Главное технологическое преимущество буровых растворов на нефтяной основе заключается в их высоких антифрикционных свойствах, что облегчает проходку наклонных и горизонтальных буровых стволов. Как правило, эти растворы подвергаются регенерации и повторному использованию, и потому их применение сопряжено с меньшим количеством отходов по сравнению с растворами на водной основе. Однако все эти преимущества не компенсируют те негативные экологические последствия и ущерб, которые возникают за счет выбросов отходов нефтяных углеводородов. Это послужило причиной жесткого ограничения применения таких растворов во многих странах [5].

Наилучшим методом решения этой проблемы на сегодняшний день является переход на высокоингибированные растворы на водной основе. Такого рода растворы готовятся на морской или пресной воде (до 90%) и представляют собой густую коллоидальную суспензию специальной глины монтмориллонитового типа (бентонит, до 10%) [К10] с добавками барита (до 20%), каустической соды и других солей и реагентов [6]. Стоит отметить, что современные буровые растворы на водной основе по уровню ингибирования и увеличению производительности бурения максимально приближаются к эффективности традиционно используемых растворов на углеводородной основе. Буровые растворы этого типа являются в настоящее время наиболее предпочтительными в экологическом плане. Также эффективным может быть использование растворов на синтетической основе, таких как эфирные растворы и растворы на основе масел, полученных из этилена. Согласно исследованиям и опыту их применения, такие растворы нетоксичны, не наносят вред морской флоре и фауне, не несут угрозу биологического накопления и легко разрушаются биологическим путем [3].

Специфические гидрологические и метеорологические условия моря, ограничивают возможности и снижают эффективность применения способов, технических средств и технологий бурения, используемых на суше. Поэтому проблема повышения эффективности бурения скважин на море до сих пор является одной из самых важных в процессе вовлечения в производство минеральных ресурсов подводных месторождений. Бурение разведочных скважин на море требует принципиально новых конструкций бурового оборудования и технологий, которые гарантировали бы проходку скважин с соблюдением требований безопасности, экологичности и обеспечивали бы высокое качество работ при наименьших затратах. Для создания таких технологий и техники необходимо обобщить и оценить имеющийся опыт применения современных технических средств и технологий бурения на море, научно обосновать рациональные пути их дальнейшего развития.

В данной работе приведена обобщенная характеристика основных проблем при сооружении скважин на шельфовой зоне, проанализированы методы их решения. Рассмотрены технические и технологические решения данных проблем.

Литература

1. Вяхирев Р.И., Никитин Б.А., Мирзоев Д.А. Обустройство и освоение морских нефтегазовых месторождений. — М.: Издательство Академии горных наук, 1999. - 373 с.

2. Золотухин А.Б., Гудместал О.Т. и др. Основы разработки шельфовых нефтегазовых месторождений и строительство морских сооружений в Арктике: Учебное пособие. – М.: ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2000. – 770 с.

3. Лайонз У., Плизг Г. (ред.). Большой справочник инженера нефтегазодобычи. Бурение и заканчивание скважин. – Пер. с англ. — СПб.: Профессия, 2009. — 640 с.

4. Овчинников В.П., Аксенова Н.А. Буровые промывочные жидкости: Учеб. пособие для вузов. – Тюмень: Изд-во «Нефтегазовый университет», 2008. – 309 с.

5. Патин С.А. Нефть и экология континентального шельфа. - М.: Изд-во ВНИРО, 2001. – 241с.

6. Рязанов Я.А. Энциклопедия по буровым растворам.– Оренбург: издательство «Летопись», 2005. – 664 с.

7. Справочник по буровым растворам. Приложение к журналу «Нефтегазовые технологии». М.: Издательство «Топливо и энергетика», 2007

[К1]Нумерация по порядку использования в статье должна идти, или по алфавиту, ни то ни другое не соблюдено.

[К2]Либо точка либо символ умножения во вставке

[К3]Пробел убрать

[К4]Пробел поставить

[К5]Пробел убрать

[К6]Строку пустую лучше воткнуть после

[К7]Строку пустую после лучше воткнуть

[К8]В подписи к рисунку лучше сокращение не стаить

[К9]Ссылка 5 появилась раньше 4, надо исправить

[К10]Банально, лучше сразу бентонит писать

Поиск по сайту: