подводное сооружение для бурения нефтегазовых скважин и добычи углеводородов и способы его транспортировки, монтажа и эксплуатации

Формула изобретения

1. Подводное сооружение, работающее на глубине в диапазоне от 100 до 120 м от уровня моря включает: опорно-несущий подводный комплекс и буровой комплекс или добычной комплекс; опорно-несущий подводный комплекс состоит из опорно-несущей плиты и устьевого комплекса; опорно-несущая плита содержит устьевой блок, энергетический блок, жилой блок, а также блок жизнеобеспечения, внутренний и внешний круговые коридоры, радиальные переходы, секционированные балластные понтоны круговой формы и движители; внутренний и внешний круговые коридоры установлены по внешнему и внутреннему периметру опорно-несущей плиты, при этом сообщаются между собой радиальными переходами; между переходами вокруг устьевого блока секторально располагаются энергетический блок, жилой блок и блок жизнеобеспечения; удержание подводного сооружения в вертикальном положении на заданной точке на весь период пребывания обеспечивается за счет регулирования заполнением секций балластных понтонов, при этом удержание в горизонтальной плоскости осуществляется за счет работы движителей; внутренняя поверхность корпуса бурового комплекса и добычного комплекса конгруэнтна наружной поверхности устьевого комплекса, а нижняя поверхность корпуса бурового комплекса и добычного комплекса конгруэнтна верхней поверхности опорно-несущей плиты.

2. Подводное сооружение по п.1, отличающееся тем, что секционированные балластные понтоны выполнены круговой формы.

3. Подводное сооружение по п.1, отличающееся тем, что количество движителей не менее четырех.

4. Подводное сооружение по п.1, отличающееся тем, что энергетический блок представлен атомной электростанцией, блок жизнеобеспечения обеспечивает регенерацию воздуха, вентиляцию, отопление, водоподготовку различного назначения, канализацию всех стоков и их утилизацию для бурового и добычного комплексов.

5. Подводное сооружение по п.1, отличающееся тем, что устьевой комплекс имеет вид усеченного конуса, диаметром в основании 20 м, высотой 40 м, комплектуется оборудованием, необходимым для производства буровых, монтажно-наладочных и спускоподъемных операций, при этом расстояние устьев скважин по осям составляет 2,5 м.

6. Подводное сооружение по п.1, отличающееся тем, что буровой комплекс и добычной комплекс выполнены тороидальной формы, с внутренним диаметром 20 м и высотой 15-17 м, при этом имеют собственные системы плавучести.

7. Подводное сооружение по п.1, отличающееся тем, что буровой комплекс размещает на борту функциональное оборудование и материалы для бурения и строительства не менее одной скважины.

8. Подводное сооружение по п.1, отличающееся тем, что добычной комплекс имеет на борту функциональное оборудование и материалы для освоения и добычи углеводородов.

9. Подводное сооружение по п.1, отличающееся тем, что внешний диаметр опорно-несущей плиты составляет 80-90 м, внутренний диаметр 20 м, при этом опорно-несущая плита с устьевым комплексом представляют собой единое слитное сооружение.

10. Способ транспортировки подводного сооружения по п.1, отличающийся тем, что доставку опорно-несущего подводного комплекса, бурового комплекса и добычного комплекса осуществляют в следующей последовательности: выводят из дока, по крайне мере, одним буксиром; транспортируют в надводном положении до наступления сплошного многолетнего льда; погружают, заполнением секций забортной водой балластных понтонов, на глубину ниже уровня льда и с помощью подводного буксира доставляют на месторождение, на заранее намеченную точку бурения скважин.

11. Способ монтажа подводного сооружения по п.1 на точке бурения, отличающийся тем, что опорно-несущий подводный комплекс заполнением забортной водой секций балластных понтонов погружают на глубину 100-120 м, при этом работой движителей позиционируют опорно-несущий подводный комплекс на точке бурения; ось бурового комплекса или добычного комплекса буксиром центрируется относительно оси устьевого комплекса; затоплением забортной водой собственных систем плавучести бурового комплекса или добычного комплекса опускается на устьевой комплекс до полного соприкосновения нижней наружной поверхности бурового комплекса или добычного комплекса с верхней наружной поверхностью опорно-несущей плиты; проверяют сооружение на герметичность и стабильность в водной среде, после чего открывают внутренний и наружный коридоры, а также радиальные переходы и приступают к работе.

12. Способ монтажа подводного сооружения по п.11 на точке бурения, отличающийся тем, что фиксация и герметизация бурового комплекса или добычного комплекса относительно устьевого комплекса достигается за счет конгруэнтности внутренней поверхности тороидального корпуса бурового комплекса или добычного комплекса с наружной поверхностью устьевого комплекса и нижней наружной поверхности бурового комплекса или добычного комплекса с верхней наружной поверхностью опорно-несущей плиты.

13. Способ эксплуатации подводного сооружения по п.1, отличающийся тем, что транспортируют опорно-несущий подводный комплекс и буровой комплекс способом, заявленным в п.10; монтируют опорно-несущий подводный комплекс и буровой комплекс на точке бурения способом, заявленным в пп.11-12; осуществляют бурение и строительство скважин; после транспортируют на точку бурения добычной комплекс способом, заявленным в п.10; отсоединяют и поднимают вверх, путем сброса воды из собственных систем плавучести, буровой комплекс от опорно-несущего подводного комплекса, предварительно задраив все коридоры и переходы; отвозят буровой комплекс с помощью буксира в порт; а на его место осуществляют монтаж добычного комплекса способом, заявленным в пп.11-12; осуществляют эксплуатацию скважин до конца разработки месторождения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидротехническому строительству сооружений, в частности используемых на акваториях длительно замерзающих морей, на которых освоение углеводородов с поверхности моря недоступно.

Известен подводный буровой комплекс для освоения месторождений углеводородов на шельфе арктических морей (М.И. Вайнерман, O.K. Эделев. Подводный буровой комплекс для освоения месторождений углеводородов на шельфе арктических морей, ж-л «Бурение и Нефть», № 11, 2008, стр.9-12), рассчитанный на посадку на морское дно.

Недостатком такого сооружения является сложная и утяжеленная корпусная оболочка бурового комплекса при глубинах свыше 300 м, т.е. реально предлагаемое сооружение (а точнее - судно) может быть использовано на небольших примерно до 100 м глубинах (в то время как реальные глубины Северного Ледовитого океана значительно больше).

Техническим результатом заявленного изобретения является:

- ускоренный ввод месторождения в разработку благодаря круглогодичному бурению скважин;

- повышение безопасности и качества проводимых работ как в процессе бурения, так и при эксплуатации скважин за счет исключительно стабильных условий пребывания на глубинах от 100 до 120 м от уровня моря;

- повышение безопасности и надежности всего жизненного цикла благодаря снижению затрат, связанных с повышением прочности от ледовых воздействий и ледовых надвижек, а также за счет однократной смены бурового комплекса на добычной.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 представлена аксонометрия эскиза подводного сооружения (ПС) для бурения нефтегазовых скважин и добычи углеводородов;

- фиг.2 описывает тороидальную форму корпуса бурового или добычного комплекса;

- на фиг.3 представлен опорно-несущий подводный комплекс (ОНПК);

- фиг.4 и 5 иллюстрируют вид А и разрез Б-Б ОНПК соответственно.

1 - подводное сооружение (ПС) для бурения нефтегазовых скважин и добычи углеводородов;

2 - опорно-несущий подводный комплекс (ОНПК) ПС;

3 - буровой или добычной комплекс ПС;

4 - опорно-несущая плита (ОНП) ОНПК;

5 - устьевой комплекс ОНПК;

6 - устьевой блок ОНП;

7 - энергетический блок ОНП;

8 - жилой блок ОНП;

9 - блок жизнеобеспечения ОНП;

10 - внутренний круговой коридор ОНП;

11 - внешний круговой коридор ОНП;

12 - переходы ОНП;

13 - секционированные балластные понтоны ОНП;

14 - движители ОНП.

Подводное сооружение (ПС) 1 для бурения нефтегазовых скважин и добычи углеводородов компонуется из опорно-несущего подводного комплекса (ОНПК) 2 и бурового или добычного комплекса (БК/ДК) 3, общий вид которого представлен на фиг.1.

ОНПК 2 представляет собой конструкцию сложной формы, состоящую из опорно-несущей плиты (ОНП) 4 и устьевого комплекса (УК) 5, см. фиг.1, 3, 4, 5.

ОНП 4 в свою очередь содержит, см. фиг.3, 4, 5:

- устьевой блок 6 (УБ), энергетический блок 7 (ЭБ), жилой блок 8 (ЖБ), а также блок жизнеобеспечения 9 (ЖОБ);

- внутренний 10 и внешний 11 круговые коридоры, включая соединяющие их радиальные переходы 12;

- секционированные балластные понтоны 13 круговой формы и движители 14 (количество движителей не менее 4-х штук).

Удержание ПС в вертикальном положении на заданной точке на весь период пребывания обеспечивается за счет регулирования заполнением отдельных секций балластных понтонов 13 ОНП, при этом удержание в горизонтальной плоскости осуществляется за счет работы движителей 14 ОНП.

Круговые коридоры 10 и 11, установленые по внешнему и внутреннему периметру ОНП, сообщаются между собой радиальными проходами 12. Внешний коридор 11 предназначен для приема/эвакуации персонала, малогабаритного оборудования и реагентов (через шлюзовую камеру, на чертеже не показана). Внутренний коридор 10 предназначен для прохода персонала в различные блоки, а также окантовки УБ 6.

Между проходами 12 вокруг УБ 6 секторально располагаются ЭБ 7, ЖБ 8 и ЖОБ 9, образуя единую тороидальную камеру.

ЭБ 7 представляет собой атомную электростанцию (только ядерный комплекс способен функционировать под водой без всякого потребления кислорода воздуха).

ЖОБ 9 обеспечивает регенерацию воздуха, его подачу (вентиляцию), все помещения ПС, а также отопление, водоподготовку различного назначения, канализацию всех стоков с последующей их утилизацией.

Устьевой комплекс (УК) 5 имеет вид усеченного конуса, высота которого обеспечивает спускоподъемные операции со свечами бурильных труб не более 36 м. УК комплектуется оборудованием, необходимым для производства буровых, монтажно-наладочных и спускоподъемных операций. Размещение устьев скважин в УК по осям составляет 2,5 м.

БК и ДК 3 являются отдельными комплексами тороидальной формы с собственными системами плавучести. Внутренняя поверхность БК или ДК конгруэнтна наружной поверхности УК 5, а нижняя поверхность конгруэнтна верхней поверхности ОНП 4, см. фиг.4, 5 и 1. Различие между БК и ДК заключается в типе размещаемого оборудования на их борту. БК содержит функциональное оборудование и материалы для бурения и строительства не менее одной скважины. Соответственно ДК - для сбора, подготовки, транспорта пластовой продукции, т.е. для добычи и промысловой подготовки углеводородов.

Заявленное изобретение рассчитано для работы на глубине 100-120 м от уровня моря, поскольку на этих глубинах гарантированно отсутствуют ледовые образования и любые ледовые обломки, вертикально стиснутые дрейфующими ледовыми полями. Указанный диапазон глубин позволит избежать традиционных видов воздействий, присущих обычным судам, находящимся на водовоздушном разделе; исключение составит лишь подводное течение, отличающееся практическим постоянством температуры, направления и скорости.

Примерные габариты ПС:

УК диаметром в основании 20 м (что вполне достаточно для размещения устьев 15-18 скважин с установкой необходимой фонтанной арматуры) и высотой 40 м (с учетом спускоподъемных операций буровых труб свечами в 36 м).

Внешний диаметр ОНП 80-90 м, внутренний диаметр 20 м с учетом размещения внутреннего устьевого комплекса (при этом необходимо отметить, что ОНП и УК представляют собой единое слитное сооружение ОНПК, изготавливаемое в судостроительном доке).

Внешний диаметр БК/ДК 80-90 м, внутренний диаметр 20 м (с учетом необходимого допуска для установки, т.е. посадки на УК ОНПК), высота 15-17 м.

Способ транспортировки ОНПК осуществляется нижеперечисленными этапами:

- ОНПК выводят из дока по крайне мере одним буксиром;

- транспортируют в надводном положении до наступления сплошного многолетнего льда;

- заполнением секций забортной водой балластных понтонов погружают ОНПК на глубину ниже уровня льда и с помощью подводного буксира доставляют на месторождение, на заранее намеченную точку бурения скважин.

Аналогичным способом буксируются БК и ДК.

Способ монтажа ПС на точке бурения заключается в выполнении операций в следующей последовательности:

- ОНПК заполнением забортной водой секций балластных понтонов погружают на глубину 100-120 м, при этом работой движителей позиционируют ОНПК на точке бурения;

- ось БК или ДК буксиром центрируется относительно оси УК;

- затоплением забортной водой собственных систем плавучести БК/ДК опускается на УК до полного соприкосновения нижней наружной поверхности БК/ДК с верней наружной поверхностью ОНП; за счет конгруэнтности поверхностей внутренней поверхности тороидального корпуса БК/ДК с наружной поверхностью УК и нижней наружной поверхности БК/ДК с верней наружной поверхностью ОНП происходит фиксация и герметизация БК/ДК относительно УК;

- проверяют сооружение на стабильность в водной среде, после чего открывают внутренний и наружный коридоры, а также радиальные переходы и приступают к работе.

Способ эксплуатации ПС на точке бурения осуществляют следующим образом:

- транспортируют ОНПК и БК вышеизложенным способом;

- монтируют ПС на точке бурение вышеизложенным способом;

- после завершения этапа строительства скважин транспортируют на точку бурения ДК;

- далее путем сброса воды из собственных систем плавучести БК отсоединяется и поднимается вверх от ОНП, предварительно задраив все коридоры и переходы;

- затем с помощью буксира БК отводится в порт, а на его место осуществляют монтаж ДК;

- далее начинается эксплуатация скважин и до конца разработки месторождения функционирует в неразрывной связке ДК с ОНП.

Главным преимуществом предлагаемого технического решения является совмещение устьевого комплекса с энергетическим, общеинженерным и жилым комплексами воедино.