Июн 12 2003

ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЛАВУЧИХ БУРОВЫХ УСТАНОВОК В СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ЧЕРНОГО МОРЯ

Опубликовано в 13:27 в категории Проблемы Черного моря

ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЛАВУЧИХ БУРОВЫХ УСТАНОВОК В СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ЧЕРНОГО МОРЯ

В.Р. Душко, С.Э. Кешфиев и В.М. Кушнир

Севастопольский национальный технический университет, Украина

Постепенное истощение запасов нефти и газа на суше и обострение энергетического кризиса являются главными причинами более широкого освоения нефтяных и газовых ресурсов шельфа. В настоящее время все большее внимание уделяется морскому бурению, при котором применяют различные типы плавучих буровых установок: полупогружных (ППБУ), самоподъемных (СПБУ), погружных (ПБУ) и других. Известны различные конструкции таких платформ [1]. Их общими элементами являются стабилизирующие или опорные понтоны; опорные колонны, к которым крепится верхняя площадка с буровой вышкой и технологическим оборудованием, жилыми модулями и запасами. ППБУ с двумя понтонами наиболее удачно совмещают в себе основные качества, необходимые для плавучей буровой, и имеют значительные преимущества по сравнению с другими платформами [1] В качестве примера на рис. 1 приведена конструкция ППБУ катамаранного типа

Рисунок 1 – Полупогружная платформа катамаранного типа

На плавучие платформы для глубоководного бурения (главным образом это ППБУ) воздействуют поверхностные волны, ветер и течения. Они вызывают горизонтальные смещения платформы, которые ограничиваются якорной и (или) динамической системами стабилизации и, как правило, не превышают 2…2,5% от глубины места. Такие значения горизонтальных смещений обычно считают возможным верхним пределом, так как они компенсируются за счет гибкости бурильной колонны и специальных компенсаторов без нарушения номинального режима бурения.

Воздействие поверхностных волн на плавучие буровые является относительно сложным из-за их пространственно-временной структуры и различных гидродинамических эффектов при взаимодействии с конструктивными элементами. Обычно платформы имеют размеры, которые сопоставимы с длиной волны, поэтому, при взаимодействии с ней могут появиться дифракция, рефракция, а также резонансное увеличение амплитуды угловых и вертикальных колебаний. Резонансные эффекты кроме дестабилизации платформы приводят к увеличению механических напряжений в ее конструктивных элементах.

Наибольшие ограничения на использование ППБУ оказывают их вертикальные перемещения. Значительная вертикальная качка может привести к повреждению бурильной колонны, разрушению водо-отделительной конструкции и даже устья скважины. Для обеспечения безопасности работ используется специальное оборудование, компенсирующее вертикальные перемещения. Однако этого может оказаться недостаточно в условиях штормовых волн, которые могут при определенных условиях привести к аварийным ситуациям и для других типов платформ. Таким образом, воздействие штормовых волн на плавучие буровые установки относится к числу актуальных проблем их использования в конкретных районах и, в частности, в северо-западной части Черного моря, где по данным геологических исследований обнаружены значительные запасы углеводородных энергоносителей.

Анализ указанной проблемы в первую очередь связан с оценками параметров экстремальных штормовых условий в северной части Черного моря. Такие оценки выполнены на основе теории выбросов случайных функций [2] и приведены ниже в Таблице 1.

По данным этих оценок экстремальные значения скорости ветра, возможные один раз в 100 лет составляют 41,5 м/с. По данным наблюдений эта величина равна примерно 40 м/с, что незначительно отличается от полученных оценок. Продолжительность экстремально высоких  значений скорости ветра свыше 37 м/с (1 раз в 100 лет) может составлять 17 часов, один раз в год экстремальный ветер со скоростью свыше 23,8м/с может действовать в течение 21,8 ч. Эти расчетные данные находятся в хорошем соответствии с данными прямых метеонаблюдений, которые приведены в климатических справочниках.

В северо-западном районе Черного моря преобладает штормовой ветер северного и северо-западного направлений. При этом длина разгона штормовых волн составляет примерно 200 км. Используя соотношения известной модели ЛОГОИН-Союзморниипроект для расчета параметров поверхностных волн на глубокой воде [3], находим: амплитуда волны 1% обеспеченности , период волны , длина волны .                                            

Таблица 1 – Оценки экстремальных параметров ветрового режима

Период, лет

Параметры экстремального ветрового режима

Wp ,м/с

We ,м/с

tw ,сут

1

23,84

32,00

0,91

5

29,25

33,35

0,89

10

31,30

34,60

0.85

25

33,81

37,15

0,79

50

35,59

40,70

0,73

100

37,29

41,50

0,71

Примечание: Wp-средняя величина скорости экстремального штормового ветра с продолжительностью t (сут), We- максимальное значение скорости ветра.

По данным Регистра [4] в северо-западном районе Черного моря наблюдаются волны высотой 9 м один раз в 15 лет и высотой 12 м – один раз в 30 лет. Если для оценки экстремальных значений использовать экспоненциальное вероятностное распределение и определить соответствующие эмпирические параметры  на основе указанных данных о высотах волн (, , то экстремальная высота волны, возможная один раз за период 50 лет, равна 14,65 м ( м). Это менее, чем на 5% отличается от приведенной выше оценки амплитуды волны, вычисленной по данным об экстремальной скорости ветра.

Штормовые волны высотой 10…12 м могут приводить к разрушению устья скважины и попаданию различных загрязнителей в морскую среду. Кроме этого, загрязнения могут попадать в море в обычных режимах проведения буровых работ и, следовательно, необходимо соответствующее оборудование для определения типов и концентрации таких загрязняющих веществ.

Анализ технологических процессов морской нефтегазодобычи при обычных условиях эксплуатации показывает, что воздействие на природную среду происходит вследствие осложнений и нарушений технологических режимов при бурении, результатом которых являются несанкционированные сбросы нефтяных углеводородов и других загрязняющих веществ.

Как показывает мировой опыт, неуправляемые поступления пластовых флюидов по скважинам (открытые фонтаны и выбросы) представляют собой наибольшую опасность и являются основной причиной загрязнения морской среды.

К основным источникам загрязнения морской среды при морском разведочном бурении относятся: сама скважина; система хранения, приготовления и циркуляции бурового раствора, химических реагентов и утяжелителей; буровое оборудование; система жизнеобеспечения буровой платформы.

Рисунок 2 - Перечень и классификация основных химических загрязнителей

морской среды при морском разведочном бурении на шельфе

Из этих источников в море попадают: буровой шлам; глинистый раствор и химически обработанная промывочная жидкость; буровые сточные воды; пластовые воды; хозяйственно-бытовые сточные воды. Вышеперечисленные составы содержат широкий спектр загрязняющих веществ, оказывающих негативное влияние на экологию морской среды. Основное место среди них занимают нефть и нефтепродукты, а также поверхностно-активные вещества.

Перечень и классификация основных химических загрязнителей морской среды при морском разведочном бурении на шельфе приведены на рис.2.

Таким образом, разведочное и эксплуатационное бурение на нефть и газ на шельфе Черного моря может быть причиной потенциально возможного химическое и биологическое загрязнение морской среды, что может пагубно сказаться на состоянии морской экосистемы.

Спектр возможных загрязнителей морской среды достаточно широк, однако по количественному содержанию (объему) и экологической опасности в первую очередь следует выделить нефть, нефтепродукты и СПАВы.

Все загрязнители морской среды при морском разведочном бурении при попадании в воду изменяют ее физико-химические параметры, характеризующие качество воды (содержание растворенного кислорода, окисляемость, соленость, рН), а также мутность.

Для оперативного контроля и прогнозирования экологических особенностей моря в районе расположения ППБУ должен быть проводится экологический мониторинг водной среды. Такой мониторинг должен обеспечивать: 1. Регулярное автоматическое измерение экологических параметров морской воды; 2. Постоянное индицирование основных параметров экологического состояния и сопоставление с их фоновыми и предельными значениями; 3. Регулярное (в согласованные сроки) формирование сообщений об экологической обстановке в районе ведения буровых работ и их передачу в береговую группу сопровождения буровых работ и в местную службу государственных органов охраны природы.

Литература

1. Галахов И.Н., Литонов О.Е., Алисейчик А.А. Плавучие буровые платформы / Л.: Судостроение, 1981.-223 с.

2. Кушнир В.М., Федоров С.В., Коваленко В.Р. и др. Отчет по проекту «Ресурсы шельфа» целевой научной программы «Научные основы наращивания минерально-сырьевой базы Украины». Номер Гос. Регистра 0102U001482. МГИ НАН Украины. Севастополь. 2002. –98 с.

3. Расчет режима морского волнения Методические указания, вып.42. Москва: ГОИН, 1979. -96 с.

4. Регистр СССР. Ветер и волны в океанах и морях. Справочные данные. Л.:"Транспорт". 1974. - 359 с.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.