книги / Морская нефть. Развитие технологий освоения морских арктических месторождений нефти и газа

Рисунок 3.10 — График, показывающий, что первые недели сезона бурения 1979 г. характеризовались появлением большого числа айсбергов, по этой причине бурение иногда прерывалось. В 1980 г. число айсбергов уменьшилось

Айсберги образуются из ледников, обозначенных треугольниками, спуска­ ются в море у западных берегов Гренландии и дрейфуют по Девисовому про­ ливу сложными путями, показанными стрелками.

Не было найдено удовлетворительного объяснения тому факту, почему в 1980 г. число айсбергов было меньше, чем в 1979 г. Предпринимались по­ пытки прогнозировать частоту прохождения айсбергов в течение года, однако к каким-либо конкретным выводам не пришли.

За два сезона, в 1979 и 1980 гг., общее время простоев из-за плавучих льдов и айсбергов составило 120 ч (2,3 % общих затрат времени), причем простои

восновном были связаны с ожиданием освобождения поверхности пролива от льда в 1979 г. Продолжительность простоев оказалась меньше, чем ожидалось. Обычно время простоев в ожидании прохода айсбергов при бурении у берегов Лабрадора и Баффиновой Земли составляет в среднем примерно 3 %. Успеш­ ной проводке скважины «Хекья 0-71» способствовало то обстоятельство, что

впериоды наибольшей интенсивности прохождения айсбергов в 1979 г. осу­ ществляли лишь бурение ствола скважины под кондуктор без использования стояка и превентора. Если бы такая же интенсивность прохождения айсбергов наблюдалась и в 1980 г., то время простоев могло значительно возрасти. Не­ обходимо также отметить, что интенсивность прохождения айсбергов сильно варьируется в зависимости от расстояния до берега, Таким образом, сам вы­ бор точки бурения может быть одним из основных факторов, определяющих интенсивность прохождения айсбергов.

Масса айсбергов, проходящих в зоне, охватываемой радиолокационной установкой бурового судна в сезонах 1979 и 1980 гг., доходила до 19 млн т, хотя в предыдущие годы у берегов Лабрадора были зарегистрированы и боль­ шие айсберги. Масса наибольшего из отбуксированных айсбергов составляла 12 млн т, а средняя масса одного айсберга — 1,5 млн т. Иногда ежесуточно два буксира отводили до четырех айсбергов. Обнаружение айсбергов и слежение за ними производилось круглосуточно в зоне радиусом 32 км. Эту работу выпол­ няли специалисты, постоянно находящиеся на борту бурового судна. Наблюде­ ния велись визуально и с помощью радиолокационной установки, причем как непосредственно с бурового судна, так и со вспомогательных судов на пути возможного дрейфа айсбергов. Проводились наблюдения и с воздуха с целью долгосрочного прогнозирования путей движения айсбергов. Полученные дан­ ные вводили в ЭВМ; выборка данных из дискового запоминающего устройства

ивоспроизведение их графопостроителем позволяли визуально оценить рас­ положение айсбергов, скорость и направление их дрейфа. Полученные дан­ ные хранили в запоминающем устройстве для последующей статистической обработки.

Опыт бурения в районе Девисова пролива показал, что для отбуксиров­ ки айсбергов даже в период наибольшей интенсивности их прохождения до­ статочно двух буксирных судов. Наиболее целесообразно было использовать буксиры мощностью 3720-4470 кВт, развивающие тяговое усилие 9-10 МН. Каждое судно должно быть оборудовано системой управления буксирным ка­ натом, которая обеспечивает значительное уменьшение простоев между бук­ сировками, облегчает и делает более безопасной работу с канатом.

Порядок отбуксировки айсбергов определялся строгими правилами, ре­ гламентирующими маневры судна и операции по бурению в зависимости от места нахождения айсберга, скорости его дрейфа и времени, необходимого для перекрытия ствола скважины в случае ухода бурового судна с точки бурения.

Кольцевые зоны вокруг бурового судна (рис. 3.11) характеризуют степень опасности для него со стороны айсбергов. Для случая, показанного на рис. 3.11, минимальный радиус от судна до безопасной зоны составляет 5,0 км, от зоны слабой опасности — 2,3 км и до зоны повышенной опасности 0,90 км. В так называемой зоне отсоединения стояка существует большая степень опасности столкновения бурового судна с айсбергом. Разработаны точные инструкции для определения радиуса этих зон в зависимости от скорости дрейфа айсбергов и времени, необходимого для отсоединения бурового судна от стояка.

Рисунок 3.11 — Зоны, определяющие степень опасности при подходе айсберга к буровому судну:

I — безопасная зона; II — зона слабой опасности; III — зона повышенной опасности; IV— зона отсоединения стояка; V — буровое судно

Была установлена также последовательность операций при достижении айсбергами каждой из этих зон. Однако в конкретном случае предельно до­ пустимое расстояние от айсберга до бурового судна должен был определять капитан.

Баффиново течение движется на юг вдоль восточных берегов Баффино­ вой Земли (рис. 3.12). Южнее и западнее точки заложения скважины «Хекья 0-71» часть этого течения направляется на север в Гудзонов пролив и затем возвращается на юг, после чего продолжает движение к югу вдоль берегов Лабрадора. Далее течение направляется к югу, не входя в Гудзонов пролив. Южнее Гудзонова пролива это течение называют Лабрадорским. В точке бу­ рения скважины «Хекья 0-71» скорость Баффинова течения (2,8-3,0 км/ч) не вызывала трудностей в работе бурового судна, оснащенного системой дина­ мического позиционирования.

Рисунок 3.12 — Карта течений в Девисовом проливе.

Цифры — скорости постоянных течений в см/с

Однако плавучие измерители скорости течения, установленные в 1979

и1980 гг. в других возможных точках бурения, расположенных южнее и запад­ нее скважины «Хекья 0-71», зарегистрировали значительно большие скорости течения. В одной из таких точек скорости течения превышали 9,3 км/ч. При таких скоростях современные системы динамического позиционирования не обеспечивали удержания бурового судна на месте.

Большие осложнения вызывали также так называемые разрывные поверх­ ностные течения. Скорость этих течений может весьма быстро увеличиваться вблизи поверхности воды за относительно короткий период времени (напри­ мер, с 0,9 до 5,5 км/ч за 2 мин), как это наблюдалось в точке бурения скважины «Хекья 0-71». По-видимому, разрывные течения образуются большими волна­ ми, возникающими под воздействием приливных течений на входе в Гудзонов пролив или же приливных течений в заливе Фробишер. Разрывные течения характеризуются:

-внезапным и резким увеличением скорости (примерно на 3,7 км за 2 мин), после чего следует снижение скорости до первоначального уровня примерно за 10 мин;

-практическим постоянным направлением;

-фазовой взаимосвязью с приливами и отливами (увеличение скорости происходит за 1-2,5 ч до достижения минимального уровня воды в заливе Фробишер);

-эпизодическим возникновением второго, меньшего по величине импульса прироста скорости;

-непредсказуемостью по продолжительности и интенсивности.

Вточке бурения скважины «Хекья 0-71» в 1979г.скоростиразрывных течений превышали 5,5 км/ч, в результате снос бурового судна, компенсируемый системой динамического позиционирования, превышал 10% глубины пролива перед спу­ ском стояка (рис. 3.13). Перед спуском кондуктора диаметром 508 мм и устьевого оборудования в течение пяти дней измерениями скорости течений было установ­ лено, что разрывные течения наблюдались за 1-2,5 ч до достижения минималь­ ного уровня воды в заливе Фробишер. Поэтому появилась возможность при­ менять некоторые устройства, сигнализирующие о подходе разрывного течения.

Для улучшения работы системы динамического позиционирования кор­ пус судна ставили в направлении течения, что уменьшало нагрузки на корпус. Кроме того, при таком положении судна главные ходовые винты развивали большую мощность с целью удержания его в заданной точке. Однако ветер

иволны часто нарушали такую ориентацию судна. В этих случаях старались удерживать судно под углом до 3° к направлению подхода разрывного течения

стем, чтобы уменьшить его снос.

Рисунок 3.13 — Влияние разрывных течений на снос бурового судна относительно устья скважины. При максимальной скорости течения снос судна превышает 30 м:

1 — скорость течения; 2 — снос бурового судна

В конце рабочего сезона 1979 г. из-за ухудшившихся погодных условий стало трудно своевременно фиксировать подход разрывного течения. Сложнос­ ти вызывало то, что скорости разрывных течений были непостоянными и не была разработана четкая программа действий в каждом конкретном случае.

Поэтому спроектировали и в 1980 г. применили на практике систему де­ тектирования разрывных течений. Система состояла из семи датчиков скорос­ ти разрывных течений, расположенных на различной высоте, на заякоренных тросах в 1,85; 3,7 и 7,4 км от бурового судна (рис. 3.14). Данные от каждой

группы датчиков передавались на буровое судно через каждые 60 с, а через 1 ч передавались сигналы, информирующие о подходе или, наоборот, отсутствии разрывного течения. Хотя для поддержания надежной работоспособности та­ ких систем необходимо было еще решить многочисленные проблемы, не было сомнения, что подобные системы могли с успехом применяться при поисковоразведочном бурении в других акваториях, где вероятно возникновение раз­ рывных течений с высокой скоростью.

Рисунок 3.14 — Система сигнализации о приближении разрывных течений.

Цифры обозначают номера измерителей скорости течении, радиосигналы передаются на буро­ вое судно; а — радиобуй; б — буровое судно с приемной аппаратурой; в— самозаписывающий измеритель скорости

В точке бурения скважины «Хекья 0-71» течения не оказывали существен­ ного влияния на процесс бурения и опробования скважины. Однако, например, поисково-разведочное бурение в районе Финнбоги на структуру, расположен­ ную в 150 км от точки бурения скважины «Хекья 0-71», проводить невозможно. В 80-е гг. изучались возможности бурения в этом и других районах, характери­

зующихся высокими скоростями разрывных течений. Основное внимание при этом уделялось следующим проблемам:

-увеличению мощности и работоспособности систем динамического по­ зиционирования;

-начальным этапам бурения скважины (спуску долот большого диамет­ ра, расширителей ствола скважин, спуску обсадных колонн диаметром 508

и762 мм и т. д.);

-спуску противовыбросовых устройств и стояка;

-улучшению конструкции стояка, снижению возникающих в нем напряже­ ний и увеличению силы натяжения стояка;

-совершенствованию конструкции системы соединения и разъединения бурового судна со стояком, используемой в случае приближения айсберга;

-повышению эффективности оборудования для исследования скважины;

-совершенствованию различных систем обнаружения и оповещения о при­ ближении айсбергов;

-изучению влияния солености воды в течениях на качество передачи акус­ тических сигналов между акустическими маяками и гидрофонами;

-улучшению системы водолазного обслуживания;

-оценке времени простоев из-за неблагоприятных течений.

Конечной целью являлось определение необходимости в новом оборудова­ нии и в модификации старого для осуществления успешного бурения в данном районе.

Разбуривание отложений мелких валунов, залегающих на небольших глу­ бинах, представляло серьезную проблему и приводило к значительным по­ терям времени при проводке скважин как у берегов Лабрадора, так и в районе скважины «Хекья 0-71».

В некоторых местах, например в точке бурения скважины «Хекья 0-71», слой таких отложений залегает на глубине от 3 до 27 м под морским дном, а в некоторых случаях и глубже, как, например, у берегов Лабрадора. Диаметр этих валунов составляет от 0,3 до 1,5 м. Таким образом, сильно осложняется бурение под кондуктор диаметром 1067 мм.

В месте бурения скважины «Хекья 0-71» предпринималось 10 безуспеш­ ных попыток (затраты на которые составили 2 млн дол.) с целью проходки слоя валунов при бурении под кондуктор. При попытках разбуривания этого слоя наблюдались отсутствие проходки, весьма высокие значения вращающего момента, закручивания колонны бурильных труб и прихваты.

Простейшим решением проблемы можно считать бурение в той точке, где валунов нет или толщина их слоя минимальна. Для определения расположения отложений валунов было предложено производить картирование с использо­

ванием видеодатчиков, сонара с боковым сканированием, высокочастотного профилирующего оборудования, сейсмической съемки на небольшой глубине, отбора кернов.

При разбуривании отложений валунов мог быть полезен опыт проходки таких отложений, накопленный при проводке скважины «Хекья 0-71». Основ­ ные положения, предлагаемые для использования в дальнейшем, полученные при бурении скважины «Хекья 0-71» следующие:

-следует проводить испытания на буримость долотами небольшого диа­ метра с использованием датчиков, крепящихся на туго натянутом канате, а не расставленных на дне моря. При этом буровое судно может быстрее переме­ щаться в поисках точки, где не отмечены отложения валунов. Прежде чем на­ чать бурение скважины «Хекья 0-71», пришлось переместить буровое судно примерно на 400 м от первоначальной точки, с которой было предпринято девять безуспешных попыток разбурить слой валунов;

-целесообразно использовать расширители ствола скважины с крупными роликовыми расширительными элементами. Это обеспечивает ускорение раз­ буривания слоя валунов при меньшем износе расширителя;

-желательно применять соединительные элементы между долотом и рас­ ширителем увеличенного диаметра и уменьшить число этих элементов.

Предотвратить прихваты колонны бурильныхтруб было трудно вследствие весьма неравномерного распределения валунов и их падения в ствол скважины, когда долото или расширитель находились ниже слоя валунов. Для решения этой проблемы поддерживали соответствующий режим бурения, использовали высоковязкие промывочные растворы и обеспечивали прокачку раствора при больших значениях расхода.

Следовало провести специальные исследования с целью выбора оптималь­ ного раствора для бурения при таких условиях.

Основная задача при бурении скважины «Хекья 0-71» заключалась в оцен­ ке нефтегазоносное™ вскрытых ею горизонтов. Поскольку общие затраты на бурение скважины составили 50 млн дол., а суточные расходы достигали 250 тыс. дол., важно было таким образом составлять программу исследования скважины, чтобы получить наиболее ценную информацию о характеристаках пласта при приемлемой стоимоста работ. Был проведен исчерпывающий геологический анализ образцов породы и осуществлена программа газового каротажа. Кроме того, из наиболее интересных зон керны отбирали боковым грунтоносом в тех случаях, когда невозможно было извлечь их обычными ме­ тодами. Правительственные органы строго ограничивали сезон бурения в Девисовом проливе. При проводке скважины «Хекья 0-71» необходимо было сделать выбор — бурить скважину дальше или ограничиться достигнутой

глубиной и провести опробование перспективной зоны за промежуточной ко­ лонной. После всестороннего анализа решили прекратить бурение 22 сентября 1980 г. и начать каротаж и опробование скважины с тем, чтобы законсервиро­ вать ее к 10 октября — дате окончания сезона бурения. Каротаж выполняли со спуском инструментов на троссе (в том числе измерителя гидродинамических давлений) и с отбором по возможности пластовых флюидов над зонами, опро­ бование которых могло быть проведено впоследствии.

В процессе предварительного планирования перед проведением исследо­ вания скважины выбрали соответствующее оборудование и методику опро­ бования, разработали график испытаний, установив жесткие сроки их про­ ведения.

Испытания скважин с судов, оснащенных системами с динамическим по­ зиционированием положения, успешно проводили у берегов Лабрадора с 1974 г.

Врезультате этих испытаний не были выявлены проявления кислого газа или аномально высокие пластовые давления, поэтому опробование скважины «Хекья 0-71» можно было проводить с использованием колонны бурильных труб. Безусловно, перед проведением опробований необходимо было испытать

ибурильные трубы под давлением с целью выявления дефектов. Кроме того, колонна труб должна быть тщательно отцентрирована по всей длине стояка.

Врезультате удалось сэкономить довольно много времени, так как отпала не­ обходимость использования колонны насосно-компрессорных труб. Низкие температуры воды (0 °С) и большая длина стояка (360-290 м) обусловили не­ обходимость впрыскивания гликоля с целью предотвращения гидратообразования. В поверхностное оборудование были включены также датчики наличия песка в продукции скважины, которые подавали сигналы при высоком содер­

жании песка.

Другое оборудование — стандартное при проведении испытаний скважин с судна, оснащенного системой динамического позиционирования. Это штуцер, коллектор, сепаратор, горелка, извлекаемый пакер или стационарный пакер (если применяется колонна насосно-компрессорных труб), забойное испыта­ тельное оборудование (срабатывающее от давления в кольцевом пространстве), забойные устройства для измерения и регистрации давления и температуры.

Заранее был разработан точный график проведения испытаний, чтобы они завершились до окончания сезона бурения. Как предполагали, на проведение каротажа, перекрытие ствола скважины, испытания поверхностного и забой­ ного оборудования и превентора, перфорацию и опробование скважины, пере­ крытие обсаженного ствола, подъем противовыбросового устройства и снятие судна с точки бурения должно было потребоваться 19 сут. В этот срок входили семь резервных суток на случай непогоды.