книги / Освоение малых морских месторождений

подъем, равный 2,4 м, — максимальный параметр, при котором следует начинать отсоединение и подъем эксплуатационного райзера. При этом S -образные патрубки отсоединяют, а трубы под­ нимают и укладывают на палубе. Райзер диаметром 254 мм поднимают аналогичным образом до того момента, когда универ­ сальная подвеска выйдет из стола ротора. После отсоединения от маннфольда райзера диаметром 254 мм можно осуществить бал­ ластировку баржи для повышения ее остойчивости. Если погода продолжает ухудшаться, то в каждой скважине закрываются кла­ пан ы-отсекатели, после чего два блока управления отсоединяются от подводного маннфольда и поднимаются на поверхность. Эта операция обычно не проводится, поскольку гибкие шланги могут выдерживать существенные перемещения установки без пагубных для них последствий.

При возобновлении процесса добычи операции проводятся в обратной последовательности. Обычно с помощью телекамер, установленных на подводном манифольде, спуск и защелкивание райзерной системы осуществляются до повторной швартовки тан­ кера.

До начала швартовки проводится визуальный осмотр плаву­ чего грузового шланга и швартова, с тем, чтобы удостовериться, не запутались ли они, как это часто бывает. Если с ними все в порядке, танкер может провести швартовку при высоте волны до 4,5 м и скорости ветра 36—45 км/ч.

Все подводные выкидные линии и раизеры перед началом до­ бычи подвергаются опрессовке водой. Эта операция имеет две цели: она позволяет определить целостность подводных трубопро­ водов, а также делает возможным управление работой устьевых клапанов посредством минимального перепада давления, благо­ даря чему уменьшается их износ.

Втабл. 2.1 приводятся данные, которые могут представлять интерес при рассмотрении вопроса об использовании плавучего средства для добычи нефти или загрузки танкеров.

Вней отражен период с 1978 по 1982 г., как наиболее реп­ резентативный. Простои и периоды эксплуатации берутся примени­ тельно ко всей системе. Простои по отдельным скважинам не учи­

тываются.

Стальные райзерные системы имеют ряд недостатков, основной из которых — чувствительность к погодным условиям, приводящая к потерям в добыче. Эта чувствительность обусловлена качкой

- баржи в периоды плохой погоды.

Качка представляет собой сложное движение, состоящее из четырех основных элементов, налагающихся друг на друга. Это вертикальная, бортовая и килевая качки и отклонение от задан­ ного положения. Если при плохой погоде райзер остается соеди­ ненным с баржей, то возможно его повреждение от столкновения по вертикали с палубой баржи или от столкновения по горизон­ тали с^подводной частью ее корпуса. Поэтому в случае ухудше­ ния погодных условий райзер должен быть поднят на поверхность

42

и оставлен на вышке в ожидании повторного спуска. Результатом этой операции является временное прекращение процессов добы­ чи, и, соответственно, падение прибыли.

Иногда происходит повреждение труб манифольда вследствие ослабления фланцевых соединений при передаче на них через райзер переменных напряжений изгиба в период плохой погоды. Простым и эффективным способом решения этой проблемы оказа­ лось применение стопорных гаек.

Оборудование для спуска и подъема райзера включает тради­ ционную буровую вышку, лебедку и сопутствующие системы. Это не улучшает рабочие характеристики плавучей эксплуатационной установки, поскольку в плохих погодных условиях ее остойчивость уменьшается вследствие понижения центра тяжести. Контроль за усталостным износом райзера осуществляется на берегу, куда райзер доставляется для проведения полного неразрушающего об­ следования. Такое обследование проводится ежегодно и включает

процессе добычи (танкер преры­ вает швартовку из-за плохих

погодных условий)

Максимальный отбор составил 6,6 тыс. мэ/сут (при плаке 11,1 тыс. и3/сут)

• Цифры а скобках по 1982 г. получены после б нсдсльного капитального ремонта SBM.

43

троль всех райзерных труб с использованием магнитного порошка с целью выявления поверхностных трещин, рентгеновское и ультразвуковое сканирование стыковых швов с целью обнаруже­ ния трещин в зонах термического влияния или з наплавленном металле и ультразвуковой контроль толщины стенок для выявле­ ния эрозии. Кроме того» специально обследуют замковые соеди­ нения, с тем чтобы обнаружить возможное повреждение замка, резьбы или уплотнения. При необходимости осуществляют ремонт. Такие обследования часто проводят в присутствии представите­ лей управления конструирования трубопроводов Департамента энергетики.

Программа расчета динамических нагрузок, разработанная для нецельного варианта райзера, показала, что уровень напряже­ ния райзера при рабочей высоте волны 7,5 м был значительно ниже, чем рабочее напряжение применявшейся стали. Высота вол­ ны 7,5 м рассматривалась как предельная, поскольку это была максимальная высота, при которой танкер оставался пришварто­ ванным к бую. Критерий усталостной прочности материала при­ нимался равным 50 % значения предельного усталостного напря­ жения исходного материала райзера.

S-образные патрубки

При плохой погоде обычно проводится снятие S-образных пат­ рубков. С этой целью в отверстие буровой шахты на тросе спуска­ ется рабочий, который вручную отсоединяет (присоединяет) S-об­ разный патрубок. Амплитуда "Вертикальных колебаний установ­ ки может достигать при этом 2 м. Операция является опасной, однако при проведении данного исследования особых проблем, связанных с ремонтом н обслуживанием, не было.

Соединительные шланги

Каждый райзер соединен с палубным манифольдом посред­ ством шланга высокого давления, который принимает на себя ко­ лебания установки. Эти шланги были постоянным источником проблем до тех пор, пока не начали применяться специальные гиб­ кие шланги» изготовленные во Франции. Помимо того, что перво­ начальный вариант шланги содержал резиновые соединения, с ко­ торыми вступала в реакцию подвижная нефть, он еще создавал проблему диффузии газа высокого давления в резиновом материа­ ле, В результате газ скапливался между слоями материала, рас­ ширялся и образовывал на шланге вздутия. На некоторых скважинах месторождения Аргилл, где давление и температура были высокими, такие шланги выходили из строя менее чем за 30 дней. С внедрением новых гибких шлангов эта проблема была решена.

44

Подводные соединительные узлы

При эксплуатации подводного манифольда и подводной устье­ вой арматуры возникли некоторые проблемы. Одна из них касалась напряжений в фиксированных концах труб. Эти напряжения воз­ никали вследствие перепадов температур в выкидных линиях в процессе эксплуатации и остановки скважин, что приводило к ос­ лаблению соединений и к появлению трещин в сварных швах. Чтобы решить эту проблему были опробованы два нововведения.

Первоначально подсоединение выкидных линий осуществля­ лось водолазами, которые устанавливали фланцы между выкид­ ной линией и манифольдом или устьем. Для решения температур­ ной проблемы выкидная линия была отнесена на 10—15 м в сто­ рону от манифольда или устья. При расширении и сжатии линии напряжение снималось за счет изгиба прямоугольного и прямо­ линейного отрезков трубопровода.

Опыт работы в плохих погодных условиях показал, что более удобным вариантом является применение между выкидной линией и устьем (манифольдом) соединительных шлангов. Дополнитель­ ные расходы на изготовление специального соединительного шлан­ га окупаются за счет экономии времени на водолазные работы.

Месторождение Бучан

Схема обустройства месторождения Бучан представлена на рнс. 2.5. Основная информация по этому месторождению приведе­ на ниже.

45

Эксплуатационный райзер, так же как на месторождении Аргилл, не рассчитан 'на суровые погодные условия (рис. 2.6). В плохую погоду он должен затаскиваться на вышку и там хранить­ ся. Райзер рассчитан на максимальную высоту волны 12 м, но его подъем следует начинать при гораздо меньшем волнении. Одна­ ко фактором, ограничивающим добычу, является в большей сте­ пени не райзер, а неспособность танкера продолжать загрузку у буя при плохих погодных условиях.

Конструкция райзера показана на рис. 2.7, До внедрения газ­ лифта пакет райзеров включает один центральный райзер тран­ спорта продукции диаметром 305 мм и десять райзеров диамет­ ром 102 мм. Из числа десяти райзеров диаметром 102 мм восемь — эксплуатационные райзеры (по одному от каждой из восьми сква­ жин) и два — обслуживающие райзеры.

Каждый райзер не зависит от других и может спускаться и на­ тягиваться отдельно. Однако поскольку райзеры диаметром 102 мм проходят через направляющие воронки, их поперечное отклоне­ ние вызывает отклонение райзера диаметром 305 мм. Эти напра­ вляющие воронки прикреплены к плечам, установленным через каждые 7,6 м вдоль всей длины райзера диаметром 305 мм. Поэ­ тому хотя каждый райзер в пакете независим в осевом движе­ нии, при поперечном отклонении пакет ведет себя как единый слож­ ный элемент.

Чтобы уменьшить изгибающие напряжения у основания рай­ зеров, на райзере транспорта всей продукция непосредственно над манифольдом устанавливают универсальный шарнир, Кро­ ме того, придонное звено каждого эксплуатационного райзера длиной 15 м изготовляют из особо толстостенных труб. С внедре­ нием газлифта к каждому эксплуатационному райзеру добавляют

Рис. 2.5. Схема обустройства месторождения Бучан:

/ — подводная опорная рама на четыре скважины типов В I . В-2. В-3 к В-5; 2 — подводный мани-

фольл; 3 — линия внешнего транспорта нефти диаметром 305 мм; 4 — рвйасрная система; 5 — скважина вне опорной рамы В-6; 6 — выкидные линии 4 ммХ 101,2 мм; 1 — два пакета гибких линий управления;

47

6

Рис. 2.6. Спайдерный захват (а) и ранзерная система (б) на месторождении Бучан:

38 нм, идущий к натяжным устройствам; М — скебновый узел (двойной); (4 — s-образный нитруй к

газлифтный райзер диаметром 51 мм, для чего в направляющих воронках предусмотрены соответствующие приспособления. В основу конструкции райзерной системы положен принцип гиб­ кости операций. Для отбора поступающей из пласта жидкости спускается только необходимое число райэеров. В случае надоб­ ности отдельные райзеры можно поднять и заменить новыми не извлекая весь пакет. С другой стороны надо отметить, что при

4 8

Рис. 2.7. Схема райзернон системы на месторождении Бучэн;

/ — устыжая арматура; 2 — 15-метровое »*еио

толстостенных тру0 (диаметр 102 ч«) , 3 —

газлифтный райтср диаметром 500 ми; 4 -*

женлуатацнонный райаер диаметром 100 мм;

5 —’ к натяжным устройствам; 6 — гибкий шланг; 7 «-образный патрубок; 8 — уровень мори (глу­

спайдсрный захват иа направлявших воронках.

/2 — универсальный таркнр диаметром 300 мм; /3 ~ соединительны* утлы; 14 — маннфольд. /5 опорная рама

этом возрастает расход времени на проведение операций по спус­ ку и подъему райзеров, что связано с последовательными рабо­ тами по отдельным линиям.

В процессе разработки райзерной системы были проведены многочисленные расчеты, а также модельные испытания пакета райзеров с целью определения скоростного и инерционного коэф­ фициентов для отдельных райзеров. Результаты использовались при осуществлении программы, связанной с изучением напряже­ ний, с тем, чтобы можно было прогнозировать изгибающие дви­ жения отдельных райзеров и поведение пакета райзеров в целом. Был проведен спектральный анализ усталости райзеров для оп­ ределения их усталостной выносливости, а также усталостные испытания ранзерных резьбовых соединений. Кроме того, в про­ цессе эксплуатации осуществляется наблюдение за поведением райзеров с помощью контрольно-измерительных приборов, кото­ рые фиксируют такие параметры, как изгиб универсального шар­ нира и деформация стенок трубы в двух точках на райзере.

Рис. 2.8. Схема расположения опорной рамы, скважин и манифольда (а) н устройство опорной рамы (б):

1 — донная опорная раме; 2 ~~ выкидная линия от сателлнтных скаажнн; <3 — подводная устьевая арматура; 4 — эксплуатационные раАэеры; 5 — спайдерный захват; £ пакет линий управления; 7 — центральный райзер транспорта продукции; 9 — выкидные лилии от сателлитных скважин. 1 0 — линии

управления

Опорная плита и манифольд на месторождении Бучан

Для осуществлении программы эксплуатационного бурения было необходимо построить и установить опорную плиту, рас­ считанную на куст подводных скважин. Сделать это нужно бы­ ло летом 1977 г.

50

Чтобы облегчить изготовление плиты, решено было упростить ее конструкцию, Поскольку окончательное расположение сква­ жин не было определено, в опорной плите предусматривался ряд гнезд для бурения скважин, а также опорные приспособления для выкидных линий. Проектирование, изготовление и установка опор­ ной плиты были осуществлены за четыре месяца.

Выбор был остановлен на опорной плите с восемью гнездами для скважин (рис. 2.8). Расстояние между центрами скважин сос­ тавляет 5,2 м. Одно гнездо занимает подводный манифолъд. Та­ ким образом, предусмотрена возможность подсоединения к опор­ ной плите пяти скважин при сохранении двух свободных гнезд на случай остановки бурения в любом направлении. Опорную пли­ ту устанавливают на морском дне на юбке высотой 0,65 м, распо­ ложенной вокруг основания каждого кондуктора диаметром 1,22 м. Плиту закрепляют на дне посредством четырех свай диаметром 300 мм. Если дно неровное, то плиту выравнивают с помощью са­ моподъемных устройств, установленных на сваях.

Плита массой 90 т была доставлена на месторождение на бар­ же, С помощью гусеничного крана, установленного на борту большого судна снабжения, опорная плита по прибытии на точку была спущена в воду. Затем, используя лебедку, ее опустили на морское дно, где водолазы завершили ориентирование и позицио­ нирование плиты примерно в 7 м от существующей разведочной скважины, которую предполагалось подсоединить к плите в каче­ стве эксплуатационной. Сваи забивали посредством небольшого подводного вибромолота. Выравнивать плиту не потребовалось, она была прикреплена к сваям кольцевыми пакерами. Всего на установку ушло 4 дня.

Ход бурения и строительства подтвердил жизнеспособность простой конструкции опорной плиты. Если бы понадобилось пе­ реработать проект, то изменения были бы незначительными.

Вслед за установкой плиты в августе 1977 г. началось буре­ ние четырех скважин. Оно продолжалось в течение 14 мес и вклю­ чало установку 90-метрового кондуктора диаметром 760 мм» ко­ торый должен был служить основанием для подводного манифольда. В ожидании доставки подводной устьевой арматуры скважины были временно законсервированы.

Одновременно летом 1978 г. в течение 4 мес с помощью вто­ рой буровой установки велось бурение двух сателлитных скважин. График буровых работ соблюдался, несмотря на то, что перво­ начальная программа, предусматривавшая бурение пяти скважин с опорной плиты и одной сателлитной скважины, была заменена новой программой, согласно которой требовалось пробурить че­ тыре скважины с опорной плиты и две сателлитные скважины (одна из которых была пробурена в центральной части пласта). На скважинах применялась устьевая арматура блочного типа (рис. 2.9). Каждая из них имела массу 52 т и устанавливалась единой компоновкой. Нижний блок такой арматуры включает двойную стволовую задвижку с ручным приводом, а верхний —