Оборудование устья морских скважин в США

Увеличение числа превенторов при морском бурении вызвано большими затратами на ликвидацию проявлений, чем на ликвидацию выбросов из скважин на суше. В основном используются плашечные превенторы на 75 и 105 МПа и универсальные на 21 и 35 МПа. Последние служат для герметизации устья скважины вокруг бурильной трубы, ведущей штанги, каната и каротажного кабеля.

Превенторные установки монтируются внутри блочной рамы, и число кре­стовин принимается равным двум.

В США разработана схема обвязки противовыбросового оборудования для морского бурения на арктических островах. Для этой цели было разработано искусственное утолщение океанского льда с тем, чтобы он мог выдержать се­рийные наземные установки разведочного бурения. Скважины были пробурены до глубины 272 м, превенторное оборудование располагалось над водой. Перед началом бурения на дне океана устанавливалась направляющая плита и устье закреплялось водоотделяющей колонной. После бурения и спуска кондуктора затрубное пространство цементировали, а на колонну труб монтировали про­тивовыбросовое оборудование. Устьевое оборудование (колонная головка, водо­отделяющая труба, превенторные установки) натягивали канатами при помощи двух гидравлических цилиндров. Для долива скважины от емкости к катушке подводили отдельную линию, смонтированную выше универсального превентора.

Целесообразность монтажа превенторов под уровнем воды или на дне моря диктуется различными требованиями, основными из которых являются сле­дующие:

а) сохранение устья скважины при аварийных ситуациях и различных кли­матических условиях (движение айсберга, колебание волн и др.);

б) снятие плавучих установок без демонтажа противовыбросового обору­дования.

На выкидных линиях устанавливают штуцеры регулируемого типа. Жид­кость, поступающая из скважины, направляется в желобную систему или в специальные амбары. При морском бурении вращающиеся превенторы устанавли­вают в редких случаях, причем используют универсальный превентор, давление в котором регулируют таким способом, чтобы при малых утечках жидкости можно было расхаживать и вращать инструмент.

Фирмами, производящими установки дистанционного управления противовыбросовым оборудованием на море, являются «Стевард и Стивенсон» («Кумей»), «Камерон-Рейне», «Хайдрил» и «Ракер-Шеффер». Установки предусмат­риваются для использования на искусственных островках (суша), эстакадах и плавучих буровых судах. Управление установки состоит из насосно-аккумуляторного блока, основного и вспомогательного пультов управления, шлангов, кабе­лей и трубопроводов для рабочей жидкости. Часто основной и вспомогательный пульты управления соединены с насосно-аккумуляторной установкой многока­нальным шлангом и электрокабелем.

Фирма «Стевард и Стивенсон» выпускает насосно-аккумуляторные блоки трех серий S, G и Е, отличающиеся по степени сложности и приводом — элек­трическим или пневматическим. Серии могут быть комбинированными, всего фирма предлагает более 60 базовых установок. Давление в аккумуляторах под­держивается равным 10,5 и 21 МПа; рабочее давление в гидросистемах, равное 10,5 МПа, поддерживается регулирующим клапаном. Пневмогидравлические аккумуляторы выпускаются трех типов: S — баллонный с гибкой диафрагмой объемом 37 и 85 л; G — баллонный поплавковый объемом 75,7 и 113,55 л; В — шаровой объемом 302,8 л.

Принцип работы такой же, как на пультах управления при бурении скважин на суше:

а) перемещается рукоятка (нажатие электрокнопки) на основном пульте и подается сигнал на привод распределителя насосно-аккумуляторного блока;

б) привод перемещает золотник распределителя в соответствующее положе­ние и жидкость поступает из баллонов в полость гидропривода превентора или задвижек.

Объем жидкости в аккумуляторах равен объему, необходимому для закры­вания установленных превенторов, плюс 50% запаса.

При бурении морских скважин с подводным расположением устья ранее использовали пульты управления с гидравлическим приводом распределителей. В настоящее время действуют две или три линии связи, третий канал связи — ультразвуковой. Часто гидроаккумуляторы располагают тоже под водой, монти­руются они на блоках превенторов. Для контроля параметров и состояния пре­венторов применяют датчики.

Гидравлическая силовая установка включает насосы, резервуары, регуляторы и клапаны для эксплуатации системы. Аккумуляторная батарея хранит гидрав­лическую жидкость под высоким давлением для мгновенного использования и не содержит резиновых перегородок или полостей, которые могут быть помехой. Панель управления бурильщика расположена в буровом здании, она обеспечи­вает дистанционное (кнопочное) управление главной панелью управления, нахо­дящейся за пределами буровой. Электрическая минипанель дистанционного управления обеспечивает дистанционное управление силовой гидроустановкой и главной панелью управления из безопасного места; обычно она расположена в жилом помещении. Зарядное устройство батарей держит блок батарей пол­ностью заряженным на случай аварийного использования.

Установка комплектуется двумя лебедками (2 шт.) для многоканальных шлангов, двумя лебедками для тросов, служащих для спуска шлангов, двумя коллекторами-соединителями и подводными аккумуляторами.

Принцип работы заключается во включении соленоидного привода пневма­тического распределителя, при этом сжатый воздух подается в цилиндр привода гидравлического распределителя. Шланг малого диаметра служит для поступле­ния жидкости в полость управления подводного распределителя с целью ее от­крытия, а шланг большого диаметра — для поступления жидкости в гидроприво­ды превенторов и задвижек. Такая система управления позволяет замену шлан­гов без подъема превенторов и быстрый демонтаж. Число команд и соответ­ственно число шлангов низкого давления — до 40, время на срабатывание под­водного распределителя — не более 6 с от нажатия кнопки на пульте до откры­вания подводного распределителя при глубине моря 457 м, наружный диаметр многоканального шланга 94,4 мм.

В настоящее время широко используются установки электрогидравлического типа для дистанционного управления бурением скважин с подводным располо­жением устья. На этих установках подводные распределители имеют электро­привод и вместо многоканального шланга используется шлангокабель. Шлангокабель включает в себя шланг для подвода жидкости, а по периметру — элек­трокабели с металлической оплеткой. Применение шлангокабеля позволило ис­ключить из комплекта установки лебедки с тросами и использовать энергети­ческий силовой блок. Коллекторы опускаются на шлангокабеле.

Установка состоит из силового блока, центрального контрольного блока, принимающего сигналы от пультов управления (основного и вспомогательного), насосно-аккумуляторного блока, шлангокабеля.

Установка электрогидравлического типа управления позволяет управлять противовыбросовым оборудованием с двух пультов и с центрального контроль­ного блока. Она имеет большее число команд (100), чем гидравлический тип управления, при диаметре шлангокабеля 63,5 мм.

Фирма «Камерон» разработала мультиплексную электрогидравлическую си­стему управления превенторами при подводном бурении скважин. Вся система может быть разбита на три подсистемы:

1) поверхностная — панель управления бурильщика, гидросиловые и аккумуляторные узлы, центральная панель управ­ления, установки бесперебойного снабжения и разделения;

2) связки между по­верхностным и подводным оборудованием;

3) две подводные станции управле­ния, содержащие насыщенные электронные системы, распределительные задвиж­ки, регуляторы давления, золотниковые клапаны и, если необходимо, гидравли­ческие аккумуляторы.

Два насыщенных подводных управляющих манифольда (различаемые как желтый и голубой) расположены на опорной плите на нижней части узла мор­ского стояка, принимают электрокабель и направляют высоконапорную гидрав­лическую жидкость с помощью распределительных задвижек с электро- или гид­роприводом к рабочему цилиндру для выполнения определенных функций.

Соленоидные пилотные задвижки с электроприводом в подводной станции управления выполняют команды с помощью многоступенчатой коммуникационной системы. Пилотный соленоид возбуждается при выключении кнопочного выклю­чателя на любой из панелей управления. Световое табло показывает, когда ка­тушка каждой из задвижек возбуждена, т. е. указывает положение задвижки. Когда распределительная задвижка переведена в открытое положение, лампа индикации положения (открыто или закрыто) загорается вместе с надписью «открыто», т. е. показывается правильное положение блока и распределительной задвижки.

В мультиплексной электрогидравлической системе предусмотрены резервуар гликоля и разделяющая установка.

Резервуар гликоля является хранилищем для антифриза, который смеши­вается с рабочей жидкостью системы. Узел имеет резервуары и насосы для по­дачи к силовой установке.

Разделяющая установка обеспечивает взаимосвязь между панелью буриль­щика и центральной панелью управления с двумя электрическими кабелями управления. Она обычно располежена в чистом, безопасном месте. Бурильщик, таким образом, имеет возможность управлять всеми функциями блока, шкаль­ными и кнопочными приборами регулирования давления, измерительными при­борами и световыми индикаторами.

Центральная панель (пульт) управления одинакова с панелью бурильщика и укомплектована такой же аппаратурой для функциональной работы.

Многожильный силовой и коммуникационный кабель обеспечивает много­ступенчатую силовую и коммуникационную связь с подводными манифольдами.

Превенторная установка часто смонтирована ниже уровня воды. Подводное противовыбросовое оборудование состоит из превенторов типа U с клиновыми фиксаторами, клапана безопасности между плашечными превенторами и уни­версального превентора. Выше него обвязка устья монтируется в следующем порядке: цанговая соединительная муфта, универсальный превентор, универ­сальный шаровой узел, телескопический узел, а по бокам обвязки проложены отводы от крестовины — линии глушения и дросселирования.

Мультиплексная электрогидравлическая система включает: установку непре­рывной подачи электроэнергии, центральную панель управления, установку гид­роэнергии с панелью управления дивертером, блок аккумуляторных батарей, центральную гидравлическую линию, катушки силового кабеля и аварийные гидравлические шланги.

В нижней части превенторного блока установлены отражатель и импульс­ный приемопередатчик для акустического контроля и действия на узлы уста­новки гидроэнергии. Система управления превенторами двойная — электрическая и гидравлическая. В электрической системе установлены соленоидные клапаны и регуляторы, а в гидравлической — блок насыщения и действующее управление. Передача обеспечивается через проверочную и двойную передающую аппарату­ру. Акустическая система способна передавать ультразвуковые волны (УЗК), телесигналы и управляющие команды. Она получает информацию от контрольно- измерительных приборов стояка и угла поворота шарового узла. Электрическая система проводит контроль всей системы и непрерывный контроль блока насы­щения манифольда.

Электрогидравлическая система укомплектована двумя электрическими ка­белями и гидравлическим шлангом. Закрытие и открытие превенторов осуще­ствляется гидравлической системой, а получение информации — электроакусти­ческой системой. Мультиплексный комплекс позволяет все операции с превенто­рами проводить через силовой кабель. Кроме того, предусмотрена мультиплекс­ная подводная управляющая система манифольда.

Электрогидравлические ветви управления противовыбросовым оборудовани­ем и отводы крестовины смонтированы по бокам обвязки с целью предотвра­щения колебаний волнами моря и их повреждения. Фирма «Камерон» допускает использование любого числа дискретного аналога управления и каналов считы­вания. На нижнем основании буровой площадки устанавливают две катушки спускаемого и аварийного гидравлического шлангов и катушки силового блока.

Центральная панель управления и установка гидроэнергии связаны с па­нелью управления бурильщика. Блок аккумуляторных батарей значительно уве­личен для непрерывной работы в течение длительного времени.

Фирма «Камерон» разработала акустическую систему управления превенторными установками для подводного бурения. Акустическая коммуникационная система выполнена с целью установления двусторонней коммуникационной свя­зи между подводной и поверхностной частями и выявления функционального состояния. Акустическая система состоит из зарядного устройства поверхностных и подводных батарей, поверхностного узла управления, портативных передат­чиков. Последние смонтированы на двух трубах и опущены в море до верхнего превентора. Подводная система ОП состоит из универсального превентора и блока плашечных превенторов.

На отводах спаренных превенторов предусмотрены узлы подводных задви­жек, подводные аккумуляторы и блок подводных батарей. В нижней части бло­ка превенторов, на его горизонтальном узле установлены подводные передатчики и удлинители подводного передатчика. Управление превенторами кодиро­вано и должно обеспечить независимую работу нескольких установок (превен­торы, задвижки, штуцеры) на заданном прослушиваемом участке. Сигнальная система должна дать сигнал оператору на поверхности о подводном нарушении работы превенторной установки и задвижек.

Акустическая система использует передающее устройство с тремя тонами: один представляет I двоичной системы, другой — преобразователь 0, а третий используется между двумя тонами для отбивки и приемки. Кроме того, эта си­стема должна выполнить разбивку от данных предыдущего тона к текущему. Сигналы, посылаемые с поверхностного узла управления, принимаются подвод­ными передатчиками и передаются на подводный узел управления превентора­ми. Подводный блок зарядного устройства состоит из батарей и аккумулято­ров, число последних от 4 до 6. Весь комплекс превенторов, задвижек, аккуму­ляторов, батарей и узел управления смонтированы на вертикальном блоке. Вер­тикальный блок соединен с фланцем колонной головки при помощи четырех массивных уголков.

Фирма «Камерон» установила, что предлагаемые передающие устройства являются рациональными и имеют регулируемую длину передачи. Выходное напряжение в поверхностном оборудовании — 500 В в преобразователь, смон­тированный на корпусе поверхностной установки, 400 В — в портативный пре­образователь. Управление панелью осуществляется двумя руками. Кнопка пере­дачи нажимается вместе с кнопкой требуемой функции для включения передат­чика. Испытательная установка моделирует электронагрузку подводного соле­ноидного клапана, проверяет электрические характеристики подводной системы и контролирует подводные батареи. Поверхностные зарядные устройства бата­рей, кроме заряжания батарей обеих систем, позволяют создавать автоматиче­скую циркуляцию свежего воздуха через камеру подводной батареи перед за­рядкой и в процессе зарядки.

Телеметрическая система дистанционного управления противовыбросовым оборудованием с подводным расположением устья создана фирмой «Стевард и Стивенсон». Установки рекомендуются для применения на глубине моря до 3658 м [9].

Установки телеметрического типа для дистанционного управления с под­водным расположением устья более совершенны, чем с гидравлическим и элек­трогидравлическим пультами управления. Телеметрическая система подает высо­кочастотные импульсы на электронный блок, установленный ниже противовыбро­сового оборудования, а жидкость подается под давлением по отдельному шлангу. В телеметрической установке имеются электронные блоки — на поверхности и на устье под водой. Электрический сигнал с пульта управления передается на центральный контрольный блок, затем в электронный блок, а после кодирова­ния — в подводный электронный блок. Сигнал декодируется, подается на буро­вую (сигнал о принятии команды), и надводный электронный блок повторяет команду.

В комплект установки телеметрического типа включена аварийная акусти­ческая система для управления двумя превенторами, двумя задвижками и верх­ней соединительной муфтой при выходе из строя основного управления. Акусти­ческие сигналы направляются и принимаются гидрофонами, установленными на буровой и блоке превенторов. Подводная акустическая часть состоит из гидро­фона, декодирующего и исполнительного устройств и пневмогидравлических аккумуляторов. Противовыбросовое оборудование монтируется задвижками фир­мы «Камерон», «Мак Эвой» и др. Манифольд противовыбросового оборудования изготавливается по трем схе­мам на рабочие давления 21, 35, 70 МПа и выше. Число задвижек увеличено по сравнению с блоками задвижек, устанавливаемыми на буровой при сооружении скважин на суше. На линии дросселирования имеются две задвижки с гидроприводом.

Фирма «Ракер-Шеффер» выпускает задвижки типа СВ с компенсирующими камерами малого и большого объемов. Задвижки автоматически закрываются.

Фирма «Мак Эвой» выпускает задвижки модели С для работы под водой с системой автоматического впрыскивания замазывающей массы. Задвижки мо­дели ЕИ применяются на выкидных линиях для предотвращения гидравличе­ского давления на закрытие, когда две задвижки установлены на нескольких предохранителях от взрыва (блокаут-превентор).

Подводное оборудование фирмы «Мак Эвой» для подводного бурения со­стоит из стволовой подводной задвижки, блокирующего клапана, отводных и V-образных секущих или составных блокирующих задвижек. Конструкция под­водных установок усовершенствована таким образом, что установки могут ис­пользоваться на удлиненных обсадных головках скважин.

В состав манифольда включают регулируемый дроссель с дистанционным управлением.

Выкидные линии от подводного противовыбросового оборудования (глуше­ния и дросселирования) имеют сложную конструкцию и разветвления. Выше уровня моря линия дросселирования соединяется с линией глушения. Фирмой разработана типовая схема манифольда для подводного расположения противо­выбросового оборудования. Линия глушения подключена к насосам высокого давления и к буровым насосам. Линия дросселирования заканчивается отводами на сепаратор и на факел. Линия глушения соединена с линией дросселирования. В обвязке предусмотрен регулируемый дроссель.