Плавучие буровые установки: полупогружное судно

Транспортируются платформы до места работ как самоходным способом, так и при помощи буксиров. На месте удерживаются огромными якорями массой приблизительно 15 т. Однако поддерживать постоянную нагрузку на подобную плавучую конструкцию довольно сложно и дорого, поэтому в современных ППБУ, таких как Deepwater Horizon, применяется цифровая система позиционирования, которая постоянно удерживает платформу при помощи подводных двигателей. Используя данную систему, от заданного места платформа может отклониться всего на несколько метров.
В конструкцию таких платформ входят верхний корпус, нижние понтоны, стабилизирующие колонны. Последние сверху присоединяются к корпусу, а в нижней части – к понтонам. При заполнении понтонов морской водой происходит их погружение (обычно на 18-30 м), при этом над поверхностью воды находится часть колонн и сам верхний корпус. Далее система заякоривается. В результате площадь ватерлинии резко уменьшается, что способствует уменьшению волновых нагрузок и облегчает задачу неподвижного удерживания платформы на месте. Внутреннее пространство колонн имеет водонепроницаемые отсеки, в которых размещается различное оборудование, складские помещения, технологические и энергетические блоки. Понтоны также имеют внутренние отсеки, предназначенные для размещения технической и балластной воды, масла, топлива и т. п.


Рисунок 2 - Схема полупогружной буровой установки

Акустическая аппаратура принимает свои же сигналы, отражаемые от дна, а вычислительная машина, соответственно, определяет текущие координаты установки и при необходимости подаёт сигналы на двигатели, возвращая платформу в исходное местоположение.
Эффективность данной системы с глубиной только возрастает, поэтому используют ППБУ с динамическим позиционированием для работ на глубинах до 6000 м. ППБУ вышеперечисленных систем удерживаются полупогруженными в воду благодаря плавучести опор. Однако данная конструкция чрезвычайно чувствительна к изменениям схемы нагрузки платформы, возникающим, например, при перемещении тяжёлого оборудования на верхнем корпусе.
На приливно-отливных акваториях работать на этих платформах чрезвычайно тяжело – установка смещается по горизонтали, что вызывает провисание или обрыв тросов якорей. Этих недостатков лишён третий тип конструкции ППБУ – на натяжных опорах. В настоящее время они используются наиболее активно. Их основные элементы – опоры, понтоны, фундамент и растяжки для их соединения. Схема монтажа данной ППБУ следующая: Фундамент, часто выполняемый в виде пустотелой массивной ёмкости, первым буксируется на место, куда доставляются и растяжки нужной заранее просчитанной длины. Растяжки нижними концами сцепляются скобами с фундаментом, отсеки которого заполняется водой пока лишь частично.
Количество воды рассчитывается таким образом, чтобы фундамент погрузился не до самого дна, а на расстояние, на котором верхние части растяжек находились бы над поверхностью воды. Фундамент опускается в воду. Растяжки имеют положительную плавучесть, поэтому под водой они сами занимают вертикальное положение. Далее приходит платформа, верхние края растяжек закрепляются на понтонах, после чего оставшиеся секции фундамента полностью заполняются водой. Далее фундамент погружается на дно, увлекая понтоны на просчитанную глубину.
Необходимость бурения на глубинах моря, превышающих возможности оснований гравитационного типа, привела к созданию в начале 60-х годов, так называемых полупогружных плавучих буровых установок (ППБУ).
Отличительная особенность ППБУ — относительная легкость перемещения, постановки на точку бурения и снятия с нее, повышенная устойчивость к воздействию ветра, волнения и течений, возможность бурения на глубинах акваторий до 6000 м, а также незначительное увеличение стоимости по мере роста глубин моря.
ППБУ применяют в разведочном бурении на морских нефтяных и газовых структурах и месторождениях в акваториях с глубин 90—100 м, когда использование СПБУ становится экономически не оправданным, до глубин 200—300 м и более.
ППБУ состоят из верхнего корпуса, стабилизирующих колонн и нижних понтонов. Колонны в верхней части присоединены к корпусу, а в нижней — к понтонам. Понтоны и корпус соединены между собой и с колоннами прочными трубчатыми связями. Особенность конструкции установки при ее погружении в воду — резкое сокращение площади действия ватерлинии, что приводит к уменьшению волновых нагрузок на установку. В соответствии с Правилами Регистра СНГ ППБУ должна иметь клиренс не менее:

м (1)

в состоянии штормового отстоя и в рабочем состоянии.

м (2)

Здесь h50 — высота волны 50-летнего шторма для данного района моря, м.
Рабочая (верхняя) палуба обычно представляет собой конструкцию трех-, четырех-, пяти- и более угольной формы, на которой размещены двух- и трехъярусные водонепроницаемые надстройки для размещения экипажа, а также энергетические и технологические блоки, складские помещения и другое оборудование.
Стабилизирующие колонны ППБУ разделены на водонепроницаемые отсеки, в которых размещены склады материалов, насосные отделения, цепные ящики и другое оборудование. Отсеки стабилизирующих колонн размещаются в районе ватерлинии, иногда заполняются полиуретановой пеной или пенопластом. В нижних понтонах и стабилизирующих колоннах размещены v цистерны балластной и технической воды, топлива, масла и др.
Существует три способа транспортировки ППБУ: с помощью буксиров, самоходный, комбинированный (буксировка в сочетании с самоходным).
К настоящему времени разработан ряд буксируемых и самоходных ППБУ. По способу удержания над скважиной в процессе бурения их можно разделить на три типа: с якорной системой удержания; с динамическим позиционированием; на натяжных опорах.

1.3 Особенности работы ППБУ

При работе на открытой воде преимущественно в летний период ППБУ производит бурение, будучи заякоренной над местом бурения. При этом буровая платформа 1 (рисунок 3) размещается на понтонной части, состоящей из понтонов 2 и стоек 3, и надежно соединяется с ней посредством специальных фиксирующих устройств (на рисунках не показаны). При работе на покрывающейся или на уже покрытой льдом воде, когда штормовая активность снижается, якорные устройства извлекаются, а удержание ППБУ над зоной бурения осуществляется специальными системами динамического удержания. При этом, если лед недостаточно прочен, производится его разрушение в зоне ППБУ, например, с помощью ледокола. Когда же лед приобретает достаточную прочность, а также при прохождении полей пакового льда фиксирующие устройства, соединяющие платформу 1 и понтонную часть 2, освобождаются и платформа, например, своим ходом сходит на лед. При этом понтонная часть, если позволяет глубина, уходит под лед, прижимаясь к его обратной поверхности и создавая усилие снизу на лед, приблизительно равное весу платформы 1, что достигается регулировкой плавучести понтонной части. В таком положении лед не прогибается и обеспечивает дополнительную несущую способность. Бурение продолжается, при этом лед разрушается лишь непосредственно в зоне буровой штанги. После прохождения ледового поля платформа пересаживается на понтонную часть, не прерывая буровых работ.
При прохождении быстродвижущихся ледовых полей толстого пакового льда, особенно на мелководье, бурение прекращается, платформа выходит на лед и, перемещаясь относительно движущегося льда, продолжает удерживаться над зоной бурения, а понтонная часть, либо перекантовавшись, чтобы движитель, который обычно контактирует со льдом, оказался внизу, либо разделившись на части 6 и 7, которые при этом занимают горизонтальное положение, также выходит на лед и движется вместе с платформой. После прохождения ледового поля элементы понтонной части входят в воду, состыковываются между собой и принимают на себя платформу, после чего бурение возобновляется.
После завершения буровых и прочих работ на одном месте ППБУ переплывает или переезжает вышеописанными способами на новое место и возобновляет работы.
При необходимости ведения буровых работ на суше, например, на островах, ППБУ погружается до платформы, платформа отсоединяется, своим ходом доплывает до берега и выходит на сушу.