Система динамической стабилизации

Практическое занятие №6

Тема:Системы удержания плавучих буровых средств (ПБС) на точке бурения.

План:

1. Якорные системы удержания

2. Системы динамической стабилизации.

Цель:закрепить полученные знания на лекции, ознакомить студентов с системами удержания плавучих буровых средств на точке бурения.

Контрольные вопросы:

1. Какие системы удержания вы знаете?

2. Из чего состоит якорная система?

3. Из чего состоит система динамической стабилизации?.

4. Чем отличаются эти две системы удержания ПБС ?

5. По каким причинам на глубинах более 200 м используют динамические системы стабилизации?

Глоссарий:

Точка бурения – заранее выбранное и подготовленное место на морском месторождении нефти или газа, где помещают плавучую буровую установку или стационарную буровую платформу.

Плавучая (самоподъемная) буровая установка – плавучий понтон, над которым расположена буровая вышка. На нем размещается буровое и вспомогательное оборудование, многоэтажная рубка с каютами для экипажа и рабочих, электростанция и склады.

Стабилизация динамическая – автоматизированный комплекс, включающий в себя энергетическую установку, двигатели, подруливающие устройства и компьютеризированную систему управления.

Лебёдка - механизм, тяговое усилие которого передается посредством каната, цепи, троса или иного гибкого элемента от приводного барабана.

Превентор — противовыбросовое устройство, устанавливаемое на устье скважины с целью её герметизации в чрезвычайных ситуациях при бурении.

Системы предназначены для удержания в заданных пределах отклонения бурового плавучего средства (БС и ППБУ) от оси бурящейся и эксплуатирующей скважины в горизонтальном направлении.

Обычно горизонтальное перемещение бурового плавучего средства не превышает 5-6 % глубины моря.

Радиус максимального отклонения R=0.06H,

Где 0,06 – максимальное относительное отклонение, ограничиваемое напряжениями в трубах водоотделяющей колонны и углом отклонения нижнего шарнирного и шарового или другой конструкции соединения; Н- глубина моря, м.

В зависимости от глубины моря Н все ПБС оснащают одной из следующих возможных систем удержания на точке бурения:

· При глубинах моря до 200м – с помощью якорных цепей или тросов, либо комбинированной системы (якорных цепей и тросов);

· На глубинах моря более 200м – с помощью динамической системы стабилизации (динамического позицирования).

Якорные системы удержания

Буровое плавсредство и систему заякоривания рассматривают как единый комплекс, за исключением случаев экстремальных погодных условий.

Система заякоривания включает якорные цепи, лебедку, стопорное устройство, роульс (устройство для изменения направления перемещения якорного троса). В зависимости от местных условий, характеристики бурового плавсредства и других факторов применяют различные схемы расположения якорных цепей или канатов относительно ПБС.

На рис. 1 показаны шесть наиболее распространенных в мировой практике вариантов заякоривания при воздействии нагрузок с любой стороны; n- число якорных канатов.

Якорные цепи или тросы выбирают в зависимости от ожидаемой нагрузки на них, глубины моря, характеристики рабочего оборудования, стоимости, наличия пространства для палубных устройств и других факторов.

Рис. 1 - Типовых вариантов систем заякоривания: а,б,в – симметричные системы соответственно с n-9,8,10; г,д,е – системы с якорными канатами (n =8), расположенными соответственно под углом 45-90⁰ друг к другу, порд углом 30-70⁰ к оси платформы и под углом 30-60⁰ к продольной оси судна.

Для заякоривания применяют два типа плоскозвенных цепей с распоркой: цепь со сваренным встык звеньями и замковую цепь. В большинстве случаев для заякоривания применяют металлические канаты диаметром 57-76 мм (иногда 90мм). Преимущества металлических канатов: масса каната в морской воде ниже стоимости цепи. Недостаток металлического каната заключается в том, что вследствие малой массы требуется большое развертывание троса до необходимой величины тангенциальной кривой провисания, а также в случае выхода каната из строя его следует заменять по всей длине.

Якорные системы оснащают комплексом оборудования для регулирования натяжения якорных канатов, который включает тензометры и записывающую аппаратуру, непрерывно управляющую натяжением якорного каната и извещающую оператора об изменении высоты волны или направления ветра.

Системой управляют с пульта на основе информации, получаемой от датчиков, устанавливаемых на тросах.

Таблица 1. Проектные параметры и условия, используемые при определении систем заякоривания БПС

	Условия бурения	Нормальное бурение Бурение в осложненных условиях	Перерыв в бурении	Критические погодные условия
Параметр якорных канатов	Максимальное натяжение	0,3 от критического	0,3-0,5 от критического	0,5 от критического (необходимо стравливание якорных канатов)
Провисание с подветренной стороны	Номинальное	Эквивалентно двойному полному провисанию каната с подветренной стороны
Максимальное смещение по горизонтали, % от глубины моря			Неограничен-ное
Условия работ при наличии бурового стояка	Положение стояка	Присоединен		Отсоединен
Максимальный угол отклонения в шарнирном соединении, градус	4 <10
Промывочная жидкость	Буровой раствор	Необходимости заполнение морской водой
Выполняемые работы	Бурение, спуск обсадных труб, установка превен-тора, испытание скважин Спускоподъемные операции, подъем стояка, бурение цементных пробок и другие буровые работы	При стояке, подготовленном к отсоединению, буровые работы не проводят. Работы выполняют при подходящих погодных условиях	Не проводят никаких работ, за исключением маневрирования с якорными канатами. На буровой не должно быть людей

Система динамической стабилизации.

На глубинах морей более 200 м якорные системы стабилизации не обеспечивают требуемые допускаемые отклонения ПБС о вертикальной оси бурящейся скважины, становятся массивными, и их применение неэффективно. По этим причинам на глубинах более 200 м используют динамические системы стабилизации (динамического позицирования), которые по сравнению с якорными системами удержания имеют следующие преимущества:

· Обеспечивают требуемую технологией бурения точность позицирования ПБС;

· Осуществляют быстрое изменение курса БС или ППБУ в целях уменьшения бортовой и вертикальной качек;

· Обеспечивают быстрый уход с точки бурения и возврат на нее ПБС.

Система динамической стабилизации представляет собой замкнутую цепь автоматического управления. Она включает:

1. Цепь обратной связи с датчикам, определяющими координаты продольного и поперечного перемещения по осям х, у и угол поворота ПБС относительно принятых неподвижных координат;

2. блок сравнения, который определяет отклонения х, у и действующего положения ПБС от его начального расчетного положения х₀, у_0,₀ ;

3. пульты управления, имеющие прямые и обратные связи с двигателями и гребными винтами, рассчитывающие и подающее командного пункта на двигатели и гребные винты команды для возвращения ПБС в начальное положение.;

4. подруливающие устройства (двигателей и гребных винтов), обеспечивающие перемещение судна на величину х, у и и возвращение егов начальное положение.

На автоматизированном пункте управления универсальная ЭВМ по цепи обратной связи получает данные от внешних датчиков о положении ПБС в определенный момент. При этом угол поворота определяют гидрокомпасом, а координаты х, у вычисляются системой акустического измерения АМS. Эти данные имеют высокую точность, их используют в системе динамической стабилизации.

В системе динамической стабилизации имеются две ЭВМ: одна работает, а вторая в резерве. Система автоматической стабилизации включается в работу и контролируется оператором с главного пульта управления.

Тесты:

1. На какой глубине используют динамические системы стабилизации?

А) 200 м;

Б) 300 м;

В) 400 м;

Г) 500 м ;

Д) 600 м ;

2. Чем определяют угол поворота?

А) Гидрокомпасом;

Б) Компасом;

В) Угломером;

Г) Циркулем;

Д) Поворотным механизмом;

3. Что представляет собой система динамической стабилизации?

А) Замкнутую систему;

Б) Разомкнутую систему;

В) Последовательную систему;

Г) Параллельную систему;

Д) Ничего не представляет;

4. Преимущества металлических канатов?

А) масса каната в морской воде ниже стоимости цепи;

Б) малая масса требует большое развертывание троса до необходимой величины тангенциальной кривой провисания;

В) выход каната из строя его следует заменять по всей длине;

Г) пульты управления, имеющие прямые и обратные связи с двигателями и гребными винтами;

Д) нет преимуществ;

5. Что включает в себя система заякоривания?

А) Стопорное устройство;

Б) Гидрокомпасом;

В) Цепь обратной связи с датчикам;

Г) Подруливающие устройства;

Д) Блок сравнения.

Список использованной литературы:

1. Котик Е.П., Котик П.Т. Разработка, освоение и эксплуатация морских месторождений . 2 том, -Актобе-, 2010 – 564 стр.

2. Бабич В.А., Лисагор О.И., Галкин А.Г. Оборудование для бурения инженерно-геологических скважин на море и на шельфе. - Рига: ВНИИМоргео, 1996. - 127 с.

3. Золотухин А.Б., Гудместад О.Т., Ермаков А.И. и др. Основы разработки шельфовых нефтегазовых месторождений и строительство морских сооружений в Арктике. Учебное пособие. - М: Изд-во «Нефть и газ» РГУНиГ, 2000. - 770 с.

4.Эстрин Ю.Я. Техника и технология освоения нефтегазовых ресурсов континентального шельфа. - М.: ВНТИЦентр, 1989.